食品工程原理课程研究设计——蒸发器的研究设计.doc
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1、目 录1、 设计说明书22、 设计方案的确定33、 方案说明44、 物料衡算55、 热量衡算56、 工艺尺寸计算97、 附属设备尺寸计算158、 主要技术参数179、 计算结果汇总1710、设备流程及装备图1811、参考文献21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
2、时4、 热源:加热蒸汽为饱和水蒸汽,压力0.15MPa5、 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、设计要求内容: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设计方案的确定1. 蒸发器的确定:选用外加
3、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,故在蒸发器内物料的沸点就低,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
4、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:效为600 mmHg真空度,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简的压力差;(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;惯性捕集器方案说明1. 本流程采用直
5、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,流经管内,由上部进入 蒸发分离室,先经加热器的管内上升,通过弯头进入另一台加热器,经加热料液由管内下降,以切线方向进入效蒸发分离器进行汽液分离。然后由物料泵送至效再蒸发。料液料液聚集到倾斜的底部,由排出口与循环管连接,经液位平衡器至效蒸发室,当效蒸发室达到平衡液位时,料液直接进入效加热器。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:效蒸发与其预热管内物料的热能由蒸汽供给,效蒸发和预热管内物料
6、的热能全部为一效二次蒸汽供给。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。(一)物料衡算1、原料处理量:每小时处理量: (常用化工单元设备设计153页)式中原料处理量,kg/h;x0进
7、效蒸发器料液的浓度,质量百分比;x2出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:471510=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=1904.8(kg/h)W2=4000-1904.8=2095.2(kg/h)其中,W1第效的蒸发量,kg/hW2第效的蒸发量,kg/h效二次蒸汽浓度=6.31%3、成品产量:F2=-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: =4.25%=61.1(查食品工程原理843页此温度
8、下水的比热Cww=4179J/Kg.k)出料: =28% =41.4料液比热: (3) 真空度分配:第效:600mmHg =0.21105Pa(查得此压力下饱和蒸汽温度=61.1)第效:700mmHg =0.08105Pa (查得此压力下饱和蒸汽温度=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)效加热蒸汽=1.5105=111.3=2695.1=2229.3效二次蒸汽=0.21105=61.1=2606.6=2352.5效加热蒸汽=0.08105=41.4=2570.2=2396.42、温差损失、温度损失的计算式中:
9、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,常压下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高,校正系数,无因次,其经验计算式为:式中:操作压强下二次蒸汽的温度,操作压强下二次蒸汽的汽化潜热,kJ/kg式中:溶液内部平均压强,Pa液面上方的压强,Pa溶液液层高度,m (该题设其液层高度为6m)溶液密度,kg/m3该题密度为常温下番茄酱沸点升高 ()由压强51.223 kPa查表得:取3、W1,W2,D1物料衡算公式: 式中效蒸发水量 kg/hD1 D2效蒸汽量 kg/h12-效自蒸发系数-原料处理量 kg/hC0-原料比热 kj/kgk热
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