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=
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