食品工程原理课程设计_蒸发器的设计说明

.. .. .. .专业资料. 食品工程原理 课程设计说明书

任务名称：蒸发器的设计 设计人： 指导教师： 班级组别： 设计时间： 成绩: .. .. ..

.专业资料. 目 录

1、设计说明书…………………………………………………………………2 2、设计方案的确定……………………………………………………………3 3、方案说明……………………………………………………………………4 4、物料衡算……………………………………………………………………5 5、热量衡算……………………………………………………………………5 6、工艺尺寸计算………………………………………………………………9 7、附属设备尺寸计算…………………………………………………………15 8、主要技术参数………………………………………………………………17 9、计算结果汇总………………………………………………………………17 10、设备流程及装备图…………………………………………………………18 11、参考文献……………………………………………………………………21 .. .. ..

.专业资料. 设计说明书 一、 题目: 蒸发器的设计

设计蒸发量为4吨/小时的双效真空浓缩装置，用于浓缩番茄酱的生产。已知进料浓度为4.25%，成品浓度为28%，第一效真空度为600mmHg,第二效真空度为700mmHg。加热蒸汽的压力为0.15 MPa

二、 原始数据：

1、原料：浓度为4.25%的番茄酱

2、产品：浓度为28%的番茄酱 3、生产能力：蒸发量四吨每小时，一天工作10个小时 4、热源：加热蒸汽为饱和水蒸汽，压力0.15MPa 5、压力条件：第一效为600 mmHg的真空度，第二效为700 mmHg的真空度

三、设计要求容： 1、浓缩方案的确定：蒸发器的型式、蒸发操作流程、蒸发器的效数等。 2、蒸发工艺的计算：进料量、蒸发水量、蒸发消耗量、温差损失、传热量、 传热面积等。 3、蒸发器结构的计算：加热室尺寸、加热管尺寸及排列、蒸发室尺寸、接管尺 寸等。 4、附属设备的计算：冷凝器、真空系统的选用 5、流程图及装配图绘制

四．设计要求 1、设计说明书一份； 2、设计结果一览表；蒸发器主要结构尺寸和计算结果及设备选型情况等； 3、蒸发器流程图和装配图 .. .. ..

.专业资料. 设计方案的确定

1. 蒸发器的确定：选用外加热式蒸发器，它的特点是加热室与分离室分开，便于清洗和更换。这种结构有利于降低蒸发器的总高度，所以可以采用较长的加热管。并且，因循环管不受热而增大了溶液的循环速度，可达1.5m/s。

2. 蒸发器的效数：双效真空蒸发。真空操作的压力小，故在蒸发器物料的沸点就低，对于番茄这种热敏性较高的物料，采用真空蒸发降低沸点是有必要的。采用多效蒸发是减少加热蒸汽耗用量，提高热能经济性的有效措施。然而也不能无限地增加效数。理由如下：（1）效数越多，节省地加热蒸汽量就越少。由单效改为双效时，加热蒸汽用量可减少50%，但由四效改为五效只能节省10%，热能经济性提高不大。（2）效数越多，温度差损失越大，分配到各效的有效温度差就越小。为了维持料液在溶液沸腾阶段，每效的有效温度差不能小于5--7摄氏度。这样也限制了效数的增加。（3）热敏性溶液的蒸发，一般不超过三效。

3. 加热方式：直接饱和蒸汽加热，压力0.15Mpa。 4. 操作压力：Ⅰ效为600 mmHg真空度，Ⅱ效为700 mmHg真空度。 5. 加料方式：并流式。其优点在于：（1）后一效蒸发室的压强比前一效的低，故溶液在效简述送不用泵而利用各效间的压力差;（2）后一效溶液的沸点较前一效的低，溶液进入后效时发生闪蒸现象，产生较多二次蒸汽；（3）高浓度溶液的温度依效序降低对浓缩热敏性食品有利。

6. 辅助设备：冷凝器用水喷式冷凝器；惯性捕集器 .. .. ..

.专业资料. 方案说明

1. 本流程采用直接蒸汽加热，双效外加热式蒸发器，并流法蒸发。使用25℃水作为冷却剂，冷凝水出口温度为40℃。

2. 设备流程： 1）物料：预热杀菌后的番茄酱由循环泵由下部进入，流经管，由上部进入 蒸发分离室，先经加热器的管上升，通过弯头进入另一台加热器，经加热料液由管下降，以切线方向进入Ⅰ效蒸发分离器进行汽液分离。然后由物料泵送至Ⅱ效再蒸发。料液料液聚集到倾斜的底部，由排出口与循环管连接，经液位平衡器至Ⅰ效蒸发室，当Ⅰ效蒸发室达到平衡液位时，料液直接进入Ⅱ效加热器。 蒸发产生的二次蒸汽与物料一起进入分离器。由二效分离器出来的物料浓度达到所要求28％。 2）加热蒸汽：Ⅰ效蒸发与其预热管物料的热能由蒸汽供给，Ⅱ效蒸发和预热管物料的热能全部为一效二次蒸汽供给。Ⅱ效二次蒸汽全部进入水喷式冷凝器冷却。 3）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25℃水作为冷却剂，冷凝水出口温度为40℃。真空蒸发的条件：不断供给热量；要维持番茄酱的沸腾，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，又会凝结成水回到番茄酱中去。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。 .. .. ..

.专业资料. （一）物料衡算

1、原料处理量: 每小时处理量：

∵nxxFW01 （常用化工单元设备设计153页）

hKgxxxWF/471625.4282840000220 式中0F—原料处理量，kg/h； x0——进Ⅰ效蒸发器料液的浓度，质量百分比； x2——出Ⅱ效蒸发器料夜的浓度，质量百分比； W——水分蒸发量kg/h； 日处理量：每天10小时：4715×10=47.15 吨/日

2、初步估算一、二效的蒸发水量 由《常用化工单元设备设计》 P153 取W1:W2=1:1.1

故 W1=1.114000=1904.8(kg/h) W2=4000-1904.8=2095.2(kg/h)

其中，W1——第Ⅰ效的蒸发量，kg/h W2——第Ⅱ效的蒸发量，kg/h

Ⅰ效二次蒸汽浓度1000WFxFx=8.19044716%25.44716=6.31% 3、成品产量：F2=0F-W=4716-4000=716 kg/h （二）热量衡算 1. 有关参数 （1） 总蒸发量：4000 kg/h

（2） 进料： 1x=4.25% 1T=61.1℃ (查《食品工程原理》843页此温度下水的比热Cww=4179J/Kg.k) 出料： 2x=28% 2T=41.4℃ .. .. .. .专业资料. 料液比热: kKgJxCCOW/4001)10025.41(4179)1001(0 （3） 真空度分配： 第Ⅰ效：600mmHg 1P =0.21×105 Pa（查得此压力下饱和蒸汽温度

1T=61.1℃）

第Ⅱ效：700mmHg 2P=0.08×105 Pa （查得此压力下饱和蒸汽温度 2T=41.4℃） 来自《食品工程原理》741页饱和水蒸汽表 二次蒸汽的热参数值如下表 压力(Pa) T(℃) 比焓(KJ/kg) 汽化潜热(kg) Ⅰ效加热蒸汽 0P=1.5×105 0T=111.3 0i=2695.1 0=2229.3

Ⅰ效二次蒸汽 1P=0.21×105 1T=61.1 1i=2606.6 1=2352.5

Ⅱ效加热蒸汽 2P=0.08×105 2T=41.4 2i=2570.2 2=2396.4

2、温差损失 、温度损失的计算

0ttfma





式中：——温度差损失，℃ ——操作压强下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高，℃ ——液层静压引起的温度差损失，℃ ——管路流动阻力引起的温度差，℃

a——常压下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高，℃ f——校正系数，无因次，其经验计算式为：

'2')273(0162.0rTf 式中：T——操作压强下二次蒸汽的温度，℃ .. .. .. .专业资料. ——操作压强下二次蒸汽的汽化潜热，kJ/kg 20ghppm 式中：mp——溶液部平均压强，Pa 0p——液面上方的压强，Pa h——溶液液层高度，m （该题设其液层高度为6m） ——溶液密度，kg/ m3

该题密度为33/10028.1mkg 常温下番茄酱沸点升高Ca15.01 115.015.05.23522731.610162.02 (℃)

amkPp223.51210028.1681.9210003 由压强51.223 kPa查表得： 82mT℃

3..217.60820TTm℃

取1℃

4.2213.21115.0

3、W1,W2,D1

物料衡算公式：1120011WCFDW ①

20022CFDW ② 式中1W 2W ——ⅠⅡ效蒸发水量 [kg/h] D1 D2——ⅠⅡ效蒸汽量 [kg/h] β1β2-----ⅠⅡ效自蒸发系数

0F------原料处理量 [kg/h]