升膜蒸发器设计计算说明书.docx

1、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 43.1.总蒸发水量 43.2.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 S1 6（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 93.3 重算两效传热面积 10（1）第一次重算 103.4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 1

2、3（2） 细节图 14食品工程原理课程设计任务书.设计课题：番茄汁浓缩工艺装置的设计计算.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：25 C原料最咼许可温度：58 C浓缩液经冷凝后出口温度： 25 C加热介质：100 C的饱和蒸汽。物料平均比热为3.50 kJ/(kg K)，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

3、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

4、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，2005，12

5、.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.19953.化工设备的选择与工艺设计，中南工业大学出版社 .19924.丛德滋等,化工原理详解与应用,化学工业出版社.2002，7,151-1585.张承翼 李春英，化工工程制图，化学工业出版社.19976.张桂昭，三效逆流加料蒸发器的设计，化工设计 .1996 （ 6）： 6-107.蒋迪清等，食品通用机械与设备，华南理工大学出版社， 2001，7，111-138.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。

6、.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38X 3mn!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F FF V1第一效蒸发后:1170 0.101170 V1由经验公式：v,： V? 1:1.1而 V1 V2 V 845.0解得： V 402.4kg/hV2 442.6kg / h1 15.24% （暂取 15%）（2）沸点的初算查表：T=1

7、00C时，P=101.33kpa； T=25C时，P2=3.1684kpa设两效蒸汽压强相等P P P2 101.33 3.1684 98.1616kpaP 98.1616P1 P 101.33 52.2492 kpa2 2解得P1时，查表沸点t 1 82.19 C; t 2 25 1 26 C ,第二效加热蒸汽T2 =t 1 仁82.19-1=81.19 C蒸 汽压力/KPa温度/ C汽化热/ (KJKg-1)I效加热蒸汽101.331002258.4I效二次蒸汽52.249282.192301.7U效加热蒸汽50.081.192304.0U效二次蒸汽3.7622262432.7进冷凝器蒸汽

8、3.1684252435.0(3)温度差的计算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:/ %1536a/K0.20.843g/ m1. 06111.1585第一效时:0.18 CT22 16.2 r16.2 (t 2 273)232432.7 100.84.162 273)2 0.842432.7第二效时:0.50 C此压强下Tm2 53.66 C,2 Tm2 t 253.66 26 27.66 C1 24.75 27.6632.41 C取管路引起的损失12 1 C1 21 1 2 C各效料液的沸点和有效总温差各效温度差损失：I效：1 1 11 4.75+0.18+

9、1=5.93 CU效:2 2 22 27.66+0.50+仁 29.16各效溶液的沸点：I效：11 t 1 182.19+5.93=88.12 CU效:t 2 t 2 226+29.16=55.16 C各效有效温差为：I效：t1 100 t1100-88.12=11.88 CU效:t 2 T2 t 281.19-55.16=26.0 3C最大可能温差： T 100 25 75 C损失温差： 0.18 0.5 3231 2 34.99 C有效总温差： t J t2 11.88+26.03=37.91 C(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Cf 3.5 KJ / K

10、g K，查表得水的比热为Cw 4.220KJ / Kg K作第一效热量衡算，得0.98r t 11V (S1 亠 FCF ) 1 其中 11 1所以rs Tf t12258.425 88.12V1 (S1 亠 FCf )10.98( S1 1170 3.50)0.962S 110.05A A2301.72301.7 同理作第二效热量衡算，得r v v s2 s2(FCfCV)t1 t2 2其中2 0.98r2r2所以、， 2304.0、， 、， 88.12 55.16845.0 V V (1170 3.50 4.220V) 0.982432.7 2432.7 整理得 V1 422.34 Kg

11、/ h代入式可得：S 553.42 Kg / h由式可得：V2 V V1 845.0 422.34 422.66Kg /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/m K浓度(kg/m3)(pa s)15%1061.15.9 10 436%1158.52.18 10 2ReldUl l0.0320.38101061.1l5.910 421927uif11700.3810 m / s4d2l 36000.785 0.032 2 1061.13600第一效时:0.1995 m / sS1 訂2 v 3600dq v0.032 0.1995958.4R21666bv4v2.824

12、 10FJ|l CF5.9 10 4 39404.2rl10.55由管内沸腾传热系数i的关联式有:49188 W/(m2 C)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/(m2 C)S20.1503 m / s360011bd0 1d 00d id10.0030.0381 0.038=3.88 10629117.40.03249188 0.032由下公式计算:KK1 2578.38W/(m2 C)由管内沸腾传热系数i的关联式有:i (1.3 128d)二金严 艮 v0.34 pr i0.9(_l)0.25(_Z)d v l12571 W/(m2 C)饱和水蒸气的传热系

13、数由下公式可求得：0 1.13(严 1.13( 2304 103 98 971.2 0.67473)丄 t2 3.502 10-4 2 26.034918W/(m2 C)传热外表面的总传热系数K由下公式计算：1 1 b d0 1 d 0149180.003 0.03817.4 0.0321 0.03812571 0.0325.03 10K2 0 did2K2 1989.89W/(m C)(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SQ 趣42 沁 WOO n.33m2422.34 2304.0 1000 522 nfS1Q1K1 t1& t2K2 t2K1 t1 2578.

14、38 11.88 36003.3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11.33 11.88 5.22 26.03 2tiS1 1SS2 t2S11.33 11.887.145.22 26.037.1418.85C19.030C7.14 m11.88 26.03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t2 55.16 C第二效加热蒸汽温度为t2 t2 55.16 19.03 74.19 C该温度下对应的汽化热r=2321.40KJ/Kg第一效二次蒸汽温度 T1 t2 t2 1 74.19 1

15、 75.19 C15.24%F F 1170 0.1F V 1170 402.4由1和T1得第一效沸点t=T175.190.18 75.37 C1 = 2=0.98该温度下对应的汽化热r=2331.95KJ/Kg ,1吃2)1(2H9rS11170 3.5=0.9491S1-86.68V, V845.0 U1S2 也(FCF CWV)T1 t2 22304.02432.7(1170 3.504.220%)25 型)0.982331.9575.37 55.162432.70.98 V1 428.6kg/h 解得：V2 845.0 428.6 416.4kg/hS1 542.9kg/hc S1r1

16、 542.9 2258.4 1000 “ 一 2S) 7.01m2K1 t1 2578.38 18.85 3600c Sr2 428.6 2321.40 1000 2S2 戸 7.30m2K2 t2 1989.89 19.03 3600两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 1015%取Sj S, 8.3 m23.4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8.3428.6542.9第二效8.3416.4428.6总和16.6845.0971.5（1）加热室 传热管数目Sn8.3四蒸发器主要工艺尺寸的计算42根dL 3.14 0.03

17、2 2 管子采用正三角形排列nc 1.1 打 1.142 8 根 采用胀管法，取t=1.5d0t=1.5d0=1.5 x 38=57mm 取 b =1.5d0b =1.5d0=1.5x 38=57mm加热室的直径D t(nc 1) 2b57 (8 1) 2 57513mm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：WV3600 UV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1.11.5 m3/ m3

18、 s ,在此取3 31.2 m / m s。W3600 2U416.43600 0.0245 1.23.94卅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In二次蒸汽温度C)75.19r 26二次蒸汽流量(kg/h)428.6416.4二次蒸汽密度(kg/m3)0.24350.0245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V 3.94m3确定需考虑的原则：1H : D 1 22H 1.83在允许的条件下分离室的直径应尽量与加热室相同根据VnD2H4取H:D 1.5得D1.50 m H 2.25 m五.简图(1)工艺流程图(2)细节图双效升

19、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。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。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，不凝气由顶部排出水力喷射真空装置:编是123畴DQ45导向盖您67止渣闯闵休011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。