食品工程原理課程設(shè)計真空雙效蒸發(fā)器及輔助設(shè)備的設(shè)計計算

1、課程設(shè)計計算說明書課程設(shè)計題目：真空雙效蒸發(fā)器及輔助設(shè)備的設(shè)計計算設(shè) 計 者： 成 績：指 導(dǎo) 教 師： 院、系、專業(yè)：食品工程學(xué)院 08食品科學(xué)與工程專業(yè)2010 年 6 月 23 日 參考文獻馮骉.食品工程原理.北京：中國輕工業(yè)出版社，2006高福成.食品工程原理.北京：中國輕工業(yè)出版社，2001蔡增基，龍?zhí)煊?流體力學(xué)泵與風(fēng)機.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004張和平，張列兵.現(xiàn)代乳品工業(yè)手冊.北京：中國輕工業(yè)出版社，2005王靜康.化工過程設(shè)計.北京：化工工業(yè)出版社，2006婁愛娟，吳志泉，吳敘美.化工設(shè)計.上海：華東理工大學(xué)出版社，2002武建新.乳品技術(shù)裝備.北京：中國輕工業(yè)出版社

2、，2000張和平，張佳程.乳品工藝學(xué).北京：中國輕工業(yè)出版社，2007中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院.中國海誠工程科技股份有限公司.江南大學(xué).2004課程設(shè)計任務(wù)：牛奶濃縮原始數(shù)據(jù)：加熱蒸氣壓：10pa冷凝器真空度：650mmhg=8.7pa絕對壓力：1.3pa原料濃度：11%成品濃度：42%牛奶原料密度：1030kg/m日產(chǎn)量：15t/天日工作時間：10h生產(chǎn)車間在一樓冷凝水使用深井水，平均水溫10蒸發(fā)設(shè)備的流程圖料泵預(yù)熱器一效蒸發(fā)器分離器二效蒸發(fā)器分離器水力噴射泵井水泵初步確定設(shè)備1、 設(shè)備采用順流標(biāo)準(zhǔn)雙效蒸發(fā)加熱器式的濃縮設(shè)備。因為用法則后一效蒸發(fā)器的壓強較前一效的低，幫溶液在各效間的流動不需要

3、用泵來輸送，并且由于前一效溶液比后一效沸點高，當(dāng)溶液由前一效進入后一效蒸發(fā)器時，即呈過熱狀態(tài)自行蒸發(fā)，可以產(chǎn)生更多的二次蒸汽，使在次一效能蒸發(fā)出更多的溶液。外加熱器的循環(huán)速度大 ，可以用泵強制循環(huán)，檢修，清洗也方便。2、 i效濃縮設(shè)備采用強制循環(huán)形式，可以用來提高傳熱系數(shù)，ii效濃縮設(shè)備采用自然循環(huán)形式。3、 離心泵的性能參數(shù)即為表征離心泵特性的參數(shù)，主要有泵的流量，壓頭，軸功率和效率。由于離心泵在實際運轉(zhuǎn)中存在著各種形式的能量損失，因此泵由電機獲得的軸功并不能全部有效的轉(zhuǎn)化為流體的機械能。4、 冷凝部分采用水力噴射泵，因具兼有冷凝器及抽真空作用，故不用再配置真空裝置；結(jié)構(gòu)簡單，造價低，整個冷

4、凝器裝置功率消耗小，占地面積小。哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 1 頁計算及說明結(jié)果料泵的計算1、計算值：查表某些流動食品的密度比體積得牛奶的密度為1030kg/m，由圖液體食品的粘度與溫度關(guān)系查得牛奶粘度為1.7mpas,查閱流體常用流速范圍表在工業(yè)供水1.53.5m/s的流速范圍內(nèi)取u=2m/s。 料液在管路中的壓頭損失阻力系數(shù)管路長徑比局部壓力損失雷諾數(shù)d管內(nèi)徑u流體流速u=2m/s哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 2 頁計算及說明結(jié)果料液密度kg/m原料的粘度 = =0.59mps所以，原料為湍流 0.59mps40152.50.02234.56m哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說

5、明書 第 3 頁計算及說明結(jié)果根據(jù)泵噴射設(shè)備產(chǎn)品樣本p247性能表選用dg6-25三級離心泵其功率：軸功率：2、計算總的局部阻力系數(shù)：設(shè)牛奶進料槽液面為第一截面，一效蒸發(fā)器入口略下一點為第二截面，此過程中，需考慮的阻力系數(shù)有2只90標(biāo)準(zhǔn)彎頭，管子入口，管子p=80.8344w哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 4 頁計算及說明結(jié)果出口，一只全開閘閥。查表得，管件局部阻力因素如下：進管口忽然縮?。?0.590的標(biāo)準(zhǔn)彎頭： =0.75出管口：=1全開閘閥：=0.17總的局部阻力系數(shù)：=0.5+20.75+1+0.17=3.173、計算能量損失：由實際車間、生產(chǎn)設(shè)備估算、分析過程，管道高度：l=1

6、0m則 =0.5 =0.75=1=0.17=3.17l=10m哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 5 頁計算及說明結(jié)果=（ = = =85.1 j/kg4、計算揚程：對于2所選分析過程，由于一、二截面面積相對進出口截面積甚大，故其速度u、u相對甚小可忽略不計。又因第一截面與大氣接觸，而第二截面的大氣壓與外界大氣壓相差不大，故壓力能也可忽略不計。1-2截面圖，位壓頭差估算：z=8m泵的揚程：h=85.1 j/kgz=8mh=16.68m哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 6 頁計算及說明結(jié)果=8+=16.68m5、計算流量:vs=6、選泵類型：根據(jù)：h=16.68mvs=再根據(jù)食品工程原理p

7、646is型單極單吸離心泵is50-32-200型vs=哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 7 頁計算及說明結(jié)果兩效蒸發(fā)分離器計算：兩效傳熱：原料：w=11%；產(chǎn)品：w=42%1、總蒸發(fā)水量：q=q 估算q和p設(shè)q：q由q+ q。得：q=0.55kg/sq=0.61 kg/s真空度：650hg=86645pa2、 再用等壓分配得：q=q=0.55kg/sq=0.61kg/s650hg=86645pa哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 8 頁計算及說明結(jié)果1.3p查水蒸氣表得蒸汽參數(shù)如下：壓強/pa溫度/c焓/kj汽化潛熱/kj第i效加熱蒸氣1099.62676.32259.5第i效二次蒸氣

8、5.6583.42648.42364.5第ii效加熱蒸氣5.6583.42648.42364.5第ii效二次蒸氣1.350.22680.52380.5=p=a哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 9 頁計算及說明結(jié)果3、由于溫差損失不計故：tt求 = =0.98 = =0.97 （沸點進料）= =1.4104、取二效熱能利用系數(shù)均為0.98，則：t=83.4t=50.20.980.971.4100.9604哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 10 頁計算及說明結(jié)果=0=(0.970.9604-4.1870.96041.410)0.98 =0.86b=0.97 =0.004故：q 5、有效溫差

9、分配：00.86b0.004q=哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 11 頁計算及說明結(jié)果 = c 6、計算結(jié)果為：蒸發(fā)器的直徑：=109.2122.7哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 12 頁計算及說明結(jié)果查飽和水蒸氣表： 第ii效：d=0.56kg/sd=0.9m0.61kg/sd=1.01m哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 13 頁計算及說明結(jié)果蒸發(fā)空間的容積允許的蒸發(fā)體積強度修正系數(shù)（0.70.9）：當(dāng)蒸氣壓為0.150.1大氣壓時：=當(dāng)蒸氣壓為0.51大氣壓時：當(dāng)蒸氣壓為19大氣壓時：vv哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 14 頁計算及說明結(jié)果蒸發(fā)器的截面積: 蒸發(fā)室高

10、度: 考慮清洗及維修，采用第一效二次蒸汽出口管徑二次蒸氣出口速度ssh=2.34m5.92m哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 15 頁計算及說明結(jié)果d =0.298取d=0.3m=300mm效加熱器進口直徑：d=設(shè)加熱蒸汽進口壓為210pa比容： = 取飽和蒸汽速度：v=50m/s進口管截面面積：sd =0.298=s哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 16 頁計算及說明結(jié)果d同理效加熱器進口直流設(shè)備加熱蒸汽進口壓力為2比容：= 取飽和蒸汽速度為效出口速度：v=40m/s進口管截面積：s= ddd=s=0.0117mdd0.50m哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 17 頁計算及說明結(jié)

11、果所以效加熱蒸汽進口管選擇熱扎無縫鋼管其余各管選擇管道無縫鋼管（參見食品工程原理p694）進料泵: -物料流經(jīng)整個管路的壓力損失h-料桶中料液高度 m h=2m au-料桶中料液流速 m/su-泵出口料液流速 m/s由于：料槽口管直徑 所以：ua哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 18 頁計算及說明結(jié)果取d=du=流體適算流速 取1m/sv可解d=23mm根據(jù)管路手冊p91不銹鋼，耐酸鋼無縫鋼管選用不銹鋼無縫鋼管u料液在管路中的壓頭損失阻力系數(shù)管路長徑比局部壓力損失雷諾數(shù)vd=23mmu哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 19 頁計算及說明結(jié)果d管內(nèi)徑u流體流速料液密度kg/m原料的粘度

12、= =0.59mps所以，原料為湍流 根據(jù)泵噴射設(shè)備產(chǎn)品樣本p247性能表選用dg6-25三級離心泵40152.54.56mh=6.6m哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 20 頁計算及說明結(jié)果其功率軸功率: 冷凝器的計算（以下公式見食品工廠機械與設(shè)計p185）待添加的隱藏文字內(nèi)容3冷卻水的進口溫度為10，出口溫度為30，效蒸發(fā)水量2.196103kg/h，壓強為1.3104pa，蒸汽溫度為50.2。冷卻水消耗量：w=q（h-h）/c(t-t)=0.061(2587.4-409.34)/4.18710(30-10)=0.023kg/s26.675wp=80.8344ww=0.023kg/s哈

13、爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 21 頁計算及說明結(jié)果所以冷卻水的體積流量：v=0.064m/h計算噴射系數(shù)：uo=kpb為工作介質(zhì)之壓力差，其中：pb2.02105 +1.31042.15105papc為噴射器所造成的壓力差：pc1.01105-1.31048.8104pak取0.85所以：uo=0.850.44計算喉管與噴嘴的截面積取擴散室速度系v=0.064m/hpb2.15105papc8.8104pak取0.85uo=0.44哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 22 頁計算及說明結(jié)果數(shù)30.9所以f2/f1=1.03pb/pc=0.39冷卻水通過噴嘴的流速w1c其中c取0.95

14、，h =p-10po=(2.3105-101.3104)/1.01105=0.92mw1 =0.95 =4.03m/s噴嘴截面積：f= 30.9f2/f1=0.39c取0.95h=0.92mw1=4.03m/s哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 23 頁計算及說明結(jié)果=0.5710m喉部截面積: f2=0.39f1 =0.22因其截面積足夠小，所以不須改為多噴嘴式。所以: d2=0.84103m排水管直徑d3 =d2=0.84103m=0.95 103mf=0.5710m f2=0.22d2=0.84103md3 =0.95 103m哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 24 頁計算及說明結(jié)

15、果k排水管截面積與喉部截面積之比。靜壓水柱高：h=10pvm/760 = =8.55m動壓損失水柱高：hh=h=9.35m綜上所述，應(yīng)采用75tsw4型水力噴射泵（參見食品工廠機械與設(shè)備p184）熱量衡算：第一效傳熱量：h=8.55mhh=9.35m75tsw4型水力噴射泵哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 25 頁計算及說明結(jié)果第二效傳熱量：傳熱系數(shù)k的確定：第一效沸騰溫度：此時料液的粘度： = =第i效為強制循環(huán)k=2000（參考基礎(chǔ)化學(xué)工程p157 表3-2）第二效料液粘度：qqk=2000哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 26 頁計算及說明結(jié)果 = = =0.969cp且第二效為

16、自然循環(huán)：k=1500蒸發(fā)器傳熱面積有效溫差的分配：任一效的傳熱速率方程：第一效傳熱面積：第二效傳熱面積：ss哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 27 頁計算及說明結(jié)果各效的有效傳熱面積 = =34.2第一效加熱器尺寸：設(shè)計采用的熱管，管長3000mm考慮20%的安全傳熱面積：則: 所以管子數(shù)：根取管間距: t=1.2=s=34.2mnt=45.6mm哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 28 頁計算及說明結(jié)果管殼設(shè)計：列管排列按照正三角形排列，按管上排列滿管子計算，排7層可達到196根管子對角線上的管子數(shù)：b=2a+1=2根所以換熱器殼體內(nèi)徑d=t（b-1）+2e =45.6(15-1)+

17、238 =714.4mm取外加熱器外殼：即得一效加熱器外徑: 724.4mm=0.72m第二效加熱器尺寸計算：采用: m，管長3000mm管子b=15根d=714.4mm哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 29 頁計算及說明結(jié)果考慮20%的安全傳熱面積：所以管子數(shù): = =108根取管間距:t=1.2d=管殼設(shè)計：管子按正三角形排列，管排滿管子，排6層可達到133根對角線上的管子數(shù)：根換熱器殼體內(nèi)徑：nt=45.6mmb=13根哈爾濱商業(yè)大學(xué)課程設(shè)計計算說明書 第 30 頁計算及說明結(jié)果取外加熱器外殼:故取二效加熱器外徑:623.2+8=630mm排列圈數(shù)與根數(shù)表同心圓數(shù) 根數(shù)1 72 143 214 285 356 427 498 56d=623.2m