果汁低温浓缩工艺装置设计

1、食品工程原理课程设计果汁低温浓缩工艺装置设计任务书姓名：彭婕、马艳、唐静、孙丽萍、马国权所属学院：生命科学学院专业：食品科学与工程班级：14-2指导老师：杨保求日期：2012.12.122012.12.16塔里木大学随着人们生活水平的逐步提高，果汁饮料已开始进入人们的日常生活中。中国饮料协会副理事长、秘书长赵亚利指出，从目前情况来看，碳酸饮料、矿泉水、果汁饮料已形成三足鼎立，特别是果汁饮料已后来居上的势头迅速得到了市场的普遍认同。果汁饮料增幅之所以如此之大，是因为人们健康意识的增强，果汁饮料作为一种国际公认的健康饮品，已经成为消费者的追逐热点。果汁饮料的最大特点是不但能解渴，而且含有丰富的维生

2、素、矿物质、微量元素，且无糖或低糖，具有极高的营养、保健功能，同时还因原汁原味而受大众喜爱。100%纯果汁具有新鲜水果的色泽，尝起来是新鲜水果的原味，入口酸甜适宜，真正的100%纯果汁有着难以仿造的好品质。资料显示，水果是人民膳食生活中维生素A和C的主要来源。水果中所含的果胶具有膳食纤维的作用，同时水果也是维持酸碱平衡、电解质平衡不可缺少的。因为人们一般早餐很少吃蔬菜和水果，所以早晨喝一杯新鲜的果汁或纯果汁应该是一个好习惯，补充身体需要的水分和营养。可惜的是人们常常喝一杯牛奶，无法再喝下别的了。要注意的是，空腹时不要喝酸度较高的果汁，先吃一些主食再喝，以免胃不舒服。不管是鲜果汁、纯果汁还是果汁

3、饮料，中餐和晚餐时都尽量少喝。果汁的酸度会直接影响胃肠道的酸度，大量的果汁会冲淡胃消化液的浓度，果汁中的果酸还会与膳食中的某些营养成分结合影响这些营养成分的消化吸收，使人们在吃饭时感到胃部胀满，吃不下饭，饭后消化不好，肚子不适。除了早餐时外，两餐之间也适宜喝果汁。作为食品专业的学生，通过本次果汁低温浓缩工艺装置设计，我们已初步通过学习掌握果汁加工原料的质构与加工特性、果汁加工工艺、果汁加工设备、果汁在加工生产过程中常见的质量问题、果汁加工中物料衡算及管路设计等相关基本知识。本论文本着理论和实用并重的原则撰写，对产品的原材料规格与要求、产品配方、工艺流程、操作要点、生产原理与工艺、加工设备、产品

4、的质量标准与质量控制均有较为详尽的论述，并以政法系统为主线，包括料液输送系统、蒸发系统、冷凝水分离排出系统及真空系统。在设计过程中得到了老师的正确指导和帮助，谨此表示感谢。在设计过程中，参考了许多文献、资料，包括大量网上资料，难以一一鸣谢，在此一并感谢。由于水平有限，在设计中难免有不妥乃至错误之处，敬请批评和指正。目录第一部分设计方案1.1.1 设计条件与要求1.1.2 设计方案的确定.1.第二部分厂址的选择1.2.1厂址选择的原则及说明1.第三部分流程图和流程说明2.第四部分设计计算书错误！未定义书签。4.1总蒸发水量错误！未定义书签。4.2加热面积初算错误！未定义书签。第五部分对设计成果的

5、评价第六部分设计分工错误！未定义书签。8.第一部设计方案一.课程设计任务书(1)设计课题：果汁低温浓缩工艺装置的设计计算(2)设计条件：1 .处理物料(原料)量：3600kg/h2 .物料温度：25c3 .原料固形物含量：11%4 .浓缩液固形物含量：36%5 .原料最高许可温度：78c6 .物料平均比热为3.50KJ/kg?K(忽略浓缩热)7 .车间底层海拔高程为20m;冷凝水分离排除地沟水封液面海拔高程为19.5mo(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 .提交设计计算说明书一份，(应包括目录

6、、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。二设计方案的确定(1)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。(2)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果汁进行浓缩操作；由处理物料(原料)的性质及设计要求知，果汁黏度大、不易生泡沫，考虑到经济和效率问题，选用双效蒸发系统，根据设计要求，采用并流双效降膜式蒸发器蒸发。选用5m长432x1mm的无缝不锈钢管作加热管。第二部分厂址的选择

7、一.厂址选择的原则(1)厂址的位置要符合城市规划(供汽、供电、给排水、交通运输)等要求。(2)厂的地区要接近原料、燃料基地和产品销售市场，还要接近水源和电源。(3)具有良好的交通运输条件。(4)场地有效利用系数较高，并有远景规划的最终总体布局。(5)有一定的基建施工条件和投产后的协作条件。(6)厂址选择要利于三废处理第一页二.厂址选择说明(1)厂址选择设计在阿拉尔，由于阿拉尔水果资源丰富，交通便利。(2)工厂的选择一般倾向于设在原材料产地附近。(3)厂址在城市外围，是在原材料产地附近的郊区，有利于销售。便于辅助材料和包装材料的获得。同时还可以减少运输费用(4)厂址所在地选择较宽广的平地，在建立

8、厂房和安装管道时不需要考虑坡度、沟渠等对厂房设计的影响。并且附近有良好的卫生环境，没有有害气体、粉尘及对果汁厂的影响。第三部分流程图和流程说明(一)流程图(二)流程说明第二页双效板式蒸发装置流程锅炉产牛蒸汽一部分逋入一效蒸发器一部分通入预热器加热进口物料。通入一效蒸发器的加热蒸汽加热从预热器抽到一效蒸发番的物料加热蒸汽冷凝成冷凝水进入冷凝水罐物料经过加热产生二次蒸汽二次蒸汽揩物料带到一效分离器经过分离器分离成二次蒸汽和物料。二次蒸汽通入二效蒸发器加热二效蒸发器的物料二次蒸汽冷凝成冷凝水通入冷凝水罐物料经过加热产生二次蒸汽二次蒸汽将物料带到二效分离器经过分离器分离成二次蒸汽和物料,物料进入物料罐

9、二次蒸汽通入冷凝器冷凝成冷凝水进入冷凝水罐本流程采用直接蒸汽加热，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。使用25c水作为冷却剂，冷凝水出口温度为40Co真空蒸发的条件：不断供给热量；要维持果汁的沸腾，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，又会凝结成水回到果汁中去。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。第四部分设计计算书3.1. 总蒸发水量x00.11kgW=F(1)=3600(1-)=2484kg.x20.36h3.2. 加热面积初算(

10、1)估算各效浓度：第一效蒸发后X1FX0F -W1由经验公式：W1：W2=1:1.1W1+W2=W=2484kgh解得W1=1182.86kghW2=1301.14X1=16.4%第三页(2)沸点的初算查表：T=78C时，P=38.55kpa；T=25C时，P2=3.1684kpa设两效蒸汽压强相等P=P-P2=35.3816kpaP1=p-p=20.8592kpa查的Pi时，沸点tw1=61.7C;P2时，沸点tw2=24.8C（3）温度差的计算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:：a'0.0162(61.7273)(61.7273)2110=0.258C第二效

11、时:_21.30.0162(T2273)24150.0162 (24.8 273)224151.3第四页=0.77C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=0取管路引起的损失1"="1C,则总的温度差损失为'、:一'、1、1-二.二1-2E&=0.77+0.258+1=2.028C有效总温差:E：tm=78-2.028-24.8=51.172C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）120.859261.7211023.168424.82415(4)计算两效蒸发水量W1,W2及加热蒸汽消耗量D1由题意

12、知溶液比热为C0=3.5kj/kg.k,查表得水的比热为Cw=4.187kj/kgk作第一效热量衡算，得门to_tlWi=(D1FC-)1ri'ri'因系沸点进料，故to=ti,又因为热利用系数”=0.980.007AX其中1=0.98-0.007(16.4-11)=0.9422所以r1W1=1D1=0.82D2r1'同理作第二效热量衡算，得r2t1-12一W2=W-W1=W1(C0F-CwW1)22r2r2其中2=0.98-0.007(36-16.4)=0.8428所以2110 W124152484-W1=(61.70.258)-(24.80.77)+(3.5父360

13、04.187W1)0.84282415整理得W1=1274.8kgh代入1式可得：D1=1554.6kgh由2式可得:W2=W-W1=1209.2第五页U=d d： 36004=1.34%Rel= diuLl =6087lRev=2271300pn =也;7 10 , 3500i0.55= 44.5由开膜蒸发器的管内沸腾传热系数 8的关联式有:_1 _0 23 0 34 09 II 0 25 'v二 i 二(1.3 128di)Re1Rev0.34 p芳(一 )0.25(一 )diPv J=25952饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得:rgP2K3 1/4 0 =1.13(rg) 、!

14、_.二9006传热外表面的总传热系数K由下公式计算:1 =1bd01d0K1一：0.dm_：idiK1=5000Wm m c第二效时：同理可得：Re1=1828Rev=92779第六页(5)总传热系数K的计算查表得不锈钢管的导热率为，=17w/mk浓度P(kg/m3)N(pas)14%10607x10”36%1130_52x10第一效时: uiCpPr l =,_ 21.5 10 35002 ”=95.450.55 i: i =(1.3 128di) Re0 23 -、0.34l Revdi0.9 / Pl . 0.25-v.Prl()():v l=69099.6第五部分对设计成果的评价本次课

15、程设计为设计双效蒸发器对果汁进行浓缩，要对蒸发的工艺进行计算，同时要设计出蒸发器的结构尺寸。经计算，得出设计所需参数，在理论上基本符合要求，但要投入生产应用，需要经过实验的验证。设计过程中，也存在一些问题，可能因资料的查找不够，一些计算采取了较简便的计算方法。而且在设计的计算过程中有的数据代入不是很准确，有的校正不是很严格，这是设计中的不足，希望能谅解，并给予意见。本次设计是在组长的带领下，小组五人齐心协力，各施所长在一种轻松的氛围中共同讨论解决设计中出现的各项问题最后顺利完成了本次任务。虽然这个过程中成员之间有时会因为一些小问题，意见不统一，但是最终我们也可以克服。总结本次果汁设计我们着重体

16、现她的以下几个优点1、为了节约劳动力和降低生产成本我们充分利用传统果汁身材技术和现代自动化技术的便利。2 、设计生产的环境安全技术要求严格产品色泽亮丽酸甜可口香气浓郁无异味杂质天然健康。3 、在物料衡算上我们反复讨论修改从设备的选型、生产能力等方面努力做到物料的平衡保证系统内无物料的积累。第七页4 、在画图方面我们充分了解各项规范标准及图纸的有关内容、特点、表示方法等知识。参考文献：1、 时钧等.化学工程手册.北京：化学工业出版社，19962、 无锡轻工学院和天津轻工学院合编.食品工程原理.北京：中国轻工业出版社，19853、王志魁.化工原理.北京：化学工业出版社，19874、刘士星.化工原理.北京：中国科学技术大学出版社，19945、姚玉英等.化工原理.天津：天津大学出版社，19966、张裕中.食品