食品工程原理课程设计升膜蒸发器

1、食品工程原理课程设计说明书升膜蒸发器的设计姓名：唐学号：2011班级：目录一 食品工程原理课程设计任务书 .3(1) 设计课题：桃汁浓缩工艺装置的设计计算 .3(2) 设计条件： .3(3).设计要求： .3(4).设计意义 .3(5).主要参考资料 .4二 设计方案的确定 .4三设计计算 . .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 .5（ 3）温度差的计算 .5（ 4）计算两效蒸发水量 V1 ， V2 及加热蒸汽的消耗量 S1 .7（ 5）总传热系数 K 的计算 .8(6) 分配有效温度差，计算传热面积 .103.3.重算两效传

2、热面积 .10（ 1） . 第一次重算 .103.4计算结果 .123.5蒸发器主要工艺尺寸的计算 . .12（ 1）加热室 .12(2) 分离室 .12四. 简图（见附图） .132一 食品工程原理课程设计任务书(1) 设计课题 ：桃汁浓缩工艺装置的设计计算(2) 设计条件：题目 1：桃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： 4200kg/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%料液加入温度： 25原料最高许可温度： 58浓缩液经冷凝后出口温度：25加热介质： 100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

3、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： 2013 年 12 月 27 日。(4).设计意义蒸发可以除去桃汁中的大量水分，减少包装、贮藏和运输费用。蒸发还能提高桃汁的糖分浓度，增加桃汁的耐贮藏性。选用升膜蒸

4、发，果汁在器内经过一次加热、汽化、分离过程，不打循环，在器内停留时间短，这对热敏性的桃汁是有利的。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效。本次设计选择的蒸发流程为并流加料，此种加料方式前效压强较后效高，料液可借此压差自动地流向后一效而无需泵输送。同时，由于前效中溶液的沸点比后效高，当料液进入后效时会产生自蒸发，且桃汁浓度依效序增加，高浓度桃汁处于较低温度时对热敏性的桃汁是有利的。3(5).主要参考资料1. 夏清

5、、陈常贵主编，姚玉英主审，化工原理 , 天津大学出版社， 2005，12. 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

6、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桃汁进行浓缩操作；由处理物料（原料）的性质及设计要求知，桃汁黏度大、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 38× 3mm的无缝不锈钢管作加热管。三设计计算3.1.总蒸发水量VF (1F )4200(10.10) 3033.3(kg / h)P0.363.2.加热面积初算（1）估算各效浓度 :1FFFV14有经验公式： V

7、1: V21:1.1,V1V2 V3033.3(kg / h)得： V 1444.4kg / h,1V21588.9kg / hFF420010 0015.2400 （暂取 15%）1V142001444.4F（2）沸点的初算查表 T=100 时， p=101.33kpa;T=25 时， p2 =3.1684kpa设两效蒸汽压强相等，ppp2 101.333.1684 98.1616(kpa)p1pp98.1616101.3352.2492(kpa)22查得 p152.2492时， T182.19 . 假设效间流动温差损失为 1蒸汽压力温度P/kpaT/ 效加热蒸汽101.33100效二次蒸汽

8、52.249282.19效加热蒸汽50.081.19效二次蒸汽3.762226进冷凝器蒸汽3.168425汽化热 / （kJ· kg-1 )2258.42301.72304.02432.72435.0（3）温度差的计算各效由于沸点升高而引起的温度差损失根据各效的二次蒸汽温度 T 和各效完成液的组成，各效的沸点升高及密度如下表（桃汁近似由糖液代替）i / 15365 a/K0.20.84g/ m3106111.1585则各效由于溶液的沸点升高引起的温度差损失为：第一效时："16.2" aT 216.2 0.2 (82.19273)21V h2301.7103=0.1

9、78 第二效时："16.2" aT 216.2 0.84( 26273 )22V h2432.7 1030.50 由液柱静压力而引起的温度差损失pm1 p1'gh =52.2492+1.06119.8 222pm2p2'gh =3.7622+1.15859.8 22262.65 （kpa）15.12(kpa)由 pm1 查得 Tm186.94 ，由 pm2 查得 Tm2=53.66 /1Tm1T186.9482.194.75 /2Tm2T253.662627.66 由流动阻力而引起的温度差损失由经验值均取 1，' ' '' &

10、#39; '112各效料液的沸点和有效总温差各效温度差损失：' '' ' '11114.75+0.178+1=5.928 6'' '' ' '222227.66+0.5+1=29.16 各效溶液的沸点： T1Tc 11T2Tc 2282.19+5.928=88.118 26+29.16=55.16 各效有效温差为：T1TS1T1100-88.118=11.882 T2TS2T281.19-55.16=26.0 3有效总温差TT1T211.882+26.03=37.91 2（4）计算两效蒸发水量V1，

11、 V2 及加热蒸汽的消耗量S1由题意知，物料平均比热 cF =3.50KJ/kg ·k, 查表得水的比热为 Cw4.220KJ / kg K做第一效热量衡算，得，V( SrsFcTFT1 )1( 取10.98)11Fr1r1( 2258.4 S142003.52588.118) 0.982301.72301.7 V10.96S1395.05同理做第二效热量衡算，得，V2V VSrs2(FCFCV )T1 T22 (取2=0.98)12rW 1r223033.3 V2304.0 V(4200 3.5 4.220V )88.118 55.160.9812432.7112432.7V115

12、15.76kg / h整理得，V V1 3033.3 1515.76 1517.54V27代入式，得， S11990.43kg / 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 / m 3 )( pa s)151061.15.910 4361158.52.1810 2第一效时， ulF42001.3678m / s0.0322 1061.1d 2l36000.78536004di ul l0.032 1.3678 1061.178718.5Rel5.9 10 4luvS11990.430.785 0.03222013.5m/ sd 2v 36000.34

13、16 36004dv uv v0.032 2013.5 0.341677939Rev2.824 10 4vl CP5.9 10 44095Prl0.554.4l管内沸腾传热系数i 的关联式有：lRe l0.23 Re v0.34Pr ll)0.25vi(1.3 128di )0.9( )divl(1.31280.5578718.50.230.344.40.91061.10.252.8240.032)779390.34165.90.0328=774024.8 w/(m2)饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得：1.13rg 231 / 40(T)L2258.410009.8958.420.68213

14、1 / 4=1.132.82410 4211.882=6292.14w / (m2 ）传热外表面的总传热系数K 由下公式计算：11bd 01d 0K10didim10.0013838=17.432774024.8326292.14K14372.35 w /(m2)第二效时：ulF242001515.760.8m/ s0.7850.032 21158.5d2l360036004Reldi ull0.0320.81158.51360.42.1810 2luvS21515.760.785 0.03221552m / sd 2v36000.3375 36004dv uv v0.032 1552 0.3

15、37548416Rev3.462 10 4vPl CP2.18 10 23933155.9rl0.55l9管内沸腾传热系数i 的关联式有：lRe l0.23 Re v0.34Pr l0.9l)0.25vi(1.3 128di )( )divl0.25(1.31280.032)0.551360.40.23484160.34155.90.91158.53.462100.0320.33752.181042=218404.6 w /(m2）饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得：0 1.13 (rg 2 3 )1 / 4LT230410009.897120.674731/ 4=1.133.50210 42

16、26.03=4917.49传热外表面的总传热系数K 由下公式计算：11bd 01d 0K 20dmidi10.0033838=17.432218404.6324917.49算得 K 2 2418.18w /(m2)(6)分配有效温度差，计算传热面积S'1Q1S1r11990.432258.4100024.035m2K 1T1K1 T14372.3511.8823600S'2Q2S2r21515.762304.0100015.41m2K 2T2K2 T22418.1826.0336003.3. 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

17、，并重复上述计算步骤再10算重新分配有效温度差'''24.035 11.88215.41 26.032SS 1t1 S 2 t218.113mt11.88226.03T '124.03511.88215.767 18.113T '215.4126.0322.14618.113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第二效加热蒸汽温度为 T2T '255.1622.146 77.306(r=2314.07KJ/kg)第一效二次蒸汽温度为 T 'T178.306121FF42000.115.24 %FV14

18、200 1444.4由1和 T1' 得第一效沸点为： T1 =78.466 对应汽化热为 2311.4kJ/kgV (S rsFcTFT1 )11 rFr111( 2258.4 S14200 3.52578.466)0.98=0.9575 S1-3402311.42311.4V2V VSrs2(FCFCV )T1T2212r2W1r23033.3V2314.07 V(42003.54.220V )78.466 55.160.9812432.7112432.7V11514.58kg / h解得：VV13033.31514.58 1518.72kg / hV2S11936.9kg / h(

19、 为与加热蒸汽耗量符号S 区分，故以下面积符号采用 S')'Q1S1 r11936.92258.410002S 1'K1'4372.3515.767360017.6mK1 T 1T 111'Q2S2 r21514.582314.0710002S2K2 T'2418.1822.14618.2mK2 T'223600两效的传热面积比较接近，故不再重算。考虑留适当设计余量，通常加大1015%,取 S 'S '20.2m2123.4 计算结果蒸发器序号2蒸发水量加热蒸汽消耗量加热面积 mkg/hkg/h第一效20.21514.581936.9第二效20.21518.721514.58总和40.43033.33451.483.5 蒸发器主要工艺尺寸的计算（1）加热室传热管数目S'20.2101根n3.140