升膜蒸发器设计计算说明书

《食品工程原理》课程设计

目录

一《食品工程原理》课程设计任务书 (1)

⑴?设计课题 (2)

（2） ........................................................................................................................ ?设计条件2（3）.设计要求2

（4）.设计意义2

（5）.主要参考资料3

二设计方案的确定 (3)

三设计计算 (4)

3.1. 总蒸发水量 (4)

3.2. 加热面积初算 (4)

（1）.............................................................. 估算各效浓度4（2）................................................................ 沸点的初算4（3）.............................................................. 温度差的计算5

（4）............................... 计算两效蒸发水量V，V及加热蒸汽的消耗量S1 6（5）....................................................... 总传热系数K的计算7（6）.............................................. 分配有效温度差，计算传热面积9

3.3 ?重算两效传热面积 (10)

（1）第一次重算 (10)

3.4计算结果 (11)

四蒸发器主要工艺尺寸的计算 (13)

五简图-------------------------------------------------------------------- 13

（1）------------------------------------------------------------ 工艺流程图13

（2）---------------------------------------------------------------- 细节图14

《食品工程原理》课程设计任务书

⑴.设计课题：

番茄汁浓缩工艺装置的设计计算

⑵.设计条件：

题目1:番茄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：1170kg/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%

液加入温度料：25 C

原料最咼许可温度：58 C

浓缩液经冷凝后出口温度：25 C

加热介质：100 C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) ；

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：2014年12月30日。

(4).设计意义：

1. 蒸发可以除去番茄汁中的大量水分，减少包装、贮藏和运输费用。蒸发还能提高

番茄汁的糖分浓度，增加番茄汁的耐贮藏性。选用升膜蒸发，果汁在蒸发器内经过

一次加热、汽化、分离过程，不进行循环，在蒸发器内停留时间短，这对热敏性的番茄汁是有利的。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U效。

2. 当料液进入后效时会产生自蒸发，且番茄汁浓度依效序增加，高浓度番茄汁处于较

低温度时对热敏性的番茄汁是有利的。

3. 通过课程设计，要求学生综合运用本课程和前修课程基本知识，进行融会贯

通，独立思考，在规定的时间内完成指定的化工单元操作的设计任务，培养学生运用课本知识解决实际问题的能力，从而得到化工工程设计的初步训

练，为以后更为复杂的设计打下良好的基础。

（5）.主要参考资料：

1. 夏清、陈常贵主编，姚玉英主审，化工原理,天津大学出版社，2005，1

2. 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.1995

3. 化工设备的选择与工艺设计，中南工业大学出版社.1992

4. 丛德滋等,化工原理详解与应用,化学工业出版社.2002，7,151-158

5. 张承翼李春英，化工工程制图，化学工业出版社.1997

6. 张桂昭，三效逆流加料蒸发器的设计，化工设计.1996 （6）：6-10

7. 蒋迪清等，食品通用机械与设备，华南理工大学出版社，2001，7，111-13

8. 各类化学工程学报、期刊、化工设备手册及其化工机械设备产品广告

二设计方案的确定

?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。

.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番茄汁进行浓缩操作；由

处理物料（原料）的性质及设计要求知，番茄汁黏度大、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?38X 3mn!勺无缝不锈钢管作加热管

2

三设计计算

3.2加热面积初算 (1) 估算各效浓度

1170 0.10 1170 V 1

由经验公式：v ,： V ?

1:1.1

而 V 1 V 2 V 845.0

解得：

V 402.4kg/h V 2

442.6kg / h 1

15.24% （暂取 15%）

（2）沸点的初算

查表：T=100°C 时，P=101.33kpa ； T=25°C 时，P 2=3.1684kpa 设两效蒸汽压强相等 P P P 2 101.33 3.1684 98.1616kpa P 98.1616

P 1 P

101.33

52.2492 kpa

2 2

解得P 1时，查表沸点t 1

82.19 C; t 2

25 1

26 C ,

第二效加热蒸汽T 2 =t 1 —仁82.19-1=81.19 C

3.1总蒸发水量 V F （1

匸

）

1170 （1

0.10）

0.36）

845.0kg / h F F F V 1

第一效蒸发后:

2

0.18 0.50 0.68 °C ②由液柱静压力引起的温度差损失：

(取液层高度为2m

第一效：P m i p 1

52.2492

2

2

62.65 KPa

此压强下T mi 86.94 C, 1 Tm

1 86.94 82.19

4.75 C

第二效：P m

3.7622

1.1536

9.8

2 / 2 15.09

3 KPa

(3) 温度差的计算

①将该溶液当作蔗糖溶液处理，各效由于溶液的沸点升高引起的温度损失差为:

第一效时:

0.18 C

第二效时:

0.50 C

T 2 1 16.2 -

r

16.2 (t 1 273)2 3

2301.7 10

0.2

0.0162 (82.19

273)2 彩

2301.7

T 2 2 16.2 —

r

16.2 (t 2 273)2 3

2432.7 10

0.84 °

.°162

⑷

273

)2 0.84

2432.7

2

此压强下T m 2

53.66 C,

2

T

m2

t 2

53.66 26

27.66 C

1 2

4.75

27.66 32.41 C

③取管路引起的损失1

2

1 C

1 2

1 1

2 C

④各效料液的沸点和有效总温差

各效温度差损失：

I 效： 1 1 1

1

4.75+0.18+1=

5.93 C

U 效:

2 2 2

2

27.66+0.50+仁 29.16

各效溶液的沸点：

I 效： 11 t 1 1 82.19+5.93=88.12 C

U 效: t 2 t 2 2

26+29.16=55.16 C

各效有效温差为：

I 效： t 1 100 t 1

100-88.12=11.88 C

U 效:

t

2 T 2 t 2

81.19-55.16=26.0 3C

最大可能温差： T 100 25 75 C

损失温差： 0.18 0.5 3231 2 34.99 C

有效总温差： t J t 2

11.88+26.03=37.91 C

(4) 计算两效蒸发水量V ，/及加热蒸汽的消耗量

由题意知料液平均比热为C F

3.5 KJ / Kg K ，

查表得水的比热为C W 4.220KJ / Kg K 作第一效热量衡算，得

r

T 11

V (S 1 亠 FC F

) 1

其中 1

「1 「1

0.98