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)目錄一食品工程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1(1) .設(shè)計(jì)課題2.設(shè)計(jì)條件2(3).設(shè)計(jì)要求2(4).設(shè)計(jì)意義2(5) .主要參考資料3二設(shè)計(jì)方案的確定3三設(shè)計(jì)計(jì)算43.1.總蒸發(fā)水量43.2.加熱面積初算4(1)估算各效濃度4(2)沸點(diǎn)的初算4(3)溫度差的計(jì)算5(4)計(jì)算兩效蒸發(fā)水量V，V2及加熱蒸汽的消耗量66(5)總傳熱系數(shù)K的計(jì)算7(6)分配有效溫度差，計(jì)算傳熱面積93.3.重算兩效傳熱面積10(1)第一次重算103.4.算結(jié)果11四蒸發(fā)器主要工藝尺寸的計(jì)算13五簡圖 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.設(shè)計(jì)課題：番茄汁濃縮工藝裝置的設(shè)計(jì)

2、計(jì)算.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：25C原料最高許可溫度：58C濃縮液經(jīng)冷凝后出口溫度：25c加熱介質(zhì)：100c 的飽和蒸汽。物料平均比熱為 3.50kJ/(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。.設(shè)計(jì)要求：.設(shè)計(jì)一套雙效開膜蒸發(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))；.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、簡略的技術(shù)經(jīng)濟(jì)

3、分析、參考文獻(xiàn)資料等)；.工藝布置簡圖一幅(可附在設(shè)計(jì)計(jì)算書上)；.注意收集、閱讀參考資料，形成設(shè)計(jì)方案；.提交日期：2014年12月30日。.設(shè)計(jì)意義：.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。選用開膜蒸發(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)

4、效數(shù)選為R效。.當(dāng)料液進(jìn)入后效時(shí)會產(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)對熱敏性的番茄汁是有利的。.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，進(jìn)行融會貫通，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)。.主要參考資料：.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.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.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.叢德滋等，化工原理

5、詳解與應(yīng)用，化學(xué)工業(yè)出版社.2002,7,151-158.張承翼李春英，化工工程制圖，化學(xué)工業(yè)出版社.1997.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.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.各類化學(xué)工程學(xué)報(bào)、期刊、化工設(shè)備手冊及其化工機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品廣告二設(shè)計(jì)方案的確定一.對果汁進(jìn)行濃縮的好處：.減少包裝、運(yùn)輸和貯藏的費(fèi)用；.防止腐??；.改善口感。二.確定設(shè)計(jì)方案：考慮到高溫會破壞果汁的品質(zhì)，故采用真空低溫蒸發(fā)來對番茄汁進(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，選用雙效開

6、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勺無縫不銹鋼管作加熱管。而V1V2=V=845.0解得：V=402.4kg/hV2=442.6kg/h叫=15.24%(暫取15%)(2)沸點(diǎn)的初算查表：T=100C時(shí)，P=101.33kpa；T=25C時(shí)，P2=3.1684kpa設(shè)兩效蒸汽壓強(qiáng)相等P=P-P2=101.33-3.1684=98.1616kpaP98.1616PI=P=101.3352.2492kpa22解得PI時(shí)，查表沸點(diǎn)3=82.19C；&2=25+1=26C,第二效加熱蒸汽T2=%1=82.19-1=81.19C設(shè)計(jì)計(jì)算3.1總蒸

7、發(fā)水量V=F(1-.P0.10)=1170(1-)=845.0kg/h0.363.2加熱面積初算(1)估算各效濃度11700.101170-V1由經(jīng)驗(yàn)公式：V：Y=111蒸汽壓力/KPa溫度/C汽化熱/(KJKg-1)I效加熱蒸汽101.331002258.4I效二次蒸汽52.249282.192301.7n效加熱蒸汽50.081.192304.0n效二次蒸汽3.7622262432.7進(jìn)冷凝器蒸汽3.1684252435.0(3)溫度差的計(jì)算將該溶液當(dāng)作蔗糖溶液處理，各效由于溶液的沸點(diǎn)升高引起的溫度損失差為:缶/%1536駕/K0.20.84gg/m31.06111.1585第一效時(shí):=0.

8、18C第二效時(shí):=0.50C=-1%=0.180.50=0.68C由液柱靜壓力引起的溫度差損失：(取液層高度為2m此壓強(qiáng)下Tm1=86.94C,；=Tn1-J=86.94-82.19=4.75C第二效：pm=3.76221.15369.82/2=15.093KPaT23=16.2.-：ar16.2(ti273)230.22301.7100.0162(82.19273)22301.70.2T2；：2=16.2%16.2(t,2273)232432.7100.840.0162(26273)22432.70.84Pm1=P1=52.24921.06119.82:62.65KPa2此壓強(qiáng)下梟=53.6

9、6C,&53.66-26=27.66C=-1.2=4.7527.66=32.41C取管路引起的損失=，=1C二:.-.-:；-11-2C各效料液的沸點(diǎn)和有效總溫差各效溫度差損失：I效：=1.-：；=4.75+0.18+1=5.93CII效：2=222=27.66+0.50+1=29.16C各效溶液的沸點(diǎn)：I效：t1=t13=82.19+5.93=88.12CcoII效：t2=t2.：2=26+29.16=55.16C各效有效溫差為：I效：.41=100-3=100-88.12=11.88CII效:t2=1-t2=81.19-55.16=26.03C最大可能溫差：；：T=100-25=7

10、5c損失溫差：=：=0.180.532.312=34.99C有效總溫差：t=11t2=11.88+26.03=37.91C(4)計(jì)算兩效蒸發(fā)水量V,M及加熱蒸汽的消耗量由題意知料液平均比熱為CF=3.5KJ/KgK,查表得水的比熱為CW=4.220KJ/KgK作第一效熱量衡算，得r一T-11M=(S1上+FQ-戶1其中=0.9811所以rsTF-ti2258.425-88.12Vi=(Si-FCF)i=0.98(Si11703.50)=0.962Si110.05riri2301.72301.7同理作第二效熱量衡算，得乂=Vv=S21+(FCFCVDt112其中“2=0.981r22一所以、，、

11、，2304.088.12-55.16845.0-V=IV+(1170 x3.50-4.220V)父父0.98|2432.72432.7整理得V-422.34Kg/h代入式可得：S=553.42Kg/h由式可得：V2=V-V=845.0-422.34=422.66Kg/h(5)總傳熱系數(shù)K的計(jì)算查表得不銹鋼管的導(dǎo)熱率為=17.4W/mK濃度P(kg/m3)N(pas)15%1061.15.9 父 10 工36%1158.52.1810，第一效時(shí):F_1170二,2-.gee0.7850.03221061.13600d：,360041du,0.0320.38101061.1=4=219275.91

12、00.3810m/sReuvSi2d236004553.4220.7850.0322958.43600:0.1995m/s0.55由管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù) 8 的關(guān)聯(lián)式有:i=(1.3128d)yRe0.23RJv0.34023034091061.10252.8241。21666.4.2.().(,)958.45.910=49188W/(m2)飽和水蒸氣的傳熱系數(shù)由下公式可求得：rg3、1/42258.41039.8958.420.68213、口0:1.13()=1.13x(4)4JvL.：t12.82410211.88=6291W/(m2。傳熱外表面的總傳熱系數(shù)K由下公式計(jì)算：11bd01d0=+

13、X十XK1：-0d二id_,0.0030.038.10.038-4一3.8810629117.40.032491880.032=K1=2578.38Wi2/C)同理可得，第二效時(shí):dLv；v0.0320.1995958.4v2.82410-=216665.910-3940.Prl0.9(3產(chǎn)之)Dvl0.55=(1.31280.032)219270.032F21170-422.34Reid29360041di0.7850.03221158.536000.0320.22301158.56二3792.1810S2二2rd2；v36004422.3420.7850.0322971.03600=0.2

14、230m/s=0.1503m/s0.0320.1503971.04=133363.50210-P四J18103353=133i0.55由管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù) 8 的關(guān)聯(lián)式有:i=(1.3.128d),R 產(chǎn)23Rv0.34Ri0.9(二嚴(yán)5()dDvl0.55023034091158.50253.50210-=(1.31280.032)379.13336.133.().(/0.032971.02.1810=12571W/(m2，C)飽和水蒸氣的傳熱系數(shù)由下公式可求得:二4918W/(m2。傳熱外表面的總傳熱系數(shù)K由下公式計(jì)算:11bd01d0=+M十XK2:。d二id工+0.003.038+儼0.

15、038=503 父 10)491817.40.032125710.032-2c=K2=1989.89W/(m。(6)計(jì)算傳熱面積為與加熱蒸汽耗量符號S區(qū)分，故以下面積符號采用SS1r1553.422258.41000-”2=11.33mK1t2578.3811.883600Rev二duvPv、10=1.13(rgR2.3L.-I2=1.13x23041039.8971.020.67473;-4)43.502104226.03=5.22m2SI3KI-1I422.342304.010001989.8926.0336003.3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

16、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=0.9491S1-86.68一 jJtj.V2=V-V=S2*+(FG-C/V)202-12%_S”一.寸211.3311.885.2226.0311.8826.03=7.14m26：也 11.3311.887.14=18.85C7.14=19.03C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=55.16C第二效加熱蒸汽溫度為 t2+&2=55.16+19.03=74.19C該溫度下對應(yīng)的汽化熱r=2321.40KJ/Kg第一效二次蒸汽溫度T；=t2+N2+1=74.19+1=75.19C1FF_11700.1F

17、-V-1170-402.4=15.24%由明和工得第一效沸點(diǎn)工=??；+；=75.19+0.18=75.37C該溫度下對應(yīng)的汽化熱r=2331.95KJ/Kg,)=匕=0.98一 JV=(6上FCFTF_1)(2258.4r1，1一2331.95SI11703.525-75.372331.95)0.98S5.2226.0312304.0、，-75.37-55.16=845.0-V=IV+(1170 x3.50-4.220V)父1父0.981|2432.712432.7管子采用正三角形排列nc=1.1,n=1.1-42=8根采用脹管法，取t=1.5dot=1.5do=1.5x38=57mm取b=1

18、.5dob=1.5do=1.5X38=57mm加熱室的直徑解得:V1=428.6kg/hV2=845.0-428.6=416.4kg/hS1=542.9kg/hSiriK1：t；S2r2542.92258.4100027.01m22578.3818.853600428.62321.40100027.30m1989.8919.033600兩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S;=&=8.3m2蒸發(fā)器序號加熱面積 m2蒸發(fā)水量 kg/h加熱蒸汽消耗量 kg/h第一效8.3428.6542.9第二效8.3416.4428.6總和16.6845.0971

19、.53.4計(jì)算結(jié)果四蒸發(fā)器主要工藝尺寸的計(jì)算(1)加熱室傳熱管數(shù)目Sn=二dL8.33.140.0322=42 根D=t(nc-1)2b=57(8-1)257二513mm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：WV=3600：UV-分離室體積，m3;W-某效蒸發(fā)器的二次蒸汽流量，kg/h;P-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/(m3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/(m3.s),在此取67f52-Numbered_51769957-fa9a-4f8a-b6f5-03f818913752m3/(m3s)。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:效次In二次蒸汽溫度(C)P75.1926二次蒸汽流量(kg/h)428.6416.4二次蒸汽密度(kg/m3)0.24350.0245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確定需考慮的原則：戀昀 一甀洀戀攀爀攀攙開愀戀攀愀昀昀 戀戀 攀昀昀 挀戀愀攀戀挀 一甀洀戀攀爀攀攙開攙攀攙攀 愀戀 戀攙 戀戀 攙挀攙愀挀攀愀 一甀洀戀攀爀攀攙開昀愀 29491731521 攀愀挀 昀攙 :D=12戀昀 一甀洀戀攀爀攀攙開愀戀攀愀昀昀 戀戀