升膜蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算說明書

1、食品工程原理課程設(shè)計(jì)目錄食品工程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書錯(cuò)誤 ! 未定義書簽。(1)設(shè)計(jì)課題2(2)設(shè)計(jì)條件2(3) .設(shè)計(jì)要求2(4) .設(shè)計(jì)意義錯(cuò)誤!未定義書簽。(5) .主要參考資料錯(cuò)誤!未定義書簽。二設(shè)計(jì)方案的確定3設(shè)計(jì)計(jì)算4. 總蒸發(fā)水量. 加熱面積初算錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。1)估算各效濃度錯(cuò)誤!未定義書簽。2)沸點(diǎn)的初算43)溫度差的計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書簽。4)計(jì)算兩效蒸發(fā)水量V1，V2及加熱蒸汽的消耗量S1錯(cuò)誤(5)總傳熱系數(shù)K的計(jì)算錯(cuò)誤6)分配有效溫度差，計(jì)算傳熱面積錯(cuò)誤. 重算兩效傳熱面積1)第一次重算錯(cuò)誤!未定義書簽。錯(cuò)誤!未定義書簽。計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤!未定義書簽。四蒸發(fā)

2、器主要工藝尺寸的計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書簽。五簡(jiǎn)圖13(1)工藝流程圖13(2)細(xì)節(jié)圖14食品工程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(1)設(shè)計(jì)課題：番茄汁濃縮工藝裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算(2)設(shè)計(jì)條件：題目1：番茄汁低溫濃縮工藝裝置的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件：生產(chǎn)能力：1170kg/h原料固形物含量：10%濃縮要求：使固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃縮至36%液加入溫度料：25原料最高許可溫度：58濃縮液經(jīng)冷凝后出口溫度：25加熱介質(zhì)：100的飽和蒸汽。物料平均比熱為kJ/(kgK),忽略濃縮熱試設(shè)計(jì)一套雙效升膜蒸發(fā)系統(tǒng)，滿足上述工藝要求。(3) .設(shè)計(jì)要求：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

3、分離排除系統(tǒng)及真空系統(tǒng))；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)計(jì)計(jì)算及設(shè)備選型、簡(jiǎn)略的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、參考文獻(xiàn)資料等)；3 .工藝布置簡(jiǎn)圖一幅(可附在設(shè)計(jì)計(jì)算書上)；4 .注意收集、閱讀參考資料，形成設(shè)計(jì)方案；5 .提交日期：2014年12月30日。(4) .設(shè)計(jì)意義：1 .蒸發(fā)可以除去番茄汁中的大量水分，減少包裝、貯藏和運(yùn)輸費(fèi)用。蒸發(fā)還能提高番茄汁的糖分濃度，增加番茄汁的耐貯藏性。選用升膜蒸發(fā)，果汁在蒸發(fā)器內(nèi)經(jīng)過一次加熱、汽化、分離過程，不進(jìn)行循環(huán)，在蒸發(fā)器內(nèi)停留時(shí)間短，這對(duì)熱敏性的番茄汁是有利的。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

4、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R效。2 .當(dāng)料液進(jìn)入后效時(shí)會(huì)產(chǎn)生自蒸發(fā)，且番茄汁濃度依效序增加，高濃度番茄汁處于較低溫度時(shí)對(duì)熱敏性的番茄汁是有利的。3 .通過課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生綜合運(yùn)用本課程和前修課程基本知識(shí)，進(jìn)行融會(huì)貫通，獨(dú)立思考，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的化工單元操作的設(shè)計(jì)任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用課本知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，從而得到化工工程設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練，為以后更為復(fù)雜的設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。(5) .主要參考資料：1 .夏清、陳常貴主編，姚玉英主審，化工原

5、理,天津大學(xué)出版社，2005，12 .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.19953 .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.19924 .叢德滋等,化工原理詳解與應(yīng)用,化學(xué)工業(yè)出版社.2002，7,151-1585 .張承翼李春英，化工工程制圖，化學(xué)工業(yè)出版社.19976 .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）：6-107 .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，2001，7，111-138 .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)品廣告設(shè)計(jì)方案的確定一對(duì)果汁進(jìn)行濃縮的好處：1 .減少包裝、運(yùn)輸和貯藏的

6、費(fèi)用；2 .防止腐??；3 .改善口感。二.確定設(shè)計(jì)方案：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)番茄汁進(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，番茄汁黏度大、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)器蒸發(fā)。選用2m長（|）38x3mm的無縫不銹鋼管作加熱管。三設(shè)計(jì)計(jì)算總蒸發(fā)水量VF(1)1170p(10.100.36)845.0kg/h加熱面積初算(1)估算各效濃度第一效蒸發(fā)后:FFFVi11700.101170Vi由經(jīng)驗(yàn)公式:1:V2V845.0解得:V1402.4kg/h442.6kg/h15.24%(暫取15%)(2

7、)沸點(diǎn)的初算查表：T=100C時(shí)，P=;T=25C時(shí)，P2=設(shè)兩效蒸汽壓強(qiáng)相等PPP2101.333.168498.1616kpaPPiP101.33298.1616-52.2492kpa解得Pi時(shí)，查表沸點(diǎn)t 182.19C;t225126C,第二效加熱蒸汽T2=t11=C蒸汽壓力/KPa溫度/C汽化熱/(KJ-Kg1)I效加熱蒸汽100I效二次蒸汽n效加熱蒸汽n效二次蒸汽26進(jìn)冷凝器蒸汽25(3)溫度差的計(jì)算T21 16.2 - r16.2 (t 1 273)2Z32301.7 100.20.0162 (82.19 273)2 0 22301.7將該溶液當(dāng)作蔗糖溶液處理，各效由于溶液的沸點(diǎn)

8、升高引起的溫度損失差為:/%1536a/K3g/m1.0611第一效時(shí):0.18C第二效時(shí):2 16J r一一一 一 216.2 (t 2 273)32432.7 100.84 _ _ 20.0162 (26 273)八0.842432.70.50C0.180.500.68C由液柱靜壓力引起的溫度差損失：(取液層高度為2m)第一效：pm1p1等52.24921.061129.8262.65KPa此壓強(qiáng)下Tm186.94C,1Tm1t186.9482.194.75C第二效：pm3.76221.15369.82/215.093KPa此壓強(qiáng)下Tm253.66C,2Tm2t253.662627.66C

9、4.7527.6632.41取管路引起的損失i21c12112c各效料液的沸點(diǎn)和有效總溫差各效溫度差損失：I效：1111+1=CII效：2222+1=C各效溶液的沸點(diǎn)：I效：t1t11+=cII效：t2t2226+=C各效有效溫差為：I效：t1100tl=CII效：t2T2t2最大可能溫差T1002575c損失溫差：0.180.532.31234.99C有效總溫差：tt1t211.88+26.03=37.91C(4)計(jì)算兩效蒸發(fā)水量V,吊及加熱蒸汽的消耗量S10.962S1 110.051由題意知料液平均比熱為Cf3.5KJ/KgK,查表得水的比熱為CW4.220KJ/KgK作第一效熱量衡算，

10、得JTt1V(S1FCF)1其中10.9811所以(S1 rs1TF t1 FCf -)0.982258.4(S12301.71170 3.5025 88.122301.7 )同理作第二效熱量衡算，得V2vS2 三(FCfr2其中 2 0.980.55所以845.02304.0、， V (1170 3.502432.7 14.220V)88.1255.16 0.982432.7整理得Vi422.34Kg / h代入式可得: 由式可得： 553.42 Kg / hV2 V V1 845.0 422.34422.66Kg /h(5)總傳熱系數(shù)K的計(jì)算濃度(kg/m3)(pas)15%-45.910

11、36%_22.18102查表得不銹鋼管的導(dǎo)熱率為17.4W/mK第一效時(shí):ulReluv4d2dull3600Si7d2V1170Z2Z0.7850.0321061.10.03236000.3810m/s36000.38101061.15.9104553.422192720.1995m/s0.7850.0322958.43600duV v0.0320.1995958.4_2216662.824104lCP5.91043940八4.2由管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)，的關(guān)聯(lián)式有:i(1.3128d)Rel0.23Rev0.34Prld0.9l025v(_)()(1.31280.032)-05-219270.2

12、30.032216660.344.20.9(1061.1958.4)0.25(2.824105.91044-)2049188W/(mC)飽和水蒸氣的傳熱系數(shù)由下公式可求得:2301.13(r一)1/4vLt/2258.41031.13(_2319.8958.420.68213、z2.82410-4211.886291W/(m2C)傳熱外表面的總傳熱系數(shù)K由下公式計(jì)算:d01d0K1K1同理可得,ulRelRevPrl62910.0030.03817.40.03222578.38W/(mC)第二效時(shí):F24d2ldqlS236000.0324d2duvvuiCp360010.038-4=3.88

13、104491880.0321170422.340.7850.03221158.50.2230m/s36000.22302.1810T379422.340.7850.0322971.036000.0320.1503971.043.502104133360.1503m/s_22.18103353cc133由管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)i的關(guān)聯(lián)式有:10.230.340.91、0.25/vi(1.3128d)ReiRevpr1()()dvi(1.3 128 0.032)0.550.03243790.23133360.341330(如竺產(chǎn)5(3.502102)971.02.1810212571W/(m2C)飽和水

14、蒸氣的傳熱系數(shù)由下公式可求得：232911n113jgv、1/4113z23041039.8971.020.6747301.13()1.137)vLt23.50210226.034918W/(m2C)傳熱外表面的總傳熱系數(shù)K由下公式計(jì)算：1 1bd01d0K20did149180.003 0.03817.4 0.0321 0.03812571 0.0325.03 104K21989.89W/(m2C)(6)計(jì)算傳熱面積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ScQiSr1553.422258.410002S111.33mKit1Kit12578.3811.883600cQSi422.34

15、2304.01000.2S25.22m2 K2t2K2t21989.8926.033600重算兩效傳熱面積(1)第一次重算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t1t2Si titi t2S1 t1S11.3311.885.2226.0311.8826.0311.33 11.887.1418.850C7.14m25.22 26.037.1419.030C校正各效沸點(diǎn)、蒸發(fā)水量和傳熱量因第二效完成液沸點(diǎn)不變，所以t2 55.16 C第二效加熱蒸汽溫度為t2t2 55.16 19.03 74.19 C該溫度下對(duì)應(yīng)的汽化熱r=Kg第一效二次蒸汽溫

16、度T1t2t2 1 74.19 1 75.19CF f 1170 0.1F V 1170 402.415.24%由 1 和 T，得第一效沸點(diǎn) T=T1175.190.1875.37 C該溫度下對(duì)應(yīng)的汽化熱r=Kg,1= 2=0.98V(S1Tf) 11(2258.42331.95S111703.52575.37)2331.950.98=S1S2r-士 (FCF2845.0 M2304.02432.7(1170 3.504.220VQ75.3755.162432.70.98-V1解得：V2 s428.6kg/h845.0428.6416.4kg/h542.9kg/hS1r1542.92258.4

17、10002S17.01m2Kit12578.3818.853600cS2r2428.62321.4010002S227.30m2K2t21989.8919.033600兩效的傳熱面積比較接近，故不在重算考慮留適當(dāng)設(shè)計(jì)余量，通常加大1015%取S1S28.3m2計(jì)算結(jié)果蒸發(fā)器序號(hào)加熱面積m2蒸發(fā)水量kg/h加熱蒸汽消耗量kg/h第一效第二效總和四蒸發(fā)器主要工藝尺寸的計(jì)算(1)加熱室傳熱管數(shù)目42根S8.3ndL3.140.0322管子采用正三角形排列nc1.1而1.17428根采用脹管法，取t二t=x38=57mmMb=b=x38=57mm加熱室的直徑Dt(nc1)2b57(81)257513m

18、m圓整后，取加熱室直徑D為550mm.(2)分離室分離室體積計(jì)算式為3600U分離室體積，m3;某效蒸發(fā)器的二次蒸汽流量，kg/h;-某效蒸發(fā)器的二次蒸汽密度，kg/m3;U蒸發(fā)體積強(qiáng)度，m3/m3s,即每立方米分離室每秒鐘產(chǎn)生的二次蒸汽量;其中，U為蒸發(fā)體積強(qiáng)度，一般允許值為1.11.5m3/m3428.63600 0.2435120.408 m3V-W-23600 2U416.436000.0245123.94 mi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V 3.94m3。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效次IR二次蒸汽溫度（C）二26二次蒸汽流量（kg/h）二次蒸汽密度（kg/m3）于下表:*確定需考慮的原則:DH:D12H1.8在允許的條件下分離室的直徑應(yīng)盡量與加熱室相同根據(jù)V - D2H4H:D1.5D1.50m,H2.25m五.簡(jiǎn)圖(1)工藝流程圖(2)細(xì)節(jié)圖雙效升膜蒸發(fā)器：蒸發(fā)器選取理由：溶液以液膜的形式一次通過加熱室，不進(jìn)行循環(huán)傳熱效率高，蒸發(fā)速度快，溶液在蒸發(fā)器內(nèi)停留時(shí)間短，因而特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)金屬絲除沫器:心金屏除沫器選取理由：選用金屬絲除沫器，利用液體的慣性使氣液分離，以除去液沫，二次蒸汽通過多層金屬絲網(wǎng)，液滴黏附于金屬絲網(wǎng),二次蒸汽