番茄汁浓缩工艺装置的设计

1、精选文库 2 2 估算各效浓度 沸点的初算 3 温度差的计算 计算两效蒸发水量 W1，W 2及加热蒸汽消耗量 D14 目录 一 食品工程原理课程设计任务书 （1）设计课题 （2）设计条件 （3）. 设计要求 1 （4）、主要参考资料 二 设计方案的确定 三 设计计算 3.1. 总蒸发水量 3.2. 加热面积初算 （1） （2） （3） 13 总传热系数 K 的计算 4 分配有效温度差，计算两效传热面积 量： 1.4万吨 /年（约 2243kg/h） 9%（约为 9.0oBrix ） 36% 60 C （5） （6） 3.3.重算两效传热面积 6 （1） .第一次重算 6 3.4 计算结果 7

2、3.5 加热室 8 3.6.分离室8 四.简图 8 2008 级食品科学与工程专业 一 食品工程原理课程设计任务书 （1）设计课题：番茄汁浓缩工艺装置的设计计算 （2）设计条件： 1处理物料（原料） 2. 物料温度： 25C 3. 原料固形物含量： 4. 浓缩液固形物含量： 5. 原料最高许可温度： 6. 物料平均比热为 3.50 kj / kg K ,忽略浓缩热 19.5 m 。 7. 车间底层海拔高程为 20 m 冷凝水排除地沟水封液面海拔高程为 （3）.设计要求： 1. 设计一套（单效或双效）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

3、. 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。须打印) 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：2011年6月17日。 (4) 、主要参考资料 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 ，华南理工大学出版社.1995 .1992 .2002, 7, 151-158 .1997 .1996 (6)： 6-10 华南理工大学化工原理教研组，化工过程及设备设计 化工设备的选择与工艺设计，中南工业大学出版社

4、丛德滋等，化工原理详解与应用，化学工业出版社 张承翼李春英，化工工程制图，化学工业出版社 张桂昭，三效逆流加料蒸发器的设计，化工设计 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 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 一. 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。 二. 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； (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, 双效蒸发系统，根据设计要求， 无缝

5、不锈钢管作加热管。 采用并流双效降膜式蒸发器蒸发。选用 5m长 由处理物料 选用 代2 X 1mm的 设计计算 3.1.总蒸发水量 X0 W F(1)2243(1 3.2.加热面积初算 (1)估算各效浓度： 0!)168725kg/h 第一效蒸发后 FX0 X1 F W1 由经验公式：W1 : W2 而 W1 W2 W 1682kg/h 解得 Wi 801kg/h W2881kg/h X114.8% (2)沸点的初算 查表：T=60 c时，P=19.923kpa; T=25 c时，P2 =3.1684kpa 设两效蒸汽压强相等 P P219.923 3.168416.755k pa Pi P

6、19.923 2 罟 11.546k pa 查的 P1 时，沸点 tw1 52.3 c； P2 时，沸点 tw2 24.8 c 温度差的计算 (3) 将该溶液当作蔗糖溶液处理，有沸点的温度损失差为: 第一效时： 0.0162 (T1273)20 3 2052 0.0162 (52.3 273)20.3 2052 0.25 c 第二效时: 0.0162 (T2273)2 3 2415. 0.0162 (24.8 273)21 3 2415. 0.77 c 对于降膜式蒸发器，不存在由液柱静压力引起的温度差损失，即 取管路引起的损失1 21c,则总的温度差损失为 0.77 0.25 12.02 c

7、有效总温差: tm T1 tW2 60 2.02 24.8 33.18 c 效数 二次蒸汽压强（kpa） 二次蒸汽温度（C） 二次蒸汽汽化热（kj/kg ） 1 11.546 52.3 2052 2 3.1684 24.8 2415 （4）计算两效蒸发水量 W1, W2及加热蒸汽消耗量 D1 由题意知溶液比热为C0 3.5kj/kg k，查表得水的比热为Cw 4.187kj/kg k 作第一效热量衡算，得 r 1t0 t1 W1 (D1 FC ) 1 r1r1 因系沸点进料，故t0 t1，又因为热利用系数 0.980.007 X 其中 0.98 0.007 (14.8 9)0.9394 所以

8、Wi r1 1D1 0.9394 r1 2052D10.792D1 2434 同理作第二效热量衡算，得 r2 W2 W W1 W1 r2 (C0F CwW1)2 r 2 其中 20.98 0.007 (36 14.8) 0.8316 所以 1682 W1 缪W1 2415 (3.50 2243 4.1781)35024 0.8316 2415 整理得 W1908kg/h 代入1式可得: D11146kg/h 由2式可得: W2 W W1774kg / h （5）总传热系数K的计算 查表得不锈钢管的导热率为 17w/m k 浓度 3 (kg/m ) (pa s) 14% 1060 7 10 3

9、36% 1130 2 10 5 F Re 1 Rev Pri r2 diul 1 diUv v iCp 3600 0.03 2243 0.785 0.032 1060 3600 0.832m/s O.83210603770 7 10 3 0.03 908 0.1301 3600 0.032 10 3 3500 0.55 由升膜蒸发器的管内沸腾传热系数 0.785 2 10 569684 44.5 i的关联式有: 1A C ” C C J 0.230.340.9 / 0.25 / i (1 .3 128di) RelRevPr l (一)(一) divl 0.550 230 34 (1.3 12

10、8 0.03) 377069684 0.03 09 1060 0 25 2 10 5 44.5.(07301). (F) 22913 饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得: 23 0 1.13(* t)1/4 1.13 严 9832 O.65943 2355 1000、1/4 5 9.72 2 10 5 10177 传热外表面的总传热系数 K由下公式计算: do d0 K10 dm di 32 0.001 32 10177 22915 30 30 17 K1 2 4818w/(m c) 第一效时： 第二效时: 同理可得: Re l diUl (2243-908)0.03 1130 0.785 0

11、.0323600 1130 1.5 10 21049 Rev diUv V 0.03 774 0.1301 0.785 0.032 2 10 5 360059391 Prl uCp 5 10 2350095.45 0.55 C0.23 r 0.34 c 0.9 / 0.2 V (1 .3 128di) RelRevPrl (一)(一) di 0.550.230.34 (1.3 128 0.03) 104959391 0.03 95.4509 (1 130 0.25(2 10 5 ) (C “) 0.13017 10 32642 饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得: 23 0 gj4 1.13(

12、 2415 1000 9.8 98320.65943)1/4 2 10 5 5 27.5 7896 传热外表面的总传热系数 1 K2 b d0 dm K由下公式计算: d0 di 0.001 32 32 2 4490 w/(m C) c S1 t1S2 t2 S 16.4 9.473.8 26.737.1m2 9.4726.73 (6 )分配有效温度差，计算两效传热面积 tm1 62.02 (52.3 0.25) 9.47 c tm2 52.3 (24.8 0.77) 26.73 c s Q1 D1r1 1146 2355 1000 K1 t1 K1 t1 4818 9.47 3600 S2

13、Q2 W1r1 801 2052 1000 K2 t2 K2 t23600 4490 26.73 K2 7896 30 17 32642 30 3.8m2 16.4m2 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 t19.47 16.4 12.2 12.7 C t23.826.73 12.2 8.3 C 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 t224.8 c 第二效加热蒸汽温度为t2t2 12.7 8.3 21c 第一效加热蒸汽温度T140.1 21 22 c FX 022

14、43 0.09 X1 F W12243 801 14 % 由X1和T1得第一效沸点T1 =41.34 C 0.98 0.007(14 2052CCCCf 1 0.945D1 0.803D1 2415 9) 0.945 20.98 0.007(36 14)0.826 W2 1682 W1。吨帥 (3.5 2243 W1 915kg/h W2 1682 ! 915 767kg/h D1 W1 1139kg/h 解得: 0.803 S1 D1r1 1139 2355 1000 7.5m2 K1 t1 3600 4818 20.7 S2 D2r2 908 2052 1000 2 7.38m K2 t2

15、 3600 4490 15.6 W1 两效的传热面积比较接近，故不在重算 3.4计算结果 D r2 4.187W1)41.34 24.8 2415 蒸发器序号 2 加热面积m 蒸发水量kg/h 加热蒸汽消耗量kg/h 第一效 7.5 1569 1982 第二效 7.5 1316 2 1.加热面积留适当的余量，故扩大14%，取S=7.5m 总和 15 I 2885 1982 3.5加热室 选用5m长032 X 1mm的无缝不锈钢管作加热管 1.传热管数目 7.5 5 3.14 0.0316 S n Ld 加热管按正三角形排列，取管中心距为70mm 管束中心线上的管数为： nc 1.1(16 1.14.4 依据公式Di t(4.4 1) 2b 取 b1.5d0 则加热器内径为: Di 70(4.4 1)2 1.5 32397mm 取 Di 400mm 3.6.分离室 取分离