食品工程原理課程設(shè)計(jì)--升膜蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　食品工程原理</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p><b>　　升膜蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　姓名： </p><p>　　學(xué)號(hào)： 2011

2、 </p><p>　　班級(jí)： </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一 《食品工程原理》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書3</p><p>　　(1)．設(shè)計(jì)課題：桃汁濃縮工藝裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算3</p><p>　

3、　(2)．設(shè)計(jì)條件：3</p><p>　　(3).設(shè)計(jì)要求：3</p><p>　　(4).設(shè)計(jì)意義3</p><p>　　(5).主要參考資料4</p><p>　　二 設(shè)計(jì)方案的確定4</p><p><b>　　三 設(shè)計(jì)計(jì)算4</b></p><p>

4、　　3.1.總蒸發(fā)水量4</p><p>　　3.2.加熱面積初算4</p><p>　?。?）估算各效濃度:4</p><p>　?。?）沸點(diǎn)的初算5</p><p>　　（3）溫度差的計(jì)算5</p><p>　?。?）計(jì)算兩效蒸發(fā)水量，及加熱蒸汽的消耗量7</p><p>　　（

5、5）總傳熱系數(shù)K的計(jì)算8</p><p>　　(6)分配有效溫度差，計(jì)算傳熱面積10</p><p>　　3.3.重算兩效傳熱面積10</p><p>　　（1）.第一次重算10</p><p>　　3.4 計(jì)算結(jié)果12</p><p>　　3.5蒸發(fā)器主要工藝尺寸的計(jì)算12</p><

6、p><b>　?。?）加熱室12</b></p><p><b>　　(2)分離室12</b></p><p>　　四.簡圖（見附圖）13</p><p>　　一 《食品工程原理》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　　(1)．設(shè)計(jì)課題：桃汁濃縮工藝裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算</p>&l

7、t;p>　　(2)．設(shè)計(jì)條件： </p><p>　　題目1：桃汁低溫濃縮工藝裝置的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件</b></p><p>　　生產(chǎn)能力：4200kg/h</p><p>　　原料固形物含量：10%</p><p>　　濃縮要求：使固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃縮至3

8、6%</p><p>　　料液加入溫度：25℃</p><p>　　原料最高許可溫度：58℃</p><p>　　濃縮液經(jīng)冷凝后出口溫度：25℃</p><p>　　加熱介質(zhì)：100℃的飽和蒸汽。</p><p>　　物料平均比熱為3.50 kJ/(kg·K)，忽略濃縮熱</p><p&g

9、t;　　試設(shè)計(jì)一套雙效升膜蒸發(fā)系統(tǒng)，滿足上述工藝要求。</p><p><b>　　(3).設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)一套雙效升膜蒸發(fā)系統(tǒng)（滿足上述工藝要求并包括料液輸送系統(tǒng)，蒸發(fā)系統(tǒng)，冷凝水分離排除系統(tǒng)及真空系統(tǒng)）；</p><p>　　2.提交設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份，（應(yīng)包括目錄、設(shè)計(jì)計(jì)算任務(wù)書、設(shè)計(jì)方案的確定、各系統(tǒng)的設(shè)

10、計(jì)計(jì)算及設(shè)備選型、簡略的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、參考文獻(xiàn)資料等。須打?。?lt;/p><p>　　3.工藝布置簡圖一幅（可附在設(shè)計(jì)計(jì)算書上）；</p><p>　　4.注意收集、閱讀參考資料，形成設(shè)計(jì)方案；</p><p>　　5.提交日期：2013年12月27日。</p><p><b>　　(4).設(shè)計(jì)意義</b></p&

11、gt;<p>　　蒸發(fā)可以除去桃汁中的大量水分，減少包裝、貯藏和運(yùn)輸費(fèi)用。蒸發(fā)還能提高桃汁的糖分濃度，增加桃汁的耐貯藏性。</p><p>　　選用升膜蒸發(fā)，果汁在器內(nèi)經(jīng)過一次加熱、汽化、分離過程，不打循環(huán)，在器內(nèi)停留時(shí)間短，這對(duì)熱敏性的桃汁是有利的。</p><p>　　蒸發(fā)操作是一個(gè)能耗大的過程。采用多效蒸發(fā)是降低能耗的最有效方法。隨著效數(shù)的增加，總蒸發(fā)量相同時(shí)所需新鮮蒸

12、汽量減少，操作費(fèi)用降低；但效數(shù)越多，設(shè)備費(fèi)用越高，而且隨著效數(shù)的增加，所節(jié)約的新鮮蒸汽量越來越少。因此本次設(shè)計(jì)效數(shù)選為Ⅱ效。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)選擇的蒸發(fā)流程為并流加料，此種加料方式前效壓強(qiáng)較后效高，料液可借此壓差自動(dòng)地流向后一效而無需泵輸送。同時(shí)，由于前效中溶液的沸點(diǎn)比后效高，當(dāng)料液進(jìn)入后效時(shí)會(huì)產(chǎn)生自蒸發(fā)，且桃汁濃度依效序增加，高濃度桃汁處于較低溫度時(shí)對(duì)熱敏性的桃汁是有利的。</p>&

13、lt;p>　　(5).主要參考資料</p><p>　　夏清、陳常貴主編，姚玉英主審，化工原理,天津大學(xué)出版社，2005，1 </p><p>　　華南理工大學(xué)化工原理教研組，化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì),華南理工大學(xué)出版社.1995</p><p>　　化工設(shè)備的選擇與工藝設(shè)計(jì)，中南工業(yè)大學(xué)出版社. 1992</p><p>　　叢德滋等, 化

14、工原理詳解與應(yīng)用, 化學(xué)工業(yè)出版社. 2002，7, 151-158</p><p>　　張承翼 李春英，化工工程制圖，化學(xué)工業(yè)出版社. 1997</p><p>　　張桂昭，三效逆流加料蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)，化工設(shè)計(jì). 1996（6）：6-10</p><p>　　蔣迪清等，食品通用機(jī)械與設(shè)備，華南理工大學(xué)出版社，2001，7，111-13</p><

15、p>　　各類化學(xué)工程學(xué)報(bào)、期刊、化工設(shè)備手冊(cè)及其化工機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品廣告</p><p><b>　　二 設(shè)計(jì)方案的確定</b></p><p>　　一．對(duì)果汁進(jìn)行濃縮的好處：</p><p>　　1.減少包裝、運(yùn)輸和貯藏的費(fèi)用；</p><p><b>　　2.防止腐?。?lt;/b></p&g

16、t;<p><b>　　3.改善口感。</b></p><p><b>　　二.確定設(shè)計(jì)方案：</b></p><p>　　考慮到高溫會(huì)破壞果汁的品質(zhì)，故采用真空低溫蒸發(fā)來對(duì)桃汁進(jìn)行濃縮操作；由處理物料（原料）的性質(zhì)及設(shè)計(jì)要求知，桃汁黏度大、不易生泡沫，考慮到經(jīng)濟(jì)和效率問題，選用雙效升膜蒸發(fā)系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用并流雙效升膜式蒸發(fā)

17、器蒸發(fā)。選用2m長φ38×3mm的無縫不銹鋼管作加熱管。</p><p><b>　　三 設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p><b>　　3.1.總蒸發(fā)水量</b></p><p>　　3.2.加熱面積初算</p><p>　?。?）估算各效濃度:</p><p>

18、<b>　　有經(jīng)驗(yàn)公式：,</b></p><p><b>　?。?）沸點(diǎn)的初算</b></p><p>　　查表T=100℃時(shí)，p=101.33kpa;T=25℃時(shí)，=3.1684kpa</p><p>　　設(shè)兩效蒸汽壓強(qiáng)相等，</p><p>　　查得℃.假設(shè)效間流動(dòng)溫差損失為1℃</p&

19、gt;<p><b>　?。?）溫度差的計(jì)算</b></p><p>　　①各效由于沸點(diǎn)升高而引起的溫度差損失</p><p>　　根據(jù)各效的二次蒸汽溫度T和各效完成液的組成ω，各效的沸點(diǎn)升高及密度如下表（桃汁近似由糖液代替）</p><p>　　則各效由于溶液的沸點(diǎn)升高引起的溫度差損失為：</p><p>

20、;<b>　　第一效時(shí)：</b></p><p><b>　　=0.178℃</b></p><p><b>　　第二效時(shí)：</b></p><p><b>　　℃</b></p><p>　　②由液柱靜壓力而引起的溫度差損失</p><

21、;p>　　=52.2492+62.65（kpa）</p><p>　　=3.7622+15.12(kpa)</p><p>　　由查得86.94℃，由查得=53.66℃</p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　℃</b></p><p>　　

22、③由流動(dòng)阻力而引起的溫度差損失</p><p>　　由經(jīng)驗(yàn)值均取1℃，℃</p><p>　?、芨餍Я弦旱姆悬c(diǎn)和有效總溫差</p><p>　　各效溫度差損失：4.75+0.178+1=5.928℃</p><p>　　27.66+0.5+1=29.16℃</p><p>　　∴各效溶液的沸點(diǎn)：82.19+5.928=

23、88.118℃</p><p>　　26+29.16=55.16℃</p><p>　　∴各效有效溫差為：100-88.118=11.882℃</p><p>　　81.19-55.16=26.03℃</p><p>　　有效總溫差11.882+26.03=37.912℃</p><p>　?。?）計(jì)算兩效蒸發(fā)水量，及

24、加熱蒸汽的消耗量</p><p>　　由題意知，物料平均比熱=3.50KJ/kg·k,查表得水的比熱為</p><p>　　做第一效熱量衡算，得， (取0.98)</p><p><b>　　∴ ①</b></p><p>　　同理做第二效熱量衡算，得，</p><p><b&

25、gt;　　(取=0.98)</b></p><p><b>　　整理得，</b></p><p><b>　　代入①式，得，</b></p><p>　?。?）總傳熱系數(shù)K的計(jì)算</p><p>　　查表得不銹鋼管的導(dǎo)熱率為</p><p><b>　　

26、第一效時(shí)，</b></p><p>　　管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式有：</p><p>　　=774024.8 ℃)</p><p>　　飽和水蒸氣的傳熱系數(shù)由下公式可求得：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=6292.14</b>

27、;</p><p>　　傳熱外表面的總傳熱系數(shù)K由下公式計(jì)算：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　℃)</b></p><p><b>　　第二效時(shí)：</b></p><p>　　管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式有：</p

28、><p>　　=218404.6℃）</p><p>　　飽和水蒸氣的傳熱系數(shù)由下公式可求得：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=4917.49</b></p><p>　　傳熱外表面的總傳熱系數(shù)K由下公式計(jì)算：</p><

29、p><b>　　=</b></p><p><b>　　算得℃)</b></p><p>　　(6)分配有效溫度差，計(jì)算傳熱面積</p><p>　　3.3.重算兩效傳熱面積</p><p><b>　?。?）.第一次重算</b></p><p>

30、　　由于兩效傳熱面積相差太大，故應(yīng)調(diào)整各效的有效溫度差，并重復(fù)上述計(jì)算步驟再算重新分配有效溫度差</p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　℃</b></p><p>　　校正各效沸點(diǎn)、蒸發(fā)水量和傳熱量</p><p>　　因第二效完成液沸點(diǎn)不變，所以=55.16℃<

31、/p><p>　　第二效加熱蒸汽溫度為77.306℃(r=2314.07KJ/kg)</p><p>　　第一效二次蒸汽溫度為℃</p><p><b>　　%</b></p><p>　　由得第一效沸點(diǎn)為：=78.466℃ 對(duì)應(yīng)汽化熱為2311.4kJ/kg</p><p>　　=0.9575-34

32、0</p><p><b>　　解得：</b></p><p>　　(為與加熱蒸汽耗量符號(hào)S區(qū)分，故以下面積符號(hào)采用)</p><p>　　兩效的傳熱面積比較接近，故不再重算。</p><p>　　考慮留適當(dāng)設(shè)計(jì)余量，通常加大10~15%,取</p><p><b>　　3.4 計(jì)算結(jié)果

33、</b></p><p>　　3.5蒸發(fā)器主要工藝尺寸的計(jì)算</p><p><b>　?。?）加熱室</b></p><p><b>　　傳熱管數(shù)目</b></p><p>　　管子采用正三角形排列</p><p><b>　　采用脹管法，取</

34、b></p><p>　　取b’=1.5d0 </p><p>　　b’=1.5d0=1.5×38=57mm</p><p><b>　　加熱室的直徑</b></p><p>　　取加熱室直徑D為800mm</p><p><b>　　(2)分離室</b>&

35、lt;/p><p>　　分離室體積計(jì)算式為:</p><p>　　其中，U為蒸發(fā)體積強(qiáng)度，一般允許值為，在此取。</p><p>　　將工藝計(jì)算中二次蒸氣的溫度和流量以及根據(jù)溫度所查得的二次蒸氣的密度列于下表：</p><p>　　為方便起見，各效分離室的尺寸均取一致，所以體積V取最大值。</p><p><b>

36、;　　確定需考慮的原則：</b></p><p><b>　?、?lt;/b></p><p><b>　?、?lt;/b></p><p>　　③在允許的條件下分離室的直徑應(yīng)盡量與加熱室相同</p><p><b>　　根據(jù) </b></p><p