食品工程原理课程设计——蒸发器的设计分析.pdf
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1、食品工程原理课程设计 - 0 - 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 : 食品工程原理课程设计 - 1 - 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 食品工程原理课程设计 - 2 - 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%,
2、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
3、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 食品工程原理课程设计 - 3 - 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,故在蒸发器内物料的沸 点就低,对于番茄这种热敏性较高的物料
4、,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:效为600 mmHg 真空度,效为700 mm
5、Hg 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 食品工程原理课程设计 - 4 - 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,流经管内,由上部进入 蒸发分离室, 先经加热器的管
6、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
7、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。 食品工程原理课程设计 - 5 - (一)物料衡算 1、原料处理量 : 每小时处理量: n x x FW 0 1(常用化工单元设备设计153 页) hKg xx xW F/4716 25.428 284000 02 2 0 式中 0 F 原料处理量, kg/h
8、; x0进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= 1.11 4000 =1904.8(kg/h) W2=4000-1904.8=2095.2(kg/h) 其中, W1第效的蒸发量, kg/h W2第效的蒸发量, kg/h 效二次蒸汽浓度 1 0 0 0 WF xF x= 8 .19044716 %25.44716 =6.31% 3、成品产量: F2= 0 F -W=47
9、16-4000=716 kg/h (二)热量衡算 1.有关参数 (1) 总蒸发量: 4000 kg/h (2) 进料: 1 x =4.25% 1 T =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: 2 x =28% 2 T =41.4 食品工程原理课程设计 - 6 - 料液比热 : kKgJ x CC O W /4001) 100 25.4 1(4179) 100 1( 0 (3) 真空度分配: 第效: 600mmHg 1 P =0.21 10 5 P a(查得此压力下饱和蒸汽温度 1 T =61.1) 第效: 700mmHg 2 P =0.
10、08 10 5 Pa (查得此压力下饱和蒸汽温度 2 T =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 0 P =1.510 5 0 T =111.3 0 i =2695.1 0=2229.3 效二次蒸汽 1 P =0.2110 5 1 T =61.1 1 i =2606.6 1=2352.5 效加热蒸汽 2 P =0.0810 5 2 T =41.4 2 i =2570.2 2=2396.4 2、温差损失 、温度损失的计算 0 tt f m a 式中:温度差损失, 操作压强下由于溶
11、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(0162.0 r T f 式中:T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 食品工程原理课程设计 - 7 - 2 0 gh pp m 式中: m p 溶液内部平均压强,Pa 0 p 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/ m 3 该题密度为 33 /10028.1mkg 常温下番茄酱沸点升高 C a 15.0 1 115.015
12、.0 5.2352 2731.610162.0 2 ( ) a m kPp223.51 2 10028.1681.9 21000 3 由压强 51.223 kPa 查表得: 82 m T 3217.6082 0 TTm 取1 4.2213 .21115.0 3、W1,W2,D1 物料衡算公式: 1120011 WCFDW 20022 CFDW 式中 1 W 2 W 效蒸发水量 kg/h D1 D2效蒸汽量kg/h 12-效自蒸发系数 0 F -原料处理量kg/h C 0- 原料比热kj/kgk 食品工程原理课程设计 - 8 - 12热利用系数 (来自食品工厂机械与设备192页) 根据逆流时的自
13、然蒸发系数,按下式计算: nn n Tci T 1n n T = 00838.0 186.41.616 .2606 1 .614.41 1 00822.0 186.44 .412.2570 4 .411 .61 2 将式代入式中 D 2 =W1 12111 w oooo CFWCFD 0 0 8 3 8. 00 0 8 2 2.00 0 1.44 1 7 60 1 8 6.44 7 1 6 11 WD 11 0 0 8 3 8.078.141WD 98.1420085. 1w 11 D 将式代入式中 00822. 00186.4471698.1420085.1w 12 D 8.120085.1
14、 1 D A=1.0085+1.0085=2.017 18.1308.1298.142B hKg A BW D/68.2047 017.2 18.1304000 1 第效蒸发量hkgD/11.192298.14268.20470085.198.1420085.1w 11 第效蒸发量hkgD/29.20528.1268.20470085.18.120085. 1w 12 与初估各效蒸发水量比较误差3,可不必对各效蒸发水量及浓度加以修正。 3第效放出浆量 F及浓度x 食品工程原理课程设计 - 9 - %52. 7 71.2663 43.200 29.20524716 %25. 44716 /71.
15、266329.20524716F 2 2 WF xF x hkgWF o oo o 4.、 效加热面积的确定 效传热量:hkJD/46003176.224668.2047Q 011 效传热量:hkJD/44815916.233111.1922Q 122 各效有效温度差:2 .501.613111T 101 TT 7 .184.4111.61T 21212 TT 其中 12 两效间温度损失 12 =1 各类蒸发器传热系数(食品工程原理P722) 蒸发器型式传热系数 K(w/ m 2k) 蒸发器型式传热系数 K(w/ m 2k) 水平沉浸加热式6002,300 升膜式1,2006,000 标准式(
16、自然循环)6003,000 降膜式1,2003,500 标准式(强制循环)1,2006,000 悬筐式6003,000 外加热室式(自然循环)1,2006,000 蛇管式3502,300 外加热室式(强制循环)1,2007,000 通过上表按经验数据取: 强制循环KmhkJK 2 1 /6698 自然循环KmhkJK 2 2 /3349 第效加热面积: 2 11 1 1 68.13 2 .506698 4600317 Sm TK Q 第效加热面积: 2 22 2 2 56.70 7 .183349 4481591 Sm TK Q (三)工艺尺寸计算 1、效加热器的尺寸 根据常用化工单元设备设计
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- 食品 工程 原理 课程设计 蒸发器 设计 分析
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