食品工程原理课程设计——蒸发器的设计

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:

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)

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%，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%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

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。

4.操作压力：Ⅰ效为600 mmHg真空度，Ⅱ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

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Ⅰ效蒸发分离器进行汽液分离。然后由物料泵送至Ⅱ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Ⅰ效蒸发室，当Ⅰ效蒸发室达到平衡液位时，料液直接进入Ⅱ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：Ⅰ效蒸发与其预热管内物料的热能由蒸汽供给，Ⅱ效蒸发和预热管内物料的热能全部为一效二次蒸汽供给。Ⅱ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：

∵⎪⎪⎭⎫

⎝⎛-=n x x F W 01 （常用化工单元设备设计153页）

h Kg x x x W F /471625

.4282840000220=-⨯=-⋅= 式中0F —原料处理量，kg/h ；

x 0——进Ⅰ效蒸发器料液的浓度，质量百分比；

x 2——出Ⅱ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：4715×10= 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》 P 153

取W1:W2=1:

故 W 1=1

.114000+=(kg/h) W 2==(kg/h)

其中，W 1——第Ⅰ效的蒸发量，kg/h

W 2——第Ⅱ效的蒸发量，kg/h

Ⅰ效二次蒸汽浓度1000W F x F x -=I =8

.19044716%25.44716-⨯=% 3、成品产量：F 2=0F -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： 1x =% 1T =61.1℃ (查《食品工程原理》843页此温度下水

的比热Cw w =4179J/

出料： 2x =28% 2T =41.4℃

料液比热: k Kg J x C C O W ⋅=-=-

=/4001)10025.41(4179)1001(0 （3） 真空度分配：

第Ⅰ效：600mmHg 1P =×105 P a （查得此压力下饱和蒸汽温度 1T =61.1℃）