食品工程原理课程设计蒸发器的设计Word下载.docx

1、第一效为600 mmHg的真空度，第二效为700 mmHg的真空度三、设计要求内容：1、浓缩方案的确定：蒸发器的型式、蒸发操作流程、蒸发器的效数等。2、蒸发工艺的计算：进料量、蒸发水量、蒸发消耗量、温差损失、传热量、传热面积等。3、蒸发器结构的计算：加热室尺寸、加热管尺寸及排列、蒸发室尺寸、接管尺寸等。4、附属设备的计算：冷凝器、真空系统的选用5、流程图及装配图绘制四设计要求1、设计说明书一份；2、设计结果一览表；蒸发器主要结构尺寸和计算结果及设备选型情况等；3、蒸发器流程图和装配图设计方案的确定1.蒸发器的确定：选用外加热式蒸发器，它的特点是加热室与分离室分开，便于清洗和更换。这种结构有利于

2、降低蒸发器的总高度，所以可以采用较长的加热管。并且，因循环管不受热而增大了溶液的循环速度，可达1.5m/s。2.蒸发器的效数：双效真空蒸发。真空操作的压力小，故在蒸发器内物料的沸点就低，对于番茄这种热敏性较高的物料，采用真空蒸发降低沸点是有必要的。采用多效蒸发是减少加热蒸汽耗用量，提高热能经济性的有效措施。然而也不能无限地增加效数。理由如下：（1）效数越多，节省地加热蒸汽量就越少。由单效改为双效时，加热蒸汽用量可减少50%，但由四效改为五效只能节省10%，热能经济性提高不大。（2）效数越多，温度差损失越大，分配到各效的有效温度差就越小。为了维持料液在溶液沸腾阶段，每效的有效温度差不能小于5-7

3、摄氏度。这样也限制了效数的增加。（3）热敏性溶液的蒸发，一般不超过三效。3.加热方式：直接饱和蒸汽加热，压力0.15Mpa。4.操作压力：效为600 mmHg真空度，效为700 mmHg真空度。5.加料方式：并流式。其优点在于：（1）后一效蒸发室的压强比前一效的低，故溶液在效简述送不用泵而利用各效简的压力差;（2）后一效溶液的沸点较前一效的低，溶液进入后效时发生闪蒸现象，产生较多二次蒸汽；（3）高浓度溶液的温度依效序降低对浓缩热敏性食品有利。6.辅助设备：冷凝器用水喷式冷凝器；惯性捕集器方案说明1.本流程采用直接蒸汽加热，双效外加热式蒸发器，并流法蒸发。使用25水作为冷却剂，冷凝水出口温度为4

4、0。2.设备流程： 1）物料：预热杀菌后的番茄酱由循环泵由下部进入，流经管内，由上部进入 蒸发分离室，先经加热器的管内上升，通过弯头进入另一台加热器，经加热料液由管内下降，以切线方向进入效蒸发分离器进行汽液分离。然后由物料泵送至效再蒸发。料液料液聚集到倾斜的底部，由排出口与循环管连接，经液位平衡器至效蒸发室，当效蒸发室达到平衡液位时，料液直接进入效加热器。蒸发产生的二次蒸汽与物料一起进入分离器。由二效分离器出来的物料浓度达到所要求28。2）加热蒸汽：效蒸发与其预热管内物料的热能由蒸汽供给，效蒸发和预热管内物料的热能全部为一效二次蒸汽供给。效二次蒸汽全部进入水喷式冷凝器冷却。3）本流程采用直接蒸

5、汽加热，双效外加热式蒸发器，顺流法蒸发。优点是料液沸点依效序递降，因而当前效料液进入后效时，便在降温的同时放出其显热，供一小部分水分汽化，增加蒸发器的蒸发量。真空蒸发的条件：不断供给热量；要维持番茄酱的沸腾，需要不断供给热量。必须顺速排除二次蒸汽；如不及时排除二次蒸汽，又会凝结成水回到番茄酱中去。本操作中将二次蒸汽引入另一效蒸发器作为热源使用，热能利用率高。（一）物料衡算1、原料处理量:每小时处理量： （常用化工单元设备设计153页）式中原料处理量，kg/h；x0进效蒸发器料液的浓度，质量百分比；x2出效蒸发器料夜的浓度，质量百分比；W水分蒸发量kg/h；日处理量：每天10小时：471510=

6、47.15 吨/日2、初步估算一、二效的蒸发水量由常用化工单元设备设计 P153取W1:W2=1:1.1故 W1=1904.8（kg/h）W2=4000-1904.8=2095.2（kg/h）其中，W1第效的蒸发量，kg/hW2第效的蒸发量，kg/h效二次蒸汽浓度=6.31%3、成品产量：F2=-W=4716-4000=716 kg/h（二）热量衡算1.有关参数（1）总蒸发量：4000 kg/h（2） 进料： =4.25% =61.1 （查食品工程原理843页此温度下水的比热Cww=4179J/Kg.k）出料： =28% =41.4料液比热:（3） 真空度分配：第效：600mmHg =0.21

7、105 Pa（查得此压力下饱和蒸汽温度 =61.1）第效：700mmHg =0.08105 Pa （查得此压力下饱和蒸汽温度 =41.4）来自食品工程原理741页饱和水蒸汽表二次蒸汽的热参数值如下表压力（Pa）T（）比焓（KJ/kg）汽化潜热（kg）效加热蒸汽=1.5105=111.3=2695.1=2229.3效二次蒸汽=0.21=61.1=2606.6=2352.5效加热蒸汽=0.08=41.4=2570.2=2396.42、温差损失、温度损失的计算式中：温度差损失， 操作压强下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高， 液层静压引起的温度差损失，管路流动阻力引起的温度差， 常压下由于溶液蒸汽压

8、下降而引起的沸点升高， 校正系数，无因次，其经验计算式为： 操作压强下二次蒸汽的温度， 操作压强下二次蒸汽的汽化潜热，kJ/kg溶液内部平均压强，Pa 液面上方的压强，Pa 溶液液层高度，m （该题设其液层高度为6m）溶液密度，kg/ m3 该题密度为 常温下番茄酱沸点升高 （）由压强51.223 kPa查表得： 取3、W1,W2,D1物料衡算公式： 式中 效蒸发水量 kg/h D1 D2效蒸汽量 kg/h 12-效自蒸发系数 -原料处理量 kg/h C0-原料比热 kj/kgk 热利用系数（来自食品工厂机械与设备192页）根据逆流时的自然蒸发系数，按下式计算:将式代入式中D2 =W1 将式代

9、入式中A=1.0085+1.0085=2.017第效蒸发量 第效蒸发量与初估各效蒸发水量比较误差3，可不必对各效蒸发水量及浓度加以修正。3第效放出浆量及浓度4.、 效加热面积的确定 效传热量： 效传热量： 各效有效温度差： 其中两效间温度损失=1各类蒸发器传热系数（食品工程原理P722）蒸发器型式传热系数K（w/ m2k）水平沉浸加热式6002,300升膜式1,2006,000标准式（自然循环）6003,000降膜式1,2003,500标准式（强制循环）悬筐式外加热室式（自然循环）蛇管式3502,300外加热室式（强制循环）1,2007,000通过上表按经验数据取：强制循环 自然循环 第效加热

10、面积： 第效加热面积：（三）工艺尺寸计算1、效加热器的尺寸 根据常用化工单元设备设计162页，采用321.5mm不锈钢管，管长L=3 m （根）式中 S传热面积，； 加热管直径，m； L管子长度，m 。取管间距为1.25的同心圆排列：同心圆数根数同心圆直径16212318425根据排列四层共61根管子 加热室壳体直径的计算： 式中 D壳体直径，m； t 管间距，m； b 沿直径方向排列的管子数 e 最外层管中心到壳体内壁的距离，取管子在管板上的排列间距： 中心排列管子数：（根） 内径根据常用化工单元设备设计163页 取外壳壁厚=10mm 外径 将外径圆整到400mm2、效加热器的尺寸 采用32

11、1.5不锈钢管，管长L=3 m 取管间距为1.25的同心圆排列：53137743850956在各级中心安装一根50mm的抽气管，所以取消了一、二层排列，同时在160240之间的管板内，加一根200mm中央抽气管，所以排列总管数为260根。第效加热器实际加热面积：加热室壳体直径的计算： 取外壳壁厚=12mm 将外径圆整到800mm3、蒸发室直径的确定 m式中 效蒸发水量 kg/h 二次蒸汽比体积 二次蒸汽上升速度 查食品工程原理841页并用内差法计算得61.1饱和水蒸汽的密度取式中 效蒸发水量 kg/h 二次蒸汽上升速度 m/s 二次蒸汽的比体积 查食品工程原理841页并用内差法计算得41.4饱和水蒸汽密度取 4、蒸发室的截面积F=