蒸發(fā)水量3500克每小時(shí)鮮牛奶三效錯(cuò)流濃縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蒸發(fā)水量3500克每小時(shí)鮮牛奶三效錯(cuò)流濃縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要三效蒸發(fā)應(yīng)用于許多領(lǐng)域，像廢水處理，食品生產(chǎn)，溶液結(jié)晶；

而現(xiàn)在由于倡導(dǎo)節(jié)能，對(duì)于三效蒸發(fā)節(jié)能方向一直都在不斷改進(jìn)，同時(shí)也提高其經(jīng)濟(jì)效益。因此，選擇此課題希望能進(jìn)一步改進(jìn)三效蒸發(fā)的工作效率，是企業(yè)能夠得到更多收益。許多成熟的技術(shù)已被應(yīng)用到實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，像生產(chǎn)奶粉過(guò)程中，三效蒸發(fā)是主要的生產(chǎn)工序；

化工廠(chǎng)萃取己內(nèi)酰胺水溶液濃縮采用在真空條件下逆流進(jìn)料的三效蒸發(fā)方式，經(jīng)過(guò)一次閃蒸，根據(jù)不同濃度梯度合理利用能量，將來(lái)自萃取單元30-50%的己內(nèi)酰胺水溶液濃縮至75%左右，可見(jiàn)其在實(shí)際生產(chǎn)中的重要應(yīng)用，因此對(duì)三效蒸發(fā)的研究對(duì)國(guó)家化工領(lǐng)域起著極其重要的作用。本課題主要是研究三效錯(cuò)流濃縮系統(tǒng)在處理鮮牛奶上的應(yīng)用。蒸發(fā)系統(tǒng)不僅要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)任務(wù)要求，而且從結(jié)構(gòu)的安全性方面，必須充分考慮機(jī)械性能，同時(shí)要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和操作維修方便，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)所給出的鮮奶處理量及其濃度、物性特點(diǎn)，同時(shí)從節(jié)能角度出發(fā)，綜合考慮技術(shù)與經(jīng)濟(jì)方面的因素，本設(shè)計(jì)采用了三效降膜并流蒸發(fā)系統(tǒng)。確定設(shè)備各個(gè)進(jìn)出口的溫度后，對(duì)各效進(jìn)行了物料和熱量衡算，從而進(jìn)行了設(shè)備的計(jì)算與選型。其中包括：蒸發(fā)罐的管數(shù)和排管、預(yù)熱盤(pán)管的圈數(shù)、筒體壁厚、封頭，分離器的直徑和高度、矩形通道、預(yù)熱器、冷凝器、熱壓泵、離心泵等的計(jì)算和選型。

關(guān)鍵詞：蒸發(fā)；

錯(cuò)流；

鮮奶；

節(jié)能AbstractThreeeffectevaporatorusedinmanyfields,suchaswastewatertreatment,foodproduction,solutioncrystallization;Andnowbecauseadvocatingenergysaving,energy-savingeffectevaporationforthethreehavebeeninthedirectionofcontinuousimprovement,whilealsoimprovingitseconomicefficiency.Therefore,thechoiceofthistopichopetofurtherimprovetheworkefficiencyofthree-effectevaporation,theenterprisecangetmorerevenue.Manymaturetechnologyhasbeenappliedtoactualindustrialproduction,suchasmilkproductionprocess,three-evaporationisthemainproductionprocesses;chemicalextractionaqueouscaprolactamconcentrateundervacuumusingafeedofthethreecounter-effectevaporationmethod,afteraflash,dependingontheconcentrationgradientoftherationaluseofenergy,fromextractionunit30-50%caprolactamsolutionwasconcentratedtoabout75%,seenintheactualproductionofimportantapplications,sothethree-effectevaporationstudiesfromthenationalchemicalindustryanextremelyimportantrole.Themainsubjectisthestudyofthree-waycross-flowconcentrationsystemindealingwiththeapplicationoffreshmilk.Evaporationsystemdesignednotonlytomeetmissionrequirements,butalsofromthestructuralsafety,mustfullyconsiderthemechanicalproperties,whilerequiringasimplestructure,manufacture,andoperationandmaintenance,accordingtothedesigntaskbookgivenmilkprocessingcapacityofitsconcentration,physicalcharacteristics,butfromtheenergypointofview,consideringthetechnicalandeconomicaspects,thedesignusesathree-effectfallingfilmevaporationsystemandflow.Determinethetemperatureofthedeviceaftereachimportandexportofmaterialsandtheefficientconductoftheheatbalance,therebyperformingthecalculationandselectionofequipment.Theseinclude:evaporationtankandtheexhaustpipenumberoftubes,thenumberofturnsofthecoilpreheating,cylinderwall,head,diameterandheightoftheseparator,rectangularchannel,heater,condenser,hotpump,centrifugalthecalculationandselectionofpumps.Keywords:evaporation;crossflow;milk;ener目錄摘要IAbstractII第1章緒論11.1乳品行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀11.2設(shè)備的選擇和設(shè)計(jì)21.2.1設(shè)備生產(chǎn)工藝要求21.2.2設(shè)備材料要求2第2章技術(shù)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)32.1設(shè)備自身因素的影響32.2外界因素的影響3第3章專(zhuān)題設(shè)計(jì)與論證43.1設(shè)計(jì)論述43.2改造思路43.3蒸發(fā)器選型論述43.4流程論述53.5重點(diǎn)設(shè)備的選擇5第4章設(shè)計(jì)計(jì)算74.1物料衡算74.2熱量衡算74.2.1熱壓泵的噴射系數(shù)74.2.2殺菌器的熱量衡算94.2.3一效蒸發(fā)罐的熱量衡算104.2.4效間加熱器熱量衡算114.2.5三效蒸發(fā)罐的熱量衡算124.2.6二效蒸發(fā)罐的熱量衡算134.2.7總熱量衡算144.3蒸發(fā)罐設(shè)計(jì)計(jì)算154.3.1傳熱量的計(jì)算154.3.2各效蒸發(fā)罐設(shè)計(jì)164.3.3各效預(yù)熱盤(pán)管的設(shè)計(jì)計(jì)算194.3.4分離器直徑和高度的設(shè)計(jì)264.4殺菌器計(jì)算274.5保溫管的設(shè)計(jì)294.6熱能壓縮泵的設(shè)計(jì)304.6.1拉伐爾噴嘴的計(jì)算304.6.2泵體的基本尺寸324.6.3擴(kuò)壓室的設(shè)計(jì)計(jì)算344.7預(yù)熱器的設(shè)計(jì)344.8管路設(shè)計(jì)計(jì)算354.8.1蒸汽矩形管道設(shè)計(jì)354.8.2汁汽管設(shè)計(jì)364.8.3物料管設(shè)計(jì)374.9混合冷凝器的設(shè)計(jì)384.9.1冷凝器計(jì)算384.9.2多孔淋水板的設(shè)計(jì)404.10真空泵的設(shè)計(jì)與選擇424.10.1總不凝氣量424.10.2真空泵的排氣體積V424.10.3真空泵的選擇與確定434.10.4輸送泵的選擇434.11CIP局部清洗系統(tǒng)43第5章安裝前的準(zhǔn)備要求與安裝注意事項(xiàng)45結(jié)論46參考文獻(xiàn)47致謝48第1章緒論1.1乳品行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀一、乳品行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀乳品的生產(chǎn)和銷(xiāo)售取得了較好的業(yè)二、績(jī)，并且液體乳生產(chǎn)大幅度增長(zhǎng)，整個(gè)行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。2021年完成產(chǎn)品銷(xiāo)售收入663．3億元，利潤(rùn)總額33.8億元。

乳制品生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備更新加快。主要包括磚型紙盒包裝超高溫滅菌奶生產(chǎn)線(xiàn)、塑料袋奶生產(chǎn)線(xiàn)、屋型紙盒包裝殺菌奶灌裝設(shè)備等，使我國(guó)乳品行業(yè)技術(shù)、設(shè)備陳舊的狀況得到有效改變。

乳制品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。我國(guó)乳品行業(yè)尚屬于幼稚型行業(yè)，其規(guī)模、技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量方面同發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大差距。而人世以后，許多外國(guó)的乳品品牌打人中國(guó)市場(chǎng)，如達(dá)能、帕瑪拉特、雀巢等，給國(guó)內(nèi)乳品企業(yè)造成很大沖擊。另外，國(guó)內(nèi)各品牌也將進(jìn)行著面對(duì)面的競(jìng)爭(zhēng)與交鋒。

大型企業(yè)發(fā)展迅速，奶制品企業(yè)兼并、整合的速度加快，集中度在提高。一些乳品加工企業(yè)通過(guò)股份制改造和強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合等整合方式形成了一批有實(shí)力的奶業(yè)集團(tuán)，眾多中小乳品企業(yè)與實(shí)力較強(qiáng)的企業(yè)聯(lián)合或并人大型乳品企業(yè)、企業(yè)集團(tuán)。

二、乳制品生產(chǎn)存在的主要問(wèn)題原料奶、乳制品質(zhì)量參差不齊。我國(guó)目前80％是手工擠奶，且日益增多的個(gè)體戶(hù)不注意奶牛疫病防治，原奶細(xì)菌超標(biāo)、抗生素含量過(guò)高等問(wèn)題突出，嚴(yán)重制約著乳制品質(zhì)量的提高。即使在原料奶主產(chǎn)區(qū)采用機(jī)械擠奶設(shè)備，但仍然存在管理水平低、設(shè)備不能及時(shí)保潔等問(wèn)題。我國(guó)原料奶生產(chǎn)衛(wèi)生條件差、細(xì)菌數(shù)量偏高、雜質(zhì)較多。國(guó)家頒布的質(zhì)量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)大多數(shù)是十幾年前制定的，且分別隸屬于不同部門(mén)，涉及指標(biāo)少，檢測(cè)方法落后，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于當(dāng)前食品安全的要求。

企業(yè)規(guī)模小、設(shè)備制造技術(shù)落后。我國(guó)乳制品工業(yè)發(fā)展時(shí)間短，真正的發(fā)展僅20年歷史，經(jīng)濟(jì)實(shí)力、技術(shù)裝備水平、企業(yè)規(guī)模均不能同發(fā)達(dá)國(guó)家相比。我國(guó)乳業(yè)裝備整體水平同世界先進(jìn)國(guó)家相比大約還有20年差距。目前，乳品機(jī)械進(jìn)口量占到50％，國(guó)內(nèi)乳品機(jī)械三化程度低、配套性差，尤其是通用關(guān)鍵機(jī)械上，離心機(jī)及乳品分離機(jī)械與國(guó)外差距大，品種少，性能差。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不夠合理，乳品品種少。目前，我國(guó)乳品雖已有較快發(fā)展，但與國(guó)外相比，在風(fēng)味、品質(zhì)、品種上差距比較大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)達(dá)國(guó)家2021酸乳上市的新品種有900多種，歐洲開(kāi)發(fā)的乳制品品種占世界乳制品新品種的72％。而我國(guó)品種少，乳品產(chǎn)量中奶粉產(chǎn)量占70％，奶油的產(chǎn)量很小。液體奶消費(fèi)僅局限于大中城市．產(chǎn)量也很小，在液體奶品中，巴氏殺菌奶約占53．1％，保鮮奶約占29．9％，酸奶約占17％。而干酪這樣的產(chǎn)品在國(guó)外都屬大宗產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)基本沒(méi)有生產(chǎn)，尤其是深加工、高科技和高附加值的產(chǎn)品更少，不能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。

1.2設(shè)備的選擇和設(shè)計(jì)1.2.1設(shè)備生產(chǎn)工藝要求1.設(shè)備的生產(chǎn)能力符合生產(chǎn)規(guī)模要求；

效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，保證在一定時(shí)間內(nèi)處理當(dāng)日收進(jìn)的全部原乳；

2.采用這些設(shè)備上產(chǎn)出來(lái)的成品或半成品，符合產(chǎn)品質(zhì)量要求，性能穩(wěn)定，安全衛(wèi)生；

3.具有合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，生產(chǎn)成本低，單耗少，勞動(dòng)上產(chǎn)率高，設(shè)備價(jià)格合理；

4.堅(jiān)固耐用，易于清洗檢修，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠，操作方便，占地面積小。

1.2.2設(shè)備材料要求接觸原乳，在制品和制成品的材料需要具有耐腐蝕的性能并符合食品安全衛(wèi)生的要求，一般采用不銹鋼、鋁材、玻璃和無(wú)毒性橡膠、工程塑料等關(guān)于這些材料的性能數(shù)據(jù)可在有關(guān)手冊(cè)中查到。

選擇制造設(shè)備的材料必須了解材料的機(jī)械性能，化學(xué)性質(zhì)和加工工藝，同時(shí)考慮到材料的來(lái)源、價(jià)格和取得這些材料的可能性。

在食品加工過(guò)程中為了防止加工設(shè)備的材料對(duì)食品的污染，必須選擇一種特殊的材料，制造乳品加工設(shè)備的材料最常用的就是不銹鋼。

不銹鋼一般是不銹鋼和耐酸鋼的總稱(chēng)。不銹鋼是指耐大氣、蒸汽和水耐酸、堿、鹽等化學(xué)浸蝕性介質(zhì)腐蝕的鋼。

第2章技術(shù)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)在實(shí)際生產(chǎn)中，要綜合考慮各種因素和問(wèn)題，在滿(mǎn)足技術(shù)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)之上，使設(shè)計(jì)具備一定的可實(shí)施性，經(jīng)濟(jì)性，從而促進(jìn)生產(chǎn)的發(fā)展，提高生產(chǎn)技術(shù)水平，創(chuàng)造更大的價(jià)值，由此對(duì)該設(shè)計(jì)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。

2.1設(shè)備自身因素的影響衡量蒸發(fā)裝置性能有兩大經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)程度和蒸發(fā)設(shè)備的生產(chǎn)強(qiáng)度，即蒸發(fā)強(qiáng)度。提高蒸發(fā)效率，必須提高總傳熱系數(shù)或增大溫差。增大溫差是提高蒸發(fā)強(qiáng)度的有力措施。通?？刹捎萌缦路椒▉?lái)提高蒸發(fā)強(qiáng)度。

1.提高加熱蒸汽的壓力。增大首罐的蒸汽壓力，對(duì)提高蒸發(fā)強(qiáng)度有很大作用，可提高汁汽溫度充分利用汁汽。但蒸汽壓力不能太高以免破壞奶的成分；

2.提高末效真空度。冷凝器真空度低，導(dǎo)致末效沸點(diǎn)較高，總溫差小，蒸發(fā)水量因而減少；

3.減少各效溫度差損失。首先減少沸點(diǎn)升高，降低循環(huán)次數(shù)。本次設(shè)計(jì)原料液進(jìn)行單循環(huán)膜式蒸發(fā)，減少沸點(diǎn)升高。其次是靜壓效應(yīng)，這可通過(guò)降低液面來(lái)減少，對(duì)液面的控制應(yīng)以沸騰后蓋過(guò)汽鼓的最低液面為原則。再次是導(dǎo)管中的溫度差損失。應(yīng)充分考慮減少蒸汽阻力，而操作管理和維修中也要注意清洗；

4.提高傳熱系數(shù)。本次設(shè)計(jì)任務(wù)中確定了傳熱系數(shù)，但影響傳熱系數(shù)的因素如流速，流動(dòng)阻力等問(wèn)題也要同時(shí)考慮到。

2.2外界因素的影響除設(shè)備自身外，其它外界因素對(duì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)基礎(chǔ)也有一定的影響。如原料來(lái)源的確定、建廠(chǎng)地址的選擇、交通運(yùn)輸?shù)确矫妗?/p>

1.奶源與廠(chǎng)址的確定。乳制品的原料為鮮奶，奶源的多少?zèng)Q定廠(chǎng)址的選擇和工廠(chǎng)規(guī)模的大小。乳品廠(chǎng)的廠(chǎng)址應(yīng)選擇在奶源集中的地區(qū)，應(yīng)考慮到產(chǎn)奶點(diǎn)的密集程度，收奶方式，鮮奶的保藏等根據(jù)原料的選擇，依據(jù)國(guó)家基本建設(shè)的總方針正確的選擇廠(chǎng)址。

2.交通運(yùn)輸。乳制品業(yè)的運(yùn)輸量最大處是原料乳，燃料產(chǎn)品乳及輔助材料，為了節(jié)約能源消耗，工廠(chǎng)必須設(shè)置在交通方便之處。

3.水源及水質(zhì)。乳制品業(yè)必須有足夠的供水，以保證它的生產(chǎn)和生活用水，對(duì)于有自來(lái)水網(wǎng)的城市，乳品廠(chǎng)使用現(xiàn)成的供水是較方便的。與此同時(shí)因地下水溫度低，而且水質(zhì)一般都可以達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，因此也被乳品廠(chǎng)廣泛采用，可以使乳品廠(chǎng)在使用自來(lái)水同時(shí)還用地下水供給制冷設(shè)備。

第3章專(zhuān)題設(shè)計(jì)與論證3.1設(shè)計(jì)論述本設(shè)計(jì)為熱壓泵的三效錯(cuò)流濃縮系統(tǒng)。處理量：3500kg/h。干物質(zhì)量由12％濃縮到48％。本設(shè)計(jì)采用較為先進(jìn)的理論與技術(shù)，完成液濃度基本恒定。且設(shè)置熱能壓縮器抽取一效汁汽進(jìn)行壓縮使其升溫升壓后，再次送入一效蒸發(fā)罐作為加熱蒸汽作用。

牛乳由蒸發(fā)器頂部經(jīng)布液裝置均勻分配于各效蒸發(fā)罐內(nèi)，在重力和真空的作用下，沿著蒸發(fā)罐內(nèi)壁進(jìn)行熱交換，使水分蒸發(fā)，由于產(chǎn)生的二次蒸汽流向與料液的流向一致從而促進(jìn)液膜的形成和均勻分布，增大液膜向下的運(yùn)動(dòng)速度，提高傳熱系數(shù)加速了蒸發(fā)過(guò)程。

第一效產(chǎn)生的二次蒸汽初步分引入第三效蒸發(fā)器作為第三效蒸發(fā)水分的熱源外，其余部分熱壓泵增壓后再作為第一效的熱源，第三效產(chǎn)生的二次蒸汽引入第二效蒸發(fā)器作為第二效政法水分的熱源，第二效產(chǎn)生的二次蒸汽則導(dǎo)入冷凝器后由排液泵排出。

全套設(shè)計(jì)包括第一、二、三效蒸發(fā)器，第一、二、三、旋流分離器，混合式冷凝器，熱壓泵，物料泵以及水環(huán)式真空泵等部分。

3.2改造思路由于研究過(guò)程中采用降膜蒸發(fā)器，必要遇到均勻成膜的問(wèn)題，蒸發(fā)器操作的關(guān)鍵在于料液的分配均勻，料液膜是否均勻連續(xù)。為使料液能均勻進(jìn)入每根管并形成連續(xù)均勻成膜，最好是每根換熱管的上端設(shè)置一個(gè)分配頭的結(jié)構(gòu)，若采用分配板分配，其分布孔與管子間距最好相同，呈等距不止方式，使分布孔與管子中心錯(cuò)開(kāi)，避免料液落在空孔中自由落下，達(dá)不到成膜的目的，同事要求每根換熱管的上端口出再同一水平位置上。熱能壓縮器的選擇也很重要，他是把處于低溫位的熱能輸送之高溫位的機(jī)械。但由于能量相同、形式不同的能再品位上，即能量轉(zhuǎn)化能力上是不等價(jià)的，電能、機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為熱能，而熱能不可能全部轉(zhuǎn)化為電能或機(jī)械能，熱能的溫度愈接近環(huán)境溫度，其轉(zhuǎn)化能力愈低。因此對(duì)于壓縮器的工作原理、設(shè)計(jì)計(jì)算、噪音消除等方面要仔細(xì)研究，打到最好的節(jié)能效果。

3.3蒸發(fā)器選型論述在乳品工業(yè)生產(chǎn)中，選用先進(jìn)合理的蒸發(fā)器設(shè)備，對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)量，降低生產(chǎn)和維護(hù)費(fèi)用，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)乳品工業(yè)的發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步很有意義。在液體奶方面，選擇無(wú)菌灌裝設(shè)備和工藝顯得尤為突出，但也存在配套設(shè)備選型降低操作費(fèi)用的問(wèn)題。鮮奶的蒸發(fā)過(guò)程中需要大量的熱量，采用多效蒸發(fā)可以提高蒸汽的利用率。熱泵在降膜蒸發(fā)器中的應(yīng)用采用機(jī)熱壓縮式熱泵壓縮裝置可為離心式和容積式壓縮機(jī)。壓縮溫差較大，一般在11℃左右，這就限制采用機(jī)械壓縮式熱泵的效數(shù)一般最多不超過(guò)三效，對(duì)沸點(diǎn)升高較高的溶液蒸發(fā)時(shí)又受到限制，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，維護(hù)費(fèi)用高，耗電量大，因此機(jī)械壓縮式熱泵應(yīng)用很少。采用蒸汽噴射式熱泵蒸汽噴射式熱泵形似文吐里管，無(wú)傳動(dòng)裝置，構(gòu)造較簡(jiǎn)單，應(yīng)用較多。帶熱泵與不帶熱泵相比，可相當(dāng)于增加一效。所以選用三效錯(cuò)流蒸發(fā)系統(tǒng)。

3.4流程論述首先，要對(duì)原料鮮乳進(jìn)行預(yù)熱處理。流程為：原料乳→粗濾→稱(chēng)量紀(jì)錄→離心凈乳→冷卻→注入儲(chǔ)奶罐→標(biāo)準(zhǔn)化→儲(chǔ)存或使用。然后，進(jìn)入蒸發(fā)工段。在多效蒸發(fā)操作中，根據(jù)加熱蒸汽與料液的流向關(guān)系，可采用多種操作方式，以適合不同料液的濃縮。本設(shè)計(jì)采用錯(cuò)流流程。錯(cuò)流加料即料液與蒸汽流向不同，料液由第一效到第三效最后到第二效。蒸汽由第一效經(jīng)第二效最后到第三效。這種流程也是多效中常見(jiàn)的流程。料液在各效間流動(dòng)時(shí)，因此，當(dāng)料液自前一效進(jìn)入后一效的蒸發(fā)室時(shí)，物料即自行蒸發(fā)，進(jìn)而產(chǎn)生較多的二次蒸汽。同時(shí)，前一效中通過(guò)分離器產(chǎn)生的汁汽進(jìn)入下一效，作為加熱蒸汽，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

3.5重點(diǎn)設(shè)備的選擇降膜蒸發(fā)器由布液裝置、蒸發(fā)器體、預(yù)熱器、殺菌器、熱壓泵及冷凝器等組成。

1.蒸發(fā)罐蒸發(fā)罐采用降膜式蒸發(fā)罐，加熱室為盤(pán)管式換熱形式，本設(shè)計(jì)應(yīng)力及溫度差不大，不需要用不易清洗的焊接形式固定管與板管，可采用脹接形式。

2.布液裝置降膜式蒸發(fā)器中加熱管內(nèi)物料分布是否均勻,不但影響到設(shè)備的傳熱效果，蒸發(fā)能力和操作的穩(wěn)定性，而且還會(huì)影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，必須在管子頂部設(shè)置液體分布器，對(duì)液體分布器的基本要求是布液均勻，流體阻力小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，而且不易堵塞，便于清洗。本設(shè)計(jì)中選用漩流式布液器，并在加熱管上方設(shè)置兩層篩板，布液堰上的篩板孔與布膜盤(pán)上的篩板孔是相互錯(cuò)開(kāi)的，下層篩板上的孔與加熱管口錯(cuò)開(kāi)。

3.預(yù)熱器降膜蒸發(fā)器要求沸點(diǎn)進(jìn)了，因而需對(duì)牛乳預(yù)熱。各效預(yù)熱溫度為：牛奶經(jīng)預(yù)熱器由5oC預(yù)熱至38oC，在三效預(yù)熱盤(pán)管中由38oC預(yù)熱至50oC，在二效預(yù)熱盤(pán)管中由50oC預(yù)熱至60oC，而在一效預(yù)熱盤(pán)管中由60oC預(yù)熱至70oC。為了節(jié)省蒸汽用量，各效預(yù)熱盤(pán)管中所通蒸汽均為本效二次蒸氣。

4.殺菌器乳品屬于食品，其生產(chǎn)必須保證衛(wèi)生，故設(shè)備中凡與物料接觸軍采用不銹鋼0Cr18Ni10Ti制造，對(duì)于鮮奶本身也要進(jìn)行處理保證其衛(wèi)生條件，所以在蒸發(fā)器操作前應(yīng)對(duì)其進(jìn)行殺菌處理。殺菌器應(yīng)設(shè)置于一效蒸發(fā)罐前，殺菌后為保證其殺菌效果，設(shè)置一保溫管，物料于殺菌器中92oC下殺菌后在保溫管中保存24秒，使殺菌徹底，保證安全衛(wèi)生生產(chǎn)。

殺菌器外殼采用較便宜的碳素鋼制造，加熱管采用一根長(zhǎng)管在器中彎成幾段，使物料在管中流動(dòng)方向經(jīng)一定距離即發(fā)生變化。

5.熱壓泵熱壓泵的全稱(chēng)叫蒸汽噴射式熱壓縮泵。

它是以較高的一次蒸汽為動(dòng)力，把低壓二次蒸氣壓縮提高其溫度，為一效蒸發(fā)提供熱能，其效能就是回收二次蒸氣，是一種節(jié)能器。它主要由蒸汽噴嘴、混合室和擴(kuò)壓管組成。

工作原理：壓力較高的工作蒸汽，經(jīng)噴嘴高速?lài)娚涑鰜?lái)，在噴嘴處將位能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，壓力降低，速度提高，將被抽入混合室內(nèi)和工作蒸汽接觸，接受動(dòng)能，隨工作蒸汽一起進(jìn)入擴(kuò)散管喉部，在這里兩種介質(zhì)充分進(jìn)行混合，并進(jìn)行熱量交換，然后混合液體在擴(kuò)散管段內(nèi)，降低速度升高壓力，最后由出口排出。

蒸汽噴射器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，操作穩(wěn)定，效率持久等優(yōu)點(diǎn)。目前在蒸發(fā)、結(jié)晶、精鎦、空調(diào)、制冷、冶金等行業(yè)中獲得應(yīng)用。

6.分離器分離器全部用不銹鋼制造，內(nèi)外表面拋光，在上部有燈孔，下部開(kāi)有視孔。由于溶液的發(fā)泡性，二次蒸氣對(duì)溶液的機(jī)械破壞性和溶液的閃蒸使溶液成為霧沫狀，并被二次蒸氣夾帶離開(kāi)蒸發(fā)器。這種霧沫狀的溶液于二次蒸氣在分離器中進(jìn)行分離，從而建設(shè)料液的損失，同時(shí)防止污染管道與其他蒸發(fā)器的加熱面。分離器又稱(chēng)捕集器除沫器，有慣性型、離心型及表面型三大類(lèi)。其原理為帶有液滴的二次蒸氣沿分離室的殼壁成切線(xiàn)方向進(jìn)入，使氣流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液滴在離心力作用下被甩到分離器面而分離出來(lái)，二次蒸氣則由頂部出口排出。

7.冷凝器由末效蒸發(fā)罐排出的蒸汽進(jìn)入冷凝器凝縮，形成真空而使這些設(shè)備獲得足夠低的壓力和沸點(diǎn)，在蒸發(fā)中，還可使首效和末效之間溫度差增大，提高蒸發(fā)效能。冷凝器有多種形式，從冷凝方式殼分為接觸式和表面式兩種。接觸式是蒸汽和水直接混合，效能很高，表面式是蒸汽和冷水不接觸，用金屬壁分開(kāi)，由此金屬壁進(jìn)行交換，其效能較低。接觸式冷凝又分為干式和濕式，干式式不凝氣和冷凝水分別排出，由干式往復(fù)式真空泵抽走。濕式式不凝氣與冷凝水一起由水環(huán)式真空泵排出，或用水噴射器一起抽走，干式冷凝器的蒸汽和冷水互為逆流，而濕式多為順流即蒸汽與水同方向流動(dòng)。

第4章設(shè)計(jì)計(jì)算4.1物料衡算總蒸發(fā)水量：

解得：

式中：

——鮮奶入料濃度，12％——鮮奶出料濃度，48%——原料液流量W——總蒸發(fā)量總蒸發(fā)量W應(yīng)等于各效蒸發(fā)量總和：

式中：

——一效蒸發(fā)量——二效蒸發(fā)量——三效蒸發(fā)量4.2熱量衡算4.2.1熱壓泵的噴射系數(shù)被吸入的低壓蒸汽與高壓引射蒸汽的質(zhì)量比式中：--低壓汁氣，kg/h--高壓引射蒸汽kg/h計(jì)算熱壓泵噴射系數(shù):式中:——高壓引射蒸汽與其絕壓絕熱膨脹到吸入低壓汁汽壓力時(shí)的焓值差——低壓吸入汁汽由其絕壓絕熱濃縮到混合蒸汽的絕壓時(shí)的焓值差查焓熵圖得：

，則：

所以：

式中:——進(jìn)入殺菌器的蒸汽量D——進(jìn)入一效蒸發(fā)罐的蒸汽量D——進(jìn)入二效蒸發(fā)罐的蒸汽量——進(jìn)入三效蒸發(fā)罐的蒸汽量——高壓引射蒸汽量——低壓汁汽量各溫度下蒸汽和液體焓值溫度液焓h汽焓H520.942500.8035146.542559.0044184.222576.0045188.412577.8055230.272596.7057238.652600.5465272.142615.5070293.082624.3083347.502647.6092385.192663.40105440.032685.004.2.2殺菌器的熱量衡算殺菌器用汽量經(jīng)傳熱后，全部冷凝為同溫度下的水，其排入一效蒸發(fā)罐以利用部分余熱。

對(duì)殺菌器進(jìn)行熱量衡算：

輸入系統(tǒng)的能量=輸出系統(tǒng)的能量：

代入數(shù)值得：

解得：

4.2.3一效蒸發(fā)罐的熱量衡算代入數(shù)值得：

整理得：

4.2.4效間加熱器熱量衡算輸入系統(tǒng)的能量=輸出系統(tǒng)的能量：

代入數(shù)值得：

解得：

4.2.5三效蒸發(fā)罐的熱量衡算代入數(shù)值得：

整理得：

4.2.6二效蒸發(fā)罐的熱量衡算代入數(shù)值得：

整理得：

4.2.7總熱量衡算由、、、、五個(gè)方程聯(lián)立得則符合要求4.3蒸發(fā)罐設(shè)計(jì)計(jì)算4.3.1傳熱量的計(jì)算各效傳熱量為：

各效傳熱系數(shù)：

各效溫差均為：

則各效換熱面積為：

4.3.2各效蒸發(fā)罐設(shè)計(jì)1.一效蒸發(fā)罐傳熱面積，降膜蒸發(fā)器加熱管長(zhǎng)徑比為125～250，選用的不銹鋼管，管長(zhǎng)8m。

則管數(shù)：根管子按正六邊形排列，管子中心距為48mm。

一效蒸發(fā)罐排管示意圖4－1圖4—1一效蒸發(fā)罐排管排列后的直徑為：456.45mm小端直徑為：456.45＋35×2＝526.45mm，圓整為550mm大端直徑為：456.45＋35×2＋2×38×1.25＝621.45mm，圓整為650mm2.二效蒸發(fā)罐傳熱面積，降膜蒸發(fā)器加熱管長(zhǎng)徑比為125～250，選用的不銹鋼管，管長(zhǎng)8m。

則管數(shù)：根管子按正六邊形排列,管子中心距為50mm。

二效蒸發(fā)罐排管示意圖4－2圖4—2二效蒸發(fā)罐排管排列后的直徑為：384.41mm小端直徑為：384.41＋35×2＝454.41mm，圓整為450mm大端直徑為：384.41＋35×2＋2×38×1.25＝544.41mm，圓整為550mm3.三效蒸發(fā)罐傳熱面積，降膜蒸發(fā)器加熱管長(zhǎng)徑比為125～250，選用的不銹鋼管，管長(zhǎng)8m。

則管數(shù)：根管子按正六邊形排列,管子中心距為50mm。

三效蒸發(fā)罐排管示意圖4－3圖4—3三效蒸發(fā)罐排管排列后的直徑為：338mm小端直徑為：338＋35×2＝408mm，圓整為400mm大端直徑為：338＋35×2＋2×38×1.25＝503mm，圓整為500mm周邊流量較核：

由則有：

因此蒸發(fā)罐不需要分程。

4.蒸發(fā)罐強(qiáng)度較核臨界長(zhǎng)度計(jì)算：

假設(shè)筒體為短圓筒，蒸發(fā)罐筒體厚度為。

則有：

故一效為短圓筒，二三效為長(zhǎng)圓筒。

壁厚較核：

筒體外徑：

E——彈性模量，則有：

所以所取壁厚滿(mǎn)足要求4.3.3各效預(yù)熱盤(pán)管的設(shè)計(jì)計(jì)算已知各效預(yù)熱器傳熱系數(shù)：

1.一效預(yù)熱盤(pán)管傳熱量：

對(duì)數(shù)平均溫差：

傳熱面積：

選用不銹鋼管，則預(yù)熱盤(pán)管長(zhǎng)為：

一效預(yù)熱盤(pán)管內(nèi)徑為：，則盤(pán)管圈數(shù)為：

圈高度：

2．二效預(yù)熱盤(pán)管傳熱量：

對(duì)數(shù)平均溫差：

傳熱面積：

選用不銹鋼管，則預(yù)熱盤(pán)管長(zhǎng)為：

二效預(yù)熱盤(pán)管內(nèi)徑為：，則盤(pán)管圈數(shù)為：

圈高度：

3.三效預(yù)熱盤(pán)管傳熱量：

對(duì)數(shù)平均溫差：

傳熱面積：

選用不銹鋼管，則預(yù)熱盤(pán)管長(zhǎng)為：

三效預(yù)熱盤(pán)管內(nèi)徑為：，則盤(pán)管圈數(shù)為：

圈高度：

4.效間加熱器傳熱量：

對(duì)數(shù)平均溫差：

傳熱面積：

選用不銹鋼管，則預(yù)熱盤(pán)管長(zhǎng)為：

三效預(yù)熱盤(pán)管內(nèi)徑為：，則盤(pán)管圈數(shù)為：

圈高度：

圖4－4一效蒸發(fā)罐4.3.4分離器直徑和高度的設(shè)計(jì)采用近似比例法，該法是根據(jù)下列公式計(jì)算分離器內(nèi)徑式中：

——?dú)怏w所夾帶的液體量——速度比，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取0.44式中：

——操作時(shí)單位時(shí)間蒸發(fā)的二次蒸汽體積，————70所以：

m分離器的高徑比：

所以一效分離器示意圖4－5圖4－5一效分離器4.4殺菌器計(jì)算傳熱量：

對(duì)數(shù)平均溫差：

傳熱面積：

選用不銹鋼管，則管長(zhǎng)為：

取管數(shù)為7，則殺菌器的高度為：

殺菌器布管示意圖4－6圖4—6殺菌器布管確定殺菌器直徑：

管間距：

管殼距：

取殺菌器內(nèi)徑為：

壁厚：

4.5保溫管的設(shè)計(jì)從殺菌器出來(lái)的牛奶，溫度為，經(jīng)保溫管內(nèi)保溫24秒，從而達(dá)到殺菌的目的。牛奶的質(zhì)量流量為，密度為。

則體積流量為：

取保溫管的管長(zhǎng)為8則牛奶流速為：

則保溫管其面積為：

根據(jù)即:保溫管內(nèi)徑為70mm所以：

取管子規(guī)格為的不銹鋼管作保溫管。

4.6熱能壓縮泵的設(shè)計(jì)熱壓泵如圖所示圖4－7熱壓泵熱壓泵的噴射系數(shù)由熱量衡算和物料衡算可知，熱壓泵的工作蒸汽消耗量4.6.1拉伐爾噴嘴的計(jì)算1.喉部直徑式中：

——工作蒸汽量——工作蒸汽的絕壓——計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后二位所以：

取圓整得：

2.喉部長(zhǎng)度喉部長(zhǎng)度一般取，本次設(shè)計(jì)為了降低磨損，取。

3.出口直徑式中：

——工作蒸汽量——高壓引射蒸汽絕熱膨脹到汁汽壓力時(shí)的比容——高壓引射蒸汽絕熱膨脹到汁汽壓力時(shí)的焓差一效汁汽溫度為，所以汁汽密度為：

所以：

取圓整得：

4.入口直徑取圓整得：

5.噴嘴長(zhǎng)入口角度為，錐角取噴嘴長(zhǎng)：

取圓整得：

4.6.2泵體的基本尺寸1.直徑式中：

——高壓引射蒸汽量——吸入低壓汁汽量——混合汽的背壓帶入數(shù)值得：

取圓整得：

2.混合室長(zhǎng)度泵體混合室長(zhǎng)度是指從噴嘴出口到泵體喉部的距離，此長(zhǎng)度直接影響值和混合汽的背壓。當(dāng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)射流面積增加，混合室汽量增多，容易引起汁汽倒灌入熱壓泵中，不能正常工作，背壓不能滿(mǎn)足要求，當(dāng)過(guò)短時(shí)，蒸汽射流短，造成混合汽量不足，影響到蒸汽量的消耗。

時(shí)取圓整得：

如果泵體喉部直徑時(shí)，即為所計(jì)算的，如果泵體的喉部直徑時(shí)，即為所計(jì)算的，由計(jì)算結(jié)果可知，所以式中：

——混合室錐形母線(xiàn)與水平線(xiàn)的夾角，所以：

取圓整得：

喉部為圓柱形，長(zhǎng)度為L(zhǎng)=，取3.合室入口直徑混合室錐角為，其入口直徑按其與拉伐爾噴嘴所構(gòu)成的環(huán)形空間截面積應(yīng)等于汁汽吸入管的截面積，從而使汽速變化不大，依此確定混合室入口直徑。

取圓整得：

4.6.3擴(kuò)壓室的設(shè)計(jì)計(jì)算擴(kuò)壓角為，出口直徑按汽速為40來(lái)確定式中：

——速度取圓整得：

4.7預(yù)熱器的設(shè)計(jì)擬定將的鮮奶經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱至，使用的三效汁汽提供熱源，以充分利用熱能。

傳熱量：

對(duì)數(shù)平均溫差：

傳熱面積：

選用不銹鋼管，則預(yù)熱器管長(zhǎng)為：

采用雙層盤(pán)管，內(nèi)徑取，外徑取。

圈所以分別取圈。

取預(yù)熱器直徑為，壁厚取為。選取，的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭作為上下封頭，其曲面高度為，直邊高度為，封頭以焊接方式與預(yù)熱器的筒體連接。

取節(jié)距取為，則預(yù)熱器的高度為：

所以取預(yù)熱器高為1400mm。

4.8管路設(shè)計(jì)計(jì)算4.8.1蒸汽矩形管道設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，此矩形通道之高徑比為2∶1最好，即：，取汽速為1.一效矩形管道設(shè)計(jì)則由則2.二效矩形管道設(shè)計(jì)則由則3.三效矩形管道設(shè)計(jì)則由則考慮到制造方便，外形美觀且使分離器達(dá)到最佳效果，故各級(jí)分離器矩形通道選取同一尺寸：

4.8.2汁汽管設(shè)計(jì)1.一效至二效汁汽管汽速：

蒸汽量：

蒸汽密度：

傳熱面積：

因此2.二效至三效汁汽管汽速：

蒸汽量：

蒸汽密度：

傳熱面積：

因此3.三效至預(yù)熱器汽速：

蒸汽量：

蒸汽密度：

傳熱面積：

因此4.8.3物料管設(shè)計(jì)牛乳密度：

汽速：

1.保溫管至一效蒸發(fā)罐的物料管的設(shè)計(jì)牛乳流量：

傳熱面積：

因此選取的不銹鋼管2.一效至二效蒸發(fā)罐的物料管的設(shè)計(jì)牛乳流量：

傳熱面積：

因此選取的不銹鋼管3.二效至三效蒸發(fā)罐的物料管的設(shè)計(jì)牛乳流量：

傳熱面積：

因此選取的不銹鋼管4.9混合冷凝器的設(shè)計(jì)4.9.1冷凝器計(jì)算1.熱量橫算式中：

——預(yù)熱器中需要用的蒸汽量——時(shí)飽和蒸汽的汽化潛熱，代入數(shù)值得：

解得：

所以：

2.的計(jì)算式中：

——進(jìn)入冷凝器的二次蒸汽的焓值，——進(jìn)入冷凝器的二次蒸汽量，——水的比熱，——冷卻水的初始溫度，——水凝混合物的排出溫度，代入數(shù)值得：

3.冷凝器的直徑蒸汽在底部橫截面上的汽速，取式中：

——蒸汽的比容，則：

取4.進(jìn)水口直徑取流速為，則進(jìn)水口直徑為：

5.蒸汽進(jìn)口直徑取汽速為，則蒸汽進(jìn)口直徑為：

6.大氣腿內(nèi)徑取圓整得：

4.9.2多孔淋水板的設(shè)計(jì)1.淋水板板間距采用上密下稀的不等距排列，則淋水板自下而上的板間距為：

所以，采用4塊淋水板2.弓形淋水板寬度a.頂層弓形板寬度：

b.其他各層弓形板寬度：

3.淋水板的堰高當(dāng)，取當(dāng)，取因?yàn)椋匀?.淋水孔徑不循環(huán)使用的潔凈冷卻水選;若冷卻水質(zhì)量差或循環(huán)使用時(shí)選；

本設(shè)計(jì)取5.淋水孔數(shù)a頂層圓缺形淋水板，要求全部水量通過(guò)淋水孔，則孔數(shù)為：

b其余各板，考慮有50%冷卻水是過(guò)堰流溢，只有50%水通過(guò)淋水孔，則其余各層孔數(shù)為：

6.冷凝器總高Z取上、下空間各為0.6m則：

4.10真空泵的設(shè)計(jì)與選擇4.10.1總不凝氣量抽出的不凝氣體由三部分組成：

①溶于水中被蒸汽帶入的空氣量；

②冷卻水逸出的量；

③冷卻時(shí)漏入的空氣量。

計(jì)算的方法：

①溶于水中被蒸汽帶入的空氣量：

②冷卻水逸出的量為：

③每冷凝1kg蒸汽平均漏入空氣約為0.01kg，則冷卻時(shí)漏入的空氣量為：

所以總不凝氣量為：

4.10.2真空泵的排氣體積V把排出氣體換算成在吸入狀態(tài)下的體積：

吸入狀態(tài)℃吸入壓力則：

常壓空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度1.205kg/m3所以：

4.10.3真空泵的選擇與確定選擇真空泵的抽汽能力時(shí)，按選用：

取抽氣量：

所以選擇SZ-4型水環(huán)真空泵4.10.4輸送泵的選擇由于本系統(tǒng)屬于真空操作，所以選擇自吸式衛(wèi)生泵，它具有易拆開(kāi)，便與清洗，符合食品衛(wèi)生要求，還有自吸的特性。

1.向系統(tǒng)內(nèi)輸送奶用泵的選擇：根據(jù)計(jì)算，即Q＝6.5，選WB－7型；

2.各效奶的輸送與凝結(jié)水輸送用泵的選擇：

根據(jù)乳品工業(yè)的特點(diǎn)，選用內(nèi)吸式奶泵一效至二效的奶流量為4248.89Kg／h，故選WB－5型二效至三效的奶流量為2960.62Kg／h，故選WB－3型3.為了便于選擇和安裝，根據(jù)計(jì)算冷凝水輸送泵統(tǒng)一選用。

選WB－4型。

4.11CIP局部清洗系統(tǒng)CIP設(shè)備一般包括清洗液儲(chǔ)罐，清洗噴頭，送液泵管路管件以及程序控制裝置，連同待清洗的全套設(shè)備，組成一個(gè)清洗循環(huán)系統(tǒng)。由預(yù)先設(shè)定的程序，輸入計(jì)算機(jī)，根據(jù)工藝條件，進(jìn)行全自動(dòng)操作。由于CIP系統(tǒng)具有工作效率高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，且操作過(guò)程全在密閉的管路中進(jìn)行，符合食品衛(wèi)生和環(huán)境衛(wèi)生，所以在設(shè)計(jì)中采用CIP自動(dòng)清洗系統(tǒng)。

第5章安裝前的準(zhǔn)備要求與安裝注意事項(xiàng)1.施工前一定要編制好施工組織設(shè)計(jì)或施工方案，并對(duì)具體情況制定安全技術(shù)措施。如吊裝設(shè)備時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確掌握該設(shè)備的重量，以防起重機(jī)械超負(fù)荷吊裝。

2.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況的確吊裝方案，準(zhǔn)備吊裝工具；

3.設(shè)備再樓板上安裝時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的重量校核樓板的荷重強(qiáng)度是否安全；

4.按基礎(chǔ)圖的要求，打支架、支柱、多級(jí)水泵的基礎(chǔ)；

5.清洗部件，零部件內(nèi)的泥沙、焊渣等雜物，避免堵塞管路或進(jìn)入泵內(nèi)，損壞零件；

6.校對(duì)溫度表、真空泵等儀表的準(zhǔn)備性和靈活性；

7.熟悉施工地點(diǎn)周?chē)h(huán)境，有針對(duì)性地提出預(yù)防措施。如現(xiàn)場(chǎng)要進(jìn)行電焊、氣焊時(shí)，應(yīng)了解四周是否有易燃、易爆物品，否則應(yīng)有專(zhuān)門(mén)防護(hù)措施。

8.在從事腐蝕、粉塵和有毒作業(yè)時(shí)，施工前要認(rèn)真檢查防護(hù)措施是