异型竖板式降膜蒸发器的设计 毕业设计论文.doc
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题目：
异型竖板式降膜蒸发器的设计
一、原始依据（文献综述等）
现今社会的乳制品行业已达到空前的繁荣，有消毒牛乳、酸牛乳、淡炼乳、甜炼乳、奶粉、麦乳精、奶油、干酪等，还有各种饮料和冷食。
牛乳之所以深受人们的喜爱，是因为它有以下特点：
牛乳经杀菌后不需要进行任何调理剂可使用；牛乳可以被人体几乎全部消化吸收；牛乳含有各种营养成份，适合人体生理需要；牛乳还有能促进人体生长发育以及维持健康水平的几乎一切必需的营养成份；为了取得与牛乳同等量的营养成份，若用其他谷物提供，在数量上要比牛乳多消耗好几倍。
因此，牛乳可以被认为是迄今为止的一种比较理想的营养食品。
根据牛乳的特性，对牛乳的浓缩提出了各种方案，其中最突出的是管式蒸发器和板式蒸发器。
近期，板式蒸发器的研究有了很大的突破，大有代替管式蒸发器的趋势。
此次毕业设计就是根据板式蒸发器的特点，总结前人的经验，设计出新型的板式蒸发器。
浓缩是许多乳制品生产过程中的一个重要工序。
在奶粉的生产过程中，约有84%的水分通过浓缩除去。
浓缩蒸发水分是干燥蒸发水分的5.4倍。
由此可见，用于浓缩的蒸发设备是奶粉生产的关键设备。
由于乳液为热敏性物料，这就要求其蒸发过程中温度不宜过高，乳液在蒸发设备中的停留时间也不宜太长。
为了适应这一要求，真空降膜蒸发设备被广泛用来进行乳液的浓缩。
多效降膜蒸发设备有许多优点，其浓缩比大、粘度范围大、传热效果好、蒸汽和水的耗量少、处理量大。
而且在降膜蒸发器中，乳液的蒸发温度低，受热时间短，营养成份损失少，有利于提高产品的质量，保持良好的色、香、味。
并且也便于实现过程的自动化。
但对于管式降膜蒸发器，却存在不少的缺点，主要有：
物料不能循环；当管内流体速度较大时，会引起液体分布不均，造成传热系数下降，并有干壁现象发生，这在食品加工行业中是绝对不允许的。
而板式蒸发器却很好地解决了这些问题，适用范围比较广，因此渐渐被人们所认可。
蒸发浓缩过程需要消耗大量的热能，为了节约能量，国内外大部分乳品厂家已采用了多效降膜蒸发设备，并采用了二次蒸汽再利用技术。
与此同时，科技工作者还致力于提高降膜蒸发器设计的合理性，这也是节能措施的一个重要方面。
降膜板式蒸发器目前还处于探索阶段。
从生产来看，各项技术指标均达到了预期的满意效果，是一种新型的高效节能蒸发设备。
因此，它将以全新的姿态出现在各食品加工行业里。
它采用了波纹状的异性板片来代替了传统的长管式加热元件，液体自上而下自由流动，且降膜蒸发。
由于布液器的均匀布液，加热面的有效利用率高。
试验测定，如果生产能力一定所需的加热面积与管式相比可减少25—30%，因而大大提高了加热蒸发的热效率。
同时，板式降膜蒸发器的物料走板的外侧，只要适当设置观察孔，就可以方便地观察物料的流动情况，便于随时检查和调整，因此这种设备为我们的操作和管理带来了方便；而且也便于随时观察加热面的结垢情况，并及时加以清洗，因此，这种设备又为我们清洗污垢带来了方便。
另外，这种装置的一大突出的优点就是节能。
和强制循环的其他设备相比，循环泵所需动力只是强制循环的1/3的，如果在配置一定的节能装置，如在二次蒸汽的出口处配置合适的水力喷射装置，重新利用二次蒸汽，从而可使蒸汽的用量减少，节省了加热能源。
这种设备不仅具有如此多的优点，而且还隐藏着巨大的发展潜力。
只要我们解决了异性板与蒸汽进口和冷凝水出口的活动连接问题，我们就可以在一台蒸发器内安装2~3组加热元件，根据生产需要任意调节传热面积，而且在一台设备内可以同时处理不同物料或不同浓度的物料，大大减少了生产的投资费用，而且在处理结垢时无需停车，从而保持了蒸发器的高效运转，提高了效益，同时方面了操作。
二、设计内容和要求：
（说明书、专题、绘图、试验结果等）
1.设计内容：
本设计主要是根据板式蒸发器的特点，总结前人的经验，设计出新型的板式蒸发器，已达到牛奶浓缩的目的。
由于乳液为热敏性物料，这就要求其蒸发过程中温度不宜过高，乳液在蒸发设备中的停留时间也不宜太长。
为了适应这一要求，真空降膜蒸发设备被广泛用来进行乳液的浓缩。
多效降膜蒸发设备有许多优点，其浓缩比大、粘度范围大、传热效果好、蒸汽和水的耗量少、处理量大。
而且在降膜蒸发器中，乳液的蒸发温度低，受热时间短，营养成份损失少，有利于提高产品的质量，保持良好的色、香、味。
并且也便于实现过程的自动化。
研究步骤：
（1）牛奶的生产工艺流程，蒸发系统流程的选取
1）牛奶的生产工艺流程的确定
2）蒸发器的选型
3）蒸发器流程的选取
4）蒸发器操作流程图的确定
（2）工艺计算
1）原始数据处理
2）蒸发系统的物料衡算和热量衡算
3）蒸发器传热面积计算
4）蒸发器强度和效率的计算
5）临界热负荷的校和
6）管路的计算
7）附属设备的设计和选型
（3）结构设计与强度计算
1）加热元件的结构设计
2）布液装置的结构设计
3）蒸发器各部件的强度计算
4）气液分离器的设计与计算
5）杀菌器、预热器的设计计算与选型
6）法兰的选取
7）其他零件的选取
2.设计要求：
外文翻译
填写设计任务书
撰写毕业设计开题报告
进行相关计算后绘制工艺流程图、零件图和装配图
编写设计说明书
设计（论文）进度计划表
序号
起止日期
计划完成内容
实际完成内容
检查日期
检查人签名
1
2010.11.16~2011.01.20
熟悉课题，收集资料，检索相关设计内容
2
2011.04.5~2011.04.15
拟定设计方案，确定技术路线，绘制结构草图
3
2011.04.16~2011.04.24
方案设计（确定方案），完成设计必要的计算
4
2011.04.25~2011.05.15
详细的零件设计，论文的初步拟稿
5
2011.05.16~2011.05.25
结构设计，零件设计，工程图的绘制
6
2011.05.26~2011.06.10
整理设计资料，撰写论文，总结分析过程和结果
7
2011.06.11~2011.06.14
准备毕业答辩资料
指导教师批准日期：
年月日签名：
注：
1.本任务书一式二份，一份院或系留存，一份发给学生，任务完成后附在说明书内。
2.“检查人签名”一栏和“指导教师批准日期”由教师用笔填写，其余各项均要求打印，打印字体和字号按照《天津理工大学毕业设计说明书（毕业论文）撰写规范》执行。
本科生毕业设计开题报告
届：
2011学院（系）：
机械工程学院专业：
过程装备与控制工程2011年3月15日
课题名称
奶粉生产设备的成套设计
学院名称
机械工程学院
专业名称
过程装备与控制工程
学生姓名
指导教师
一．本题目研究的目的及意义：
这次毕业设计所涉及的范围涵盖了我大学四年来所修的主要课程内容，通过这次设计可以提高我对专业知识的综合利用能力，将所学到的知识运用得更加灵活自如，为将来参加工作、独立解决问题打下良好的基础。
二．本题目国内、外研究现状、水平和发展趋势：
牛乳深受人们的喜爱，这是因为它有以下特点：
牛乳经杀菌后不需要进行任何调理剂可使用；牛乳可以被人体几乎全部消化吸收；牛乳含有各种营养成份，适合人体生理需要；牛乳还有能促进人体生长发育以及维持健康水平的几乎一切必需的营养成份；为了取得与牛乳同等量的营养成份，若用其他谷物提供，在数量上要比牛乳多消耗好几倍。
根据牛乳的特性，对牛乳的浓缩提出了各种方案，其中最突出的是管式蒸发器和板式蒸发器。
近期，板式蒸发器的研究有了很大的突破，大有代替管式蒸发器的趋势。
此次毕业设计就是根据板式蒸发器的特点，总结前人的经验，设计出新型的板式蒸发器。
浓缩是许多乳制品生产过程中的一个重要工序。
在奶粉的生产过程中，约有84%的水分通过浓缩除去。
浓缩蒸发水分是干燥蒸发水分的5.4倍。
由此可见，用于浓缩的蒸发设备是奶粉生产的关键设备。
由于乳液为热敏性物料，这就要求其蒸发过程中温度不宜过高，乳液在蒸发设备中的停留时间也不宜太长。
为了适应这一要求，真空降膜蒸发设备被广泛用来进行乳液的浓缩。
多效降膜蒸发设备有许多优点，其浓缩比大、粘度范围大、传热效果好、蒸汽和水的耗量少、处理量大。
而且在降膜蒸发器中，乳液的蒸发温度低，受热时间短，营养成份损失少，有利于提高产品的质量，保持良好的色、香、味。
并且也便于实现过程的自动化。
但对于管式降膜蒸发器，却存在不少的缺点，主要有：
物料不能循环；当管内流体速度较大时，会引起液体分布不均，造成传热系数下降，并有干壁现象发生，这在食品加工行业中是绝对不允许的。
而板式蒸发器却很好地解决了这些问题，适用范围比较广，因此渐渐被人们所认可。
蒸发浓缩过程需要消耗大量的热能，为了节约能量，国内外大部分乳品厂家已采用了多效降膜蒸发设备，并采用了二次蒸汽再利用技术。
与此同时，科技人
天津理工大学教务处制表
员提高降膜蒸发器设计的合理性，这也是节能措施的一个重要方面。
这种设备不仅具有如此多的优点，而且还隐藏着巨大的发展潜力。
只要我们解决了异性板与蒸汽进口和冷凝水出口的活动连接问题，我们就可以在一台蒸发器内安装2~3组加热元件，根据生产需要任意调节传热面积，而且在一台设备内可以同时处理不同物料或不同浓度的物料，大大减少了生产的投资费用，而且在处理结垢时无需停车，从而保持了蒸发器的高效运转，提高了效益，同时方面了操作。
降膜式异形竖板蒸发器，亦称外流板式降膜蒸发器或自由流板式降膜蒸发器，它在轻工业及食品工业具有广泛的应用前景。
目前，在我国异形竖板降膜蒸发器多用于造纸行业，在食品发酵行业已用于酒糟废液和味精废液的浓缩。
又由于降膜式异形竖板蒸发器具有处理高热敏性和高粘度物料的突出优势，因此，该设备极适用于乳类的加工生产。
降膜式异形竖板蒸发器是根据薄膜传热理论和板式换热器原理发展起来的一种高效，节能、新型蒸发设备,它与管式降膜蒸发器相比，具有传热效率高、物料受热时间短、挂料量少、不易结垢且结垢易清洗等诸多优点。
此外，特别值得指出的是这种蒸发器一改传统的物料走管内，使蒸汽走管外的方式，物料在传热元件外表面自由降膜蒸发浓缩。
不仅给与物料接触的加热元件表面的精加工提供了极为有利的条件，而且便于观察液膜的流动情况。
其次，除降膜式异形竖板蒸发器外，其他的工艺操作的设备因为已有较成熟的规范及设计手册，在本设计中仅作这些设备的选型设计，这些设备包括了鲜牛奶的杀菌设备、预热设备以及干燥成粉设备，另外还有加热蒸汽的部分供应系统。
这种新型设备必将会有更大发展。
三．本题目研究的理论依据及现有条件：
本题目研究的理论依据主要是各种过程装备设计要求、原理、准则等，现有条件是涉及到本题目的有关参考文献，以及一些用于绘图、计算的计算机软件。
四．本题目研究内容及预期目标：
本题目研究内容主要是蒸发器的发展趋势，并要求在设计中保持其工艺性，以及诸如蒸发工艺操作流程怎样合理安排、设计使整个系统工作更协调等等。
预期目标是根据指导老师的指导思路，结合现有条件独立设计出题目所要求的蒸发设备。
五．本题目研究思路及步骤：
天津理工大学教务处制表
首先进行调研、对课题所涉及到的内容、数据等进行分析、计算，通过一系列分析比较得出最佳方案；然后进入正式设计，严格根据设计所要求的步骤逐步进行；在设计总体完成后对某些局部的地方进行必要的修改、校正。
六．主要参考文献和资料：
[1]刘殿宇、田永红.单效降膜式蒸发器在液态奶生产中的设计及应用.化工设备与管道，2004，41
（2）：
7～9
[2]钱颂文.换热器设计手册.北京：
化学工业出版社，2002.8
[3][日]林弘通著、陶云章译
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