番茄汁浓缩工艺装置的设计解析
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2008级食品科学与工程专业
一《食品工程原理》课程设计任务书
(1)．设计课题：番茄汁浓缩工艺装置的设计计算
(2)．设计条件：
1．处理物料（原料）量：1.4万吨/年（约2243kg/h）
2.物料温度：25℃
3.原料固形物含量：9%（约为9.0ºBrix）
4.浓缩液固形物含量：36%
5.原料最高许可温度：60℃
丛德滋等,化工原理详解与应用,化学工业出版社. 2002，7, 151-158
张承翼李春英，化工工程制图，化学工业出版社. 1997
张桂昭，三效逆流加料蒸发器的设计，化工设计. 1996（6）：6-10
蒋迪清等，食品通用机械与设备，华南理工大学出版社，2001，7，111-13
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
三设计计算
3.1.总蒸发水量
3.2.加热面积初算
（1）估算各效浓度:
第一效蒸发后
由经验公式： ： 1:1.1
而
解得
（2）沸点的初算
查表：T=60℃时，P=19.923kpa；T=25℃时， =3.1684kpa
设两效蒸汽压强相等
查的 时，沸点 ℃； 时，沸点 ℃
（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：
℃
第二效时：
℃
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
取管路引起的损失 ℃，则总的温度差损失为
℃
有效总温差：
℃
效数
二次蒸汽压强（kpa）
二次蒸汽温度（℃）
二次蒸汽汽化热（kj/kg）
1
11.546
52.3
2052
2
3.1684
24.8
2415
（4）计算两效蒸发水量 ， 及加热蒸汽消耗量
依据公式 取
则加热器内径为：
取
3.6.分离室
取分离室高度为
第一效蒸发：
由附录查的19.9kpa压强蒸汽的密度为 ，所以二次蒸汽的体积流量为
取允许的蒸发体积强度为
因为 ，故分离室直径为
第二效蒸发：
同理可得分离室直径为
四.简图
工艺流程
附细节图
6.物料平均比热为3.50 kj / kg·K ,忽略浓缩热
7.车间底层海拔高程为20m冷凝水排除地沟水封液面海拔高程为19.5 m。
(3).设计要求：
1.设计一套（单效或双效）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）；
1060
36％
1130
第一效时：
由升膜蒸发器的管内沸腾传热系数 的关联式有：
饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得：
传热外表面的总传热系数K由下公式计算：
℃）
第二效时：
同理可得：
饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得：
传热外表面的总传热系数K由下公式计算：
℃）
（6）分配有效温度差，计算两效传热面积
℃
℃
3.3.重算两效传热面积
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、不易生泡沫，考虑到经济和效率问题，选用双效蒸发系统，根据设计要求，采用并流双效降膜式蒸发器蒸发。选用5m长φ32×1mm的无缝不锈钢管作加热管。
由题意知溶液比热为 ，查表得水的比热为
作第一效热量衡算，得
因系沸点进料，故 ，又因为热利用系数
其中
所以
----------------------1
同理作第二效热量衡算，得
----------------2
其中
所以
整理得
代入1式可得：
由2式可得：
（5）总传热系数K的计算
查表得不锈钢管的导热率为
浓度
14％
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：2011年6月17日。
(4)、主要参考资料
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
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.1995
化工设备的选择与工艺设计，中南工业大学出版社. 1992
（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，并重复上述计算步骤再算重新分配有效温度差
℃
℃
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 ℃
第二效加热蒸汽温度为 ℃
第一效加热蒸汽温度 ℃
％
由 和 得第一效沸点 =41.34℃
解得：
两效的传热面积比较接近，故不在重算
3.4计算结果
1.加热面积留适当的余量，故扩大14％，取S=7.5
蒸发器序号
加热面积
蒸发水量
加热蒸汽消耗量
第一效
第二效
7.5
7Fra Baidu bibliotek5
1569
1316
1982
总和
15
2885
1982
3.5加热室
选用5m长φ32×1mm的无缝不锈钢管作加热管
1.传热管数目
加热管按正三角形排列，取管中心距为70mm
管束中心线上的管数为：
一《食品工程原理》课程设计任务书
(1)．设计课题：番茄汁浓缩工艺装置的设计计算
(2)．设计条件：
1．处理物料（原料）量：1.4万吨/年（约2243kg/h）
2.物料温度：25℃
3.原料固形物含量：9%（约为9.0ºBrix）
4.浓缩液固形物含量：36%
5.原料最高许可温度：60℃
丛德滋等,化工原理详解与应用,化学工业出版社. 2002，7, 151-158
张承翼李春英，化工工程制图，化学工业出版社. 1997
张桂昭，三效逆流加料蒸发器的设计，化工设计. 1996（6）：6-10
蒋迪清等，食品通用机械与设备，华南理工大学出版社，2001，7，111-13
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
三设计计算
3.1.总蒸发水量
3.2.加热面积初算
（1）估算各效浓度:
第一效蒸发后
由经验公式： ： 1:1.1
而
解得
（2）沸点的初算
查表：T=60℃时，P=19.923kpa；T=25℃时， =3.1684kpa
设两效蒸汽压强相等
查的 时，沸点 ℃； 时，沸点 ℃
（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：
℃
第二效时：
℃
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
取管路引起的损失 ℃，则总的温度差损失为
℃
有效总温差：
℃
效数
二次蒸汽压强（kpa）
二次蒸汽温度（℃）
二次蒸汽汽化热（kj/kg）
1
11.546
52.3
2052
2
3.1684
24.8
2415
（4）计算两效蒸发水量 ， 及加热蒸汽消耗量
依据公式 取
则加热器内径为：
取
3.6.分离室
取分离室高度为
第一效蒸发：
由附录查的19.9kpa压强蒸汽的密度为 ，所以二次蒸汽的体积流量为
取允许的蒸发体积强度为
因为 ，故分离室直径为
第二效蒸发：
同理可得分离室直径为
四.简图
工艺流程
附细节图
6.物料平均比热为3.50 kj / kg·K ,忽略浓缩热
7.车间底层海拔高程为20m冷凝水排除地沟水封液面海拔高程为19.5 m。
(3).设计要求：
1.设计一套（单效或双效）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）；
1060
36％
1130
第一效时：
由升膜蒸发器的管内沸腾传热系数 的关联式有：
饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得：
传热外表面的总传热系数K由下公式计算：
℃）
第二效时：
同理可得：
饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得：
传热外表面的总传热系数K由下公式计算：
℃）
（6）分配有效温度差，计算两效传热面积
℃
℃
3.3.重算两效传热面积
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、不易生泡沫，考虑到经济和效率问题，选用双效蒸发系统，根据设计要求，采用并流双效降膜式蒸发器蒸发。选用5m长φ32×1mm的无缝不锈钢管作加热管。
由题意知溶液比热为 ，查表得水的比热为
作第一效热量衡算，得
因系沸点进料，故 ，又因为热利用系数
其中
所以
----------------------1
同理作第二效热量衡算，得
----------------2
其中
所以
整理得
代入1式可得：
由2式可得：
（5）总传热系数K的计算
查表得不锈钢管的导热率为
浓度
14％
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：2011年6月17日。
(4)、主要参考资料
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
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.1995
化工设备的选择与工艺设计，中南工业大学出版社. 1992
（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，并重复上述计算步骤再算重新分配有效温度差
℃
℃
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 ℃
第二效加热蒸汽温度为 ℃
第一效加热蒸汽温度 ℃
％
由 和 得第一效沸点 =41.34℃
解得：
两效的传热面积比较接近，故不在重算
3.4计算结果
1.加热面积留适当的余量，故扩大14％，取S=7.5
蒸发器序号
加热面积
蒸发水量
加热蒸汽消耗量
第一效
第二效
7.5
7Fra Baidu bibliotek5
1569
1316
1982
总和
15
2885
1982
3.5加热室
选用5m长φ32×1mm的无缝不锈钢管作加热管
1.传热管数目
加热管按正三角形排列，取管中心距为70mm
管束中心线上的管数为：