升膜蒸发器设计计算说明书.docx
《升膜蒸发器设计计算说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《升膜蒸发器设计计算说明书.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
升膜蒸发器设计计算说明书
《食品工程原理》课程设计
一《食品工程原理》课程设计任务书1
⑴•设计课题2
（2）•设计条件2
（3）.设计要求2
（4）.设计意义2
（5）.主要参考资料3
二设计方案的确定3
三设计计算4
3.1.总蒸发水量4
3.2.加热面积初算4
（1）估算各效浓度4
（2）沸点的初算4
（3）温度差的计算5
（4）计算两效蒸发水量V，V及加热蒸汽的消耗量S16
（5）总传热系数K的计算7
（6）分配有效温度差，计算传热面积9
3.3•重算两效传热面积10
（1）第一次重算10
3.4计算结果11
四蒸发器主要工艺尺寸的计算13
五简图13
（1）工艺流程图13
（2）细节图14
《食品工程原理》课程设计任务书
⑴.设计课题：
番茄汁浓缩工艺装置的设计计算
⑵.设计条件：
题目1:
番茄汁低温浓缩工艺装置的设计
设计任务及操作条件：
生产能力：
1170kg/h
原料固形物含量：
10%
浓缩要求：
使固形物质量分数浓缩至36%
液加入温度料：
25C
原料最咼许可温度：
58C
浓缩液经冷凝后出口温度：
25C
加热介质：
100C的饱和蒸汽。
物料平均比热为3.50kJ/（kgK），忽略浓缩热
试设计一套双效升膜蒸发系统，满足上述工艺要求。
（3）.设计要求：
1.设计一套双效升膜蒸发系统（满足上述工艺要求并包括料液输送系统，蒸发系统，冷凝水分离排除系统及真空系统）；
2.提交设计计算说明书一份（应包括目录、设计计算任务书、设计方案的确定、
各系统的设计计算及设备选型、简略的技术经济分析、参考文献资料等）；
3.工艺布置简图一幅（可附在设计计算书上）；
4.注意收集、阅读参考资料，形成设计方案；
5.提交日期：
2014年12月30日。
（4）.设计意义：
1.蒸发可以除去番茄汁中的大量水分，减少包装、贮藏和运输费用。
蒸发还能提高番茄汁的糖分浓度，增加番茄汁的耐贮藏性。
选用升膜蒸发，果汁在蒸发器内经过一次加热、汽化、分离过程，不进行循环，在蒸发器内停留时间短，这对热敏性的番茄汁是有利的。
蒸发操作是一个能耗大的过程。
采用多效蒸发是降低能耗的最有效方法。
随着效数的增加，总蒸发量相同时所需新鲜蒸汽量减少，操作费用降低；但效数越多，设备费用越高，而且随着效数的增加，所节约的新鲜蒸汽量越来越少。
因此本次设计效数选为U效。
2.当料液进入后效时会产生自蒸发，且番茄汁浓度依效序增加，高浓度番茄汁处于较低温度时对热敏性的番茄汁是有利的。
3.通过课程设计，要求学生综合运用本课程和前修课程基本知识，进行融会贯
通，独立思考，在规定的时间内完成指定的化工单元操作的设计任务，培养
学生运用课本知识解决实际问题的能力，从而得到化工工程设计的初步训
练，为以后更为复杂的设计打下良好的基础。
（5）.主要参考资料：
1.夏清、陈常贵主编，姚玉英主审，化工原理,天津大学出版社，2005，1
2.华南理工大学化工原理教研组，化工过程及设备设计，华南理工大学出版
社.1995
3.化工设备的选择与工艺设计，中南工业大学出版社.1992
4.丛德滋等,化工原理详解与应用,化学工业出版社.2002，7,151-158
5.张承翼李春英，化工工程制图，化学工业出版社.1997
6.张桂昭，三效逆流加料蒸发器的设计，化工设计.1996（6）：
6-10
7.蒋迪清等，食品通用机械与设备，华南理工大学出版社，2001，7，111-13
8.各类化学工程学报、期刊、化工设备手册及其化工机械设备产品广告
二设计方案的确定
•对果汁进行浓缩的好处：
1.减少包装、运输和贮藏的费用;
2.防止腐败；
3.改善口感。
.确定设计方案:
考虑到高温会破坏果汁的品质，故采用真空低温蒸发来对番茄汁进行浓缩操作；由处理物料（原料）的性质及设计要求知，番茄汁黏度大、不易生泡沫，考虑到经济和效率问题，选用双效升膜蒸发系统，根据设计要求，采用并流双效升膜式蒸发器蒸发。
选用2m长©38X3mn!
勺无缝不锈钢管作加热管
三设计计算
3.1总蒸发水量
3.2加热面积初算
（1）估算各效浓度
FF
FV1
第一效蒸发后:
11700.10
1170V1
由经验公式：
v,：
V?
1:
1.1
而V1V2V845.0
解得：
V402.4kg/h
V2442.6kg/h
115.24%（暂取15%）
（2）沸点的初算
查表：
T=100°C时，P=101.33kpa；T=25°C时，P2=3.1684kpa
设两效蒸汽压强相等
PPP2101.333.168498.1616kpa
P98.1616
P1P101.3352.2492kpa
22
解得P1时，查表沸点t182.19C;t225126C,
第二效加热蒸汽T2=t1—仁82.19-1=81.19C
蒸汽
压力/KPa
温度/C
汽化热/（KJ・Kg-1）
I效加热蒸汽
101.33
100
2258.4
I效二次蒸汽
52.2492
82.19
2301.7
U效加热蒸汽
50.0
81.19
2304.0
U效二次蒸汽
3.7622
26
2432.7
进冷凝器蒸汽
3.1684
25
2435.0
（3）
温度差的计算
①将该溶液当作蔗糖溶液处理，各效由于溶液的沸点升高引起的温度损失差为:
/%
15
36
a/K
0.2
0.84
3
g/m
1.0611
1.1585
第一效时:
0.18C
T2
216.2—
r
16.2（t2273）2
3
2432.710
0.84
°.°162⑷273）20.84
2432.7
第二效时:
0.50C
此压强下Tm253.66C,
2Tm2t2
53.662627.66C
12
4.7527.66
32.41C
③取管路引起的损失1
21C
12
112C
④各效料液的沸点和有效总温差
各效温度差损失：
I效：
111
14.75+0.18+1=5.93C
U效:
222
227.66+0.50+仁29.16
各效溶液的沸点：
I效：
11t11
82.19+5.93=88.12C
U效:
t2t22
26+29.16=55.16C
各效有效温差为：
I效：
t1100t1
100-88.12=11.88C
U效:
t2T2t2
81.19-55.16=26.03C
最大可能温差：
T1002575C
损失温差：
0.180.53231234.99C
有效总温差：
tJt211.88+26.03=37.91C
（4）计算两效蒸发水量V，/及加热蒸汽的消耗量
由题意知料液平均比热为Cf3.5KJ/KgK，
查表得水的比热为Cw4.220KJ/KgK
作第一效热量衡算，得
0.98
rt11
V（S1亠FCF）1其中1
「1「1
所以
rsTft1
2258.4
2588.12
V1（S1亠FCf」）1
0.98
（S111703.50
）
0.962S110.05
AA
2301.7
2301.7
①
同理作第二效热量衡算，
得
r
£vvs2s2
（FCf
CV）t1t22
其中
20.98
r2
r2
所以
、，2304.0、，、，88.1255.16
845.0VV（11703.504.220V）0.98
2432.72432.7
②
整理得V1422.34Kg/h
代入①式可得：
S553.42Kg/h
由②式可得：
V2VV1845.0422.34422.66Kg/h
（5）总传热系数K的计算
查表得不锈钢管的导热率为17.4W/mK
浓度
（kg/m3）
（pas）
15%
1061.1
5.9104
36%
1158.5
2.18102
Rel
dUll
0.032
0.3810
1061.1
l
5.9
104
21927
ui
f
1170
0.3810m/s
4d2l3600
0.7850.03221061.1
3600
第一效时:
0.1995m/s
S1訂2v3600
dqv
0.0320.1995
958.4
R
21666
bv
4
v
2.82410
FJ|
lCF
5.91043940
4.2
rl
1
0.55
由管内沸腾传热系数i的关联式有:
49188W/（m2C）
饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得:
传热外表面的总传热系数
6291W/（m2C）
S2
0.1503m/s
3600
1
1
b
d01
d0
0
di
d
1
0.003
0.038
10.038
=3.8810
6291
17.4
0.032
491880.032
由下公式计算:
K
K12578.38W/（m2C）
由管内沸腾传热系数i的关联式有:
i（1.3128d）二金严艮v0.34pri0.9（_l）0.25（_Z）
dvl
12571W/（m2C）
饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得：
01.13（」严1.13（230410398971.°20.67473）
丄t23.50210-4226.03
4918W/（m2C）
传热外表面的总传热系数K由下公式计算：
11bd01d0
1
4918
0.0030.038
17.40.032
10.038
125710.032
5.0310
K20did
2
K21989.89W/（mC）
（6）计算传热面积
为与加热蒸汽耗量符号S区分，故以下面积符号采用S
Q趣42沁WOOn.33m2
422.342304.01000522nf
S1
Q1
K1t1
&t2
K2t2
K1t12578.3811.883600
3.3重算两效传热面积
（1）第一次重算
由于两效传热面积相差太大，故应调整各效的有效温度差，并重复上述计算
步骤再算重新分配有效温度差
11.3311.885.2226.032
ti
S11
S
S2t2
S
11.3311.88
7.14
5.2226.03
7.14
18.85°C
19.030C
7.14m
11.8826.03
校正各效沸点、蒸发水量和传热量
因第二效完成液沸点不变，所以t255.16C
第二效加热蒸汽温度为t2t255.1619.0374.19C
该温度下对应的汽化热r=2321.40KJ/Kg
第一效二次蒸汽温度T1t2t2174.19175.19C
15.24%
FF11700.1
FV1170402.4
由1和T1得第一效沸点t=T1
75.19
0.1875.37C
1=2=0.98
该温度下对应的汽化热r=2331.95KJ/Kg,
「1
吃2）1（2H9rS1
11703.5
=0.9491
S1-86.68
V,V
845.0U
「1
S2也（FCFCWV）T1t2「2
2304.0
2432.7
（11703.50
4.220%）
25型）0.98
2331.95
75.3755.16
2432.7
0.98
②
V1428.6kg/h①②解得：
V2845.0428.6416.4kg/h
S1542.9kg/h
cS1r1542.92258.41000“一2
S）7.01m2
K1t12578.3818.853600
cS>r2428.62321.4010002
S2戸7.30m2
K2t21989.8919.033600
两效的传热面积比较接近，故不在重算
考虑留适当设计余量，通常加大10~15%取SjS,8.3m2
3.4计算结果
蒸发器序号
加热面积m2
蒸发水量kg/h
加热蒸汽消耗量kg/h
第一效
8.3
428.6
542.9
第二效
8.3
416.4
428.6
总和
16.6
845.0
971.5
（1）加热室传热管数目
S
n
8.3
四蒸发器主要工艺尺寸的计算
42根
dL3.140.0322管子采用正三角形排列
nc1.1打1.1428根采用胀管法，取t=1.5d0
t=1.5d0=1.5x38=57mm取b=1.5d0
b=1.5d0=1.5x38=57mm
加热室的直径
Dt（nc1）2b
57（81）257
513mm
圆整后，取加热室直径D为550mm.
（2）分离室分离室体积计算式为：
W
V
3600U
V分离室体积，m3;
W某效蒸发器的二次蒸汽流量，kg/h;
-某效蒸发器的二次蒸汽密度，kg/m3;
U蒸发体积强度，m3/m3s,即每立方米分离室每秒钟产生的二次蒸汽量;
其中，U为蒸发体积强度，一般允许值为1.1〜1.5m3/m3s,在此取
33
1.2m/ms。
W
36002U
416.4
36000.02451.2
3.94卅
将工艺计算中二次蒸气的温度和流量以及根据温度所查得的二次蒸气的密度列
于下表:
效次
I
n
二次蒸汽温度「C）
75.19
r26
二次蒸汽流量（kg/h）
428.6
416.4
二次蒸汽密度
（kg/m3）
0.2435
0.0245
为方便起见，各效分离室的尺寸均取一致，所以体积V取最大值V3.94m3
确定需考虑的原则：
1H:
D12
2H1.8
3在允许的条件下分离室的直径应尽量与加热室相同
根据
V
nD2H
4
取
H
:
D1.5
得
D
1.50mH2.25m
五.简图
（1）工艺流程图
（2）细节图
①双效升膜蒸发器：
不进行循环。
，因而特别
蒸发器选取理由：
溶液以液膜的形式一次通过加热室,传热效率高，蒸发速度快，溶液在蒸发器内停留时间短适用于热敏性物料的蒸发。
②金属丝除沫器:
除沫器选取理由：
选用金属丝除沫器，利用液体的惯性使气液分离，以除去液沫，二次蒸汽通过多层金属丝网，液滴黏附于金属丝网,二次蒸汽透过，易于达到99%以上的除沫效率。
③填料式冷凝器:
1.冷水2.二次蒸汽3.冷凝水4.不凝气5•喷嘴6.填料
冷凝器选取理由：
选用填料式冷凝器，冷凝器中装有一定高度的填料层，填料层由许多瓷环或其他材料充填而成，瓷环体内外表面就是两种流体接触面。
冷却水与上升的二次蒸汽在填料表面换热，混合后的冷凝水由底部引出，不凝气由顶部排出
④水力喷射真空装置:
编是
1
2
3
畴DQ
4
5
导向盖您
6
7
止渣闯闵休
0
11竟空蒸rr水力囁射3水泵
真空泵选取理由：
水力喷射真空泵体积小，重量轻、结构紧凑。
效
能又比较高，耗电量低，操作简单维修方便，不用专职人员管理，由于无机械传动部份，所以噪声低，不需消耗润滑油。
可以室外低位安装，占地面积少，可以节省厂房建筑面积与安装费用。
升级会员 