年产4500万吨苹果酱浓缩锅设计

1、 flHUAIHAI INSTITUTE OF TECHNOLOGY食品机械与设备课程设计年产4500吨苹果酱浓缩锅设计学 院：海洋学院专业班级：食品科学与工程 食品102学生姓名：张娟学 号：521005134指导教师：程远霞2012年12月6日41. 前言随着经济的发展人们 对食物的要求越来越高， 不仅要满足口感， 还要满足 营养与保健功能上的要求。果酱是一种保存水果的很好方法，特别是对于那些 熟透、不能冷藏不易储存的水果。它有众多的品种，传统的包括苹果、橙、柠 檬、芒果、草莓、葡萄、甜瓜、杏和桃。 水果中天然富含一种凝胶物质 - 果胶。 在制作果酱的过程中， 这种果胶被改良活化了，使果酱

2、呈现 了独特的质感。 果 胶还是果酱中非常 典型 的营养素，它实际上是一种柔软的膳食纤维，不但比 普通的粗纤维 （ 比如大白菜帮子中的膳食纤维 ） 吸水性更强，还 不会像粗纤维一 样有伤害食道或胃肠道的危险。 果酱中被活化后的果胶， 预防癌症的能力更强。 很多人都以为果胶那种凝冻一样透明有弹性的质感，是因为加了凝胶剂。其实 不然，水 果中天然富含一种凝胶物质 - 果胶。在制作果酱的过程中，这种果 胶被改良活化了，使果酱呈现了独特的质感。果胶还是果酱中非常典型 的营养素，它实际上是一种柔软的膳食纤维， 不但比普通的粗纤维 （ 比如大白菜帮子 中的膳食纤维 ） 吸水性更强，还不会像粗纤维一样有伤害

3、食道或胃肠道的危险。 果酱中被活化后的果胶，预防癌症的能力更强。苹果在北方的种植面积大，苹果的落果和等外果若不及加工处理，很快腐 烂变质。如何处理这些不宜鲜食的果子，直接关系果农的经济利益。若将苹果 的落果和等外果加工成果奖，不仅能减少果农的损失，还能降低工厂的生产成 本。该设计介绍了班生产 30 吨苹果酱蒸发器及辅助设备的设计， 包括苹果酱工 艺流程及要点，冷却条件的确定，蒸发器的主体设计，换热面积的计算， 除核 机、打浆机、蒸发器、 不锈钢的夹层锅形式和型号的合理选择，物料衡算、热 量衡算等方面，对蒸发器及辅助设备作出了合理的选择，以满足生产的需要同 时尽量的节约能源。本文主要是针对在冷却

4、阶段板式蒸发器的设计 , 板式蒸发器有以下特点：（1）总传热系数高，因板式蒸发器中，板面被压制成波纹或沟槽，在低流速 下（如Re=200左右）即可达到湍流，故总传热系数高，而液体阻力却增加不 大，污垢热阻亦较小，对低粘度液体的传热，K值可高达7000W/（m K）o（ 2）结构紧凑， 单位体积设备提供的传热面积大。 板式蒸发器属于高效换热设备。 在实际应用中有两种，一种是旋压法制造的伞板式蒸发器，另一种是冲压法 制造的平板蒸发器，其结构特点如下：板式蒸发器体积小、占地面积少。 板式蒸发器占地面积为同样换热能力的列管蒸发器的30%左右，与淋洒式的排管冷却器相比就更优越。板式蒸发器传热效率高。板式

5、蒸发器能使两种 热交换流体处于较低的流速下，增强扰动，激起湍流，从而强化传热，传热 系数值K可达16720J/ (m2?h?C)(水对水)，较之列管蒸发器高 24倍。 板式蒸发器组装灵活。当生产上要求改变工艺条件和产量时，板式蒸发器只 要增减板片数量或改变板片组装流程通道形式，即可满足要求。板式蒸发 器金属消耗量低。板式蒸发器主要由不锈钢或钛合金压制的传热片、密封胶 垫、夹紧螺栓和压紧板整机框架等零部件组成。板式蒸发器的板片每平方米 消耗金属为 8kg 左右，而同样参数的螺旋板式蒸发器则需要 20kg 左右，其他 管壳式蒸发器就更多了。板式蒸发器热损失小。板式蒸发器由于仅是板片 周围边暴露在大

6、气中，所以热损失仅 1%左右，不需要采用保温层。板式蒸 发器拆卸、清洗、 检修方便。 松开压紧螺母即可进行清洗维护 , 更换胶垫或板 片。对于容易结垢的介质，一方面由于板式蒸发器中的介质有激烈的湍流， 其湍流临界雷诺数比一般列管式蒸发器低 10倍左右， 因而不易结垢。 (3)操 作灵活性大，可以根据需要调节板片数目以增减传热面积，或以调节流道的 方法，适应冷、热流体流量和温度变化的要求。( 4)加工制造容易，检修清洗方便，热损失小。在设计蒸发器工艺、选择蒸发器时，要充分考虑食品物料的特点：第一热敏 性，食品物料在高温下或长期受热要产生变性和氧化等作用而受到破坏，所以 许多食品生产时的操作要严格

7、考虑加热时间和加热温度，为了加冷却速度，食 品工业多采用常压冷却；第二是腐蚀性，由于苹果酱具有弱酸性有腐蚀性，即 使是轻度腐蚀也会对产品造成污染，因此在设计蒸发器和辅助设备时，必须选 用耐腐蚀的材料；第三是结垢性，料液中的蛋白质、糖类等成分受热过度会产 生变性、结块、焦化等现象，在蒸发器管壳上形成污垢层，严重影响换热的效 率。蒸发器中流体的相对流向一般有顺流和逆流两种。顺流时 , 入口处两流体的 温差最大 , 并沿传热表面逐渐减小 , 至出口处温差为最小。逆流时 , 沿传热表面两 流体的温差分布较均匀。在冷、热流体的进出口温度一定的条件下 , 当两种流体 都无相变时 , 以逆流的平均温差最大顺

8、流最小。在完成同样传热量的条件下 ,采 用逆流可使平均温差增大 , 蒸发器的传热面积减小 ; 若传热面积不变 , 采用逆流 时可使加热或冷却流体的消耗量降低。前者可节省设备费 , 后者可节省操作费 , 故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。2. 工艺流程2.1 苹果酱加工的工艺流程落果等外果的处理 - 清洗去皮去核切片 - 加热软化 - 打浆- 加糖浓缩 苹果酱2.2 技术操作要点和注意事项1、落果、等外果的处理 苹果的好坏直接影响果酱的质量和风味。除腐烂果外，苹果表皮有一般污 点或缺陷，如虫眼、小痂斑点、外形机械损伤等对果酱没什么影响。但是太生 的未熟小果则带有涩味和生苹果的味道，剔除不用

9、。另外，在清洗前应把虫蛀 部分和干痂削去，腐烂部分要多挖去些。2、清洗 把处理好的落果和等外果倒入有流动清水的槽内冲洗，注意清洗时间要短， 随放随洗。洗净立即捞出，以免清洗时间过长，可溶性果糖果酸溶出。3、去皮去核切片 把洗净的苹果去皮，去核仁部分去掉果柄切片，再破碎成块，注意这一过 程一定要在清洁环境中进行，工作人员必须按照食品卫生法的要求，穿工作服， 戴工作帽，手要洗净，采用专门的去皮、去核设备。4、加水加热软化把切好的苹果块倒入沸水锅中（水要尽量少） , 最好用不锈钢的夹层锅用蒸 气加热，若无夹层锅，用大锅熬煮时要用文火，以免糊锅。加热 15-20 分钟， 致使苹果充分软化。5、打浆把软

10、化好的苹果块放入筛板孔径 0.7-1.0 毫米的打浆机内打浆。6、配料果肉与糖的配比为 3:4 ，有时需要加入适当的柠檬酸使果酱具有一定的酸 味。也可根据产品销售地区群众的口味来调节果浆的酸度和糖度。 另外，配 料时先将白糖用 20%的水溶化，煮沸后过滤，以除去糖中的杂质。7、浓缩先将过滤好的糖液倒入果浆中，边倒边搅拌，加热浓缩，当浓缩至固形物 达70%寸即可出锅。出锅前加入柠檬酸(用少量水化成溶液)搅拌均匀。若散装 果酱应在出锅前加防腐剂(即 0.05%的笨果酸钠或山梨酸钾)，加时先将防腐剂 用少量水溶化与果浆搅拌均匀。3. 物料衡算年产4500吨，一年300个工作日(出去五一国庆等节假日)

11、，则需日产15 吨苹果酱，每天给工作8小时(准备工作出去0.5小时)即有效工作时间为7.5小时，故时产2吨。 原料27吨J -3%选果26.3吨J -27%破碎、打浆、三去 19.2吨J +30%添加量25吨J -40%浓缩 15吨4. 设计条件及操作条件(1) 处理能力：1250kg/h苹果酱。(2) 设备型式：板式换热器(3) 操作条件： 苹果酱：入口温度140C，出口温度40T 冷却介质：自来水，入口温度30r，出口温度50r 允许压强降：不大于 105Pa 每天24小时连续运行140 C 40 C(4) 定性温度：。T90 C管程自来水的的定性温度为：t 3 C 50 C 40 C2根

12、据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据苹果酱在140下的有关物性数据如下：密度：c1081kg /m3粘度：c1.9 10 3Pa?s定压比热容：Cpc 3.817kj/(kg? C)导热系数：c 0.14W/(m? C)自来水在40 C下的物性数据：密度：i 992.2 kg/m3定压比热容：Cpi 4.174kj/(kg? C)导热系数：i 0.6338W/(m? C)粘度：i 0.0006338 Pa?s4.1板式换热器的设计计算过程4.1.1热流量QcmcC pctc3.817 (140 40) 1031.33 105W36004.1.2平均传热温差tmInt2(140 50

13、) (40 30)140 50 In40 3036.41 C4.1.3冷却水用量WiQc1.33 1051.58 103WCpi ti 4.17 (50 30)4.1.4初估总传热系数K粘度小于1 X 10-3Pas的果酱和水换热时，列管式换热器的K值大约为170 695.6W m2? C，而板式换热器的传热系数是列管式换热器的24 倍, 则初估K为600W m2?C初估换热面积S 1.33 1018m236.41600初选BR0.2型板式换热器，其单通道横截面积为0.0016m2,实际单板换热2面积为0.207m (有效面积)。试选组装12 乞卫o ( 6 10为苹果酱的流程。程数为 6,每

14、程管道数为1 3010; 1 30为水的流程。程数为1,每程管道数为30o总板片数为6X 10+3Xtm t tm 0.9836.4135.68 C10+1= 91 片，实际传热板数为90 1 89，总流道数为90.换热面积为18.63mT1T2R -140 40550 30-12t1P T1t150 300.182140 30查单壳程温差校正系数图，得t 0.98134.2核算总传热系数(1)流速U112503600 1081 10 8.40.038m10 4 s米用0.2m2人字型板式换热器，其板间距6mm当量直径0 .012 m0 .0120 .03810817.15104689 .4P

15、1C pi i3 .81710 37.151040.1419 .50.140.18iDIRe0.70 .451 Pr 10.14果酱被冷却，取0.950.141 08 0.012689 .4 0.7 19 .5 0.45 0.95736.6W/ m2(2)计算水侧对流传热系数水的流速10000U2Re23600 992.2 30 8.4 10 4O.012 0.111 99222014.70.111m s水的流量为10000Kg hPr20.6560 10 34.174 103 0.6560 10 34.320.63380.140.18Re?。.7 Pr2 De0.430.14因水被加热，取1

16、.05 ，20.18 4380 .0122014.7 0.7 4.320.431 . 053849. 8 W(3)金属板的热阻16.8W m?C，板片厚度为0.8mm,则W0.8 1016.80.0000476m2? C W所用板片材料为1Cr18Ni9Ti ,其导热系数为(4)查污垢热阻R果酱侧 R 10 .000052 m ? C W水侧 R20.000043 m ? C W(5)总传热系数K11 R1b R2110.0000520.00004761K1W2736 .63849 .8即K582.5W m2 ? C4.3计算传热面积S3 . 85582. 51035. 6818. 52设备实

17、际传热面积N 10.20760 10.207 12.21m212 21 11 26 安全系数6 8.44%11.26则传热面积的裕度可满足工艺要求。压降计算查图，0.2 m2人字形板式换热器P u油 水 压降图苹果酱侧水侧U10.038m. s, P 0.92 105105 Pa，满足要求。u20.111m s, P 0.6 105105 Pa,满足要求。8 6 10故所选板式换热器规格型号：BR 0.2 120. 12 飞5. 水电衡算（每天）水：WjQcC pi tj2.128 1054.17 (50 30)2.528 103W电：P= (0.75+5+3+2+0.75+2.2+7.5+0

18、.75+11) *8=183.6KW6. 设备选型6.1去皮机该设备用于圆形、长形果蔬的刷洗或经过热烫、碱液浸泡后的果蔬去皮等 工作。例：苹果、桃、胡萝卜、土豆、红薯、芒果、淮山药等果蔬的清洗或去 皮。有7根毛刷棍组成，物料有螺旋毛刷向前缓慢推进；设有特别的高压扇形 喷淋头冲洗；根据工况条件更换毛刷棍毛的硬度，可用于原果上腊抛光。6.2去核机采用昆山好用食品机械有限公司生产的 WH-XX!动挖核机，全套设备主要 由优质不锈钢制造，主要组成部份有：定形定位不锈钢链条、全不锈钢机架、 步阵传动结构、传动电机、挖核刀。平板工作台，可以翻倒清洗，方便于沥水 干净、卫生。本套设备主要用于对罐头行业的厂家

19、设计制造，用于对水梨、苹 果开半后挖核，可大大减省人员工作量，为广大客商提高效益，实行现代机械 自动化管理。全机防水、防电、安全性能好，使用时，操作方便，由人工摆放 进料。6.3打浆机选用江苏科威机械有限公司生产的DJ型打浆机，它适用于经过破碎预煮后的仁果类以及各类浆果类水果的浆渣分离。一道为粗打浆、二道为细打浆，两 道筛网孔径可根据物料要求需要选定。设备选型列表设备名称型号生产能力t/h功 率(kw)外型长X宽X高（mrh备注选果机6GS-12020.75可定制迈夫诺达机械有限公司洗果机JXJ-52.254500 X 1300 X 1100食品商务网去皮机MQJ-31332000 X 850 X 200肇庆市苼辉机械去核机WH-XX122200 X 8001X 350中国食品机械网破碎机