1、- 1 -食品工程原理课 程 设 计 说 明 书降膜蒸发器的设计姓名： 学号： 班级： 2013 年 12 月 27 日- 2 -一 食品工程原理课程设计任务书一 食品工程原理课程设计任务书 2(1)设计课题 .3(2)设计条件 .3(3).设计要求 3(4).设计 意义 3(5).主要参考资料 3二 设计方案的确定 .4三 设计计算 .43.1.总蒸发水量 .43.2.加热面积初算 .4（1）估算各效浓度 .4（2）沸点的初算 .5（3）温度差的计算 .5（4）计算两效蒸发水量 1W， 2及加热蒸汽的消耗量 1D.6（5）总传热系数 K 的计算 .7（6）分配有效温度差，计算传热面积 93.
2、3.重算两效传热面积 .9（1）. 第一次重算 93.4 计算结果 10四.简图 12- 3 -(1)设计课题：番茄汁浓缩工艺装置的设计计算(2)设计条件：题目 1：番茄汁低温浓缩工艺装置的设计设计任务及操作条件生产能力：1500kg/h原料固形物含量：10%浓缩要求：使固形物质量分数浓缩至 36%液加入温度料：25原料最高许可温度：58浓缩液经冷凝后出口温度：25加热介质：100的饱和蒸汽。物料平均比热为 3.50 kJ/(kgK)，忽略浓缩热试设计一套双效降膜蒸发系统，满足上述工艺要求。(3).设计要求：1.设计一套双效降膜蒸发系统（满足上述工艺要求并包括料液输送系统，蒸发系统，冷凝水分离
3、排除系统及真空系统） ；2.提交设计计算说明书一份， （应包括目录、设计计算任务书、设计方案的确定、各系统的设计计算及设备选型、简略的技术经济分析、参考文献资料等。须打印） ；3.工艺布置简图一幅（可附在设计计算书上） ；4.注意收集、阅读参考资料，形成设计方案；5.提交日期：2013 年 12 月 27 日。(4).设计意义- 4 -(5).主要参考资料1. 夏清、陈常贵主编，姚玉英主审，化工原理,天津大学出版社，2005，1 2. 华南理工大学化工原理教研组，化工过程及设备设计,华南理工大学出版社.19953. 化工设备的选择与工艺设计，中南工业大学出版社. 19924. 丛德滋等, 化工
4、原理详解与应用, 化学工业出版社. 2002，7, 151-1585. 张承翼 李春英，化工工程制图，化学工业出版社. 19976. 张桂昭，三效逆流加料蒸发器的设计，化工设计. 1996（6）：6-107. 蒋迪清等，食品通用机械与设备，华南理工大学出版社，2001，7，111-138. 各类化学工程学报、期刊、化工设备手册及其化工机械设备产品广告二 设计方案的确定一对果汁进行浓缩的好处：1.减少包装、运输和贮藏的费用；2.防止腐败；3.改善口感。二.确定设计方案：考虑到高温会破坏果汁的品质，故采用真空低温蒸发来对番茄汁进行浓缩操作；由处理物料（原料）的性质及设计要求知，番茄汁黏度大、不易生
5、泡沫，考虑到经济和效率问题，选用双效降膜蒸发系统，根据设计要求，采用并流双效降膜式蒸发器蒸发。选用 2m 长 383mm 的无缝不锈钢管作加热管。三 设计计算3.1.总蒸发水量 02.10(1)5()83./6XWFkgh- 5 -3.2.加热面积初算（1 ）估算各效浓度:第一效蒸发后 101WFX由经验公式： ： 1:1.112而 083./kgh解得 15.7/264Wk15.24%（暂取 15%）1X（2 ）沸点的初算查表：T=100时，P=101.33kpa；T=25 时， =3.1684kpa2P设两效蒸汽压强相等 210.36849.1Pkpa1 .52查的 时，沸点 ； ，第二效
6、加热蒸汽 = 1.wt 6wtT2T1wt1=81.19（3 ）温度差的计算将该溶液当作蔗糖溶液处理，有沸点的温度损失差为：第一效时： 2110.6(73)0Tfa - 6 -20.162(8.973)0.第二效时： 2220.16(73)0.844.Tfa 2.().3.0.5对于降膜式蒸发器，不存在由液柱静压力引起的温度差损失，即 0取管路引起的损失 ，121第一效沸点 82.19+0.18+0=82.37tT有效温差 10082.37=17.631-t第二效沸点 26+0.50+0=26.5022t有效温差 81.1926.50=54.69-Tt有效总温差 127.6354.972.3效
7、数二次蒸汽压强（kpa）二次蒸汽温度（） 二次蒸汽汽化热（kj/kg）1 52.2492 82.19 2301.72 3.7622 26 2432.7（4）计算两效蒸发水量 ， 及加热蒸汽的消耗量 1W2 1D由题意知溶液比热为 ，查表得水的比热为kgjC/5.30.20/wCkjg作第一效热量衡算，得- 7 -1011)(rtFCDW其中 10.98所以 1011 1 1258.4258.19().9(603.)0.625377rtWDFCDD-同理作第二效热量衡算，得-212210()wrtCFWr 其中 20.98所以 11 134. (82.90)(26.50)08.(.504.0)
8、.9827 43.7WW整理得156.8/kgh代入式可得： 190.2/D由式可得： 2156.4/Wkgh（5 ）总传热系数 K 的计算查表得不锈钢管的导热率为 17.4/wmk浓度 )(3g)(spa15 1029.2 45.91036 1153.6 28第一效时： 22 1500.8.39.360364Fud.5/ms- 8 -e 40.32.109.2R15illdue 246328176785.0iv 4r5.9103P.lplC由降膜蒸发器的管内沸腾传热系数 的关联式有：i)(PR)1283.( 25.0r34.0e9.023.0 lvvllvlii d 40.230.340.9
9、0.25.51810()1817()()346.941828 2/(wm ）饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得： 231/401.()rgLt4332231/449.85.06825.0.( )7.2/(wm ）传热外表面的总传热系数 K 由下公式计算： iimdb00011）38.384227421260.4/(Kwm第二效时：同理可得： e 2 2150.315.6R 760.78.08illdu e 42.7413.6.iv- 9 -2r.18035P1lpluC)(PR)23.1( 25.0r34.0e9.023.0 lvvllvlii d 40.230.340.90.252.5136
10、10(.8.)1()()7.84262/(wm ）饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得： 4/1320)(.1tLrg231/42409.870.6.( )0/(3.55wm ）传热外表面的总传热系数 K 由下公式计算： iimdb000211）.38474263 22183.7/(Kwm（6 ）分配有效温度差，计算传热面积10082.37=17.631-tT81.1926.50=54.69211 2590.28.4106.873763QDrS mKtt22 5.9W3.3.重算两效传热面积（1 ） .第一次重算由于两效传热面积相差太大，故应调整各效的有效温度差，并重复上述计- 10 -算步骤再
11、算重新分配有效温度差 12 26.871.3254.693.57.Stt m16.87.3.95t248.校正各效沸点、蒸发水量和传热量因第二效完成液沸点不变，所以 62t第二效加热蒸汽温度为 23.2.t第一效二次蒸汽温度 112. 163.T 011505.4.87FXW由 和 得第一效沸点 =63.38 110.98011 11 258.42563.8().9(0.)0.948377rtDFCDD2.11 14. (.)(2.5)083(.54.2) 0.92 43.WWW解得：1258./03.25.1/67./kghkghD1 2258.2349.7105.604.6rS mKt两效
12、的传热面积比较接近，故不在重算- 11 -3.4 计算结果1.加热面积留适当的余量，故扩大 13，取 S=5.2 2m蒸发器序号 加热面积 2m蒸发水量 hkg/加热蒸汽消耗量 hkg/第一效第二效5.25.2528.2555.1617.28528.2总和 10.4 1083.3 1145.484 蒸发器主要工艺尺寸的计算（1）加热室传热管数目 5.263140SndL根管子采用正三角形排列 9c 根采用胀管法，取 t=1.5d0 t=1.5d0=1.538=57mm取 b=1.5d0 b=1.5d0=1.538=57mm加热室的直径 (1)2574578cDtnbm圆整后，取加热室直径 D
13、为 300mm.（2）分离室第一效蒸发：取分离室高度为 1.0m由附录查得温度 63.22蒸汽的密度为 0.1568kg/m3，所以二次蒸汽的体积流量为 3123.40.8/0568sWVms取允许的分离室蒸发体积强度 Vs为 1.2m3/（m 3s）- 12 -分离室直径 2114sVDH10.38.642m1.564D高径之比在 12 范围内。第二效蒸发取分离室高度为 1.5m由附录查得 26蒸汽的密度为 0.02696kg/m3，所以二次蒸汽的体积流量为3219.2.7/0630sWVms取允许的分离室蒸发体积强度 Vs为 1.2m3/（m 3s） ，分离室直径2.71.452D21.3H高径之比在 12 范围内- 13 -四.简图工艺流程附细节图蒸发器主体：它包括加热室和分离室，加热室用于蒸汽加热物料液，分离室用于料液蒸发出的水蒸气与溶液的分离。除沫器：防止液滴随蒸汽带出；冷凝器：冷凝二次蒸汽；- 14 -真空装置：维持蒸发系统的负压。
