奶粉生产工艺中三效降膜蒸发器的设计

本科毕业论文(设计) 题目：奶粉生产工艺中

三效降膜蒸发器的设计

学院：化学与化工学院

班级： 09级化学六班

姓名：王玉婷

指导教师：李强职称：讲师

完成日期： 2013 年 5 月 30 日

奶粉生产工艺中三效降膜蒸发器的设计

摘要：本设计从保护牛奶营养和节约能源的角度，对生产车间进行了物料和能量的衡算，对奶粉生产工艺中蒸发过程进行设计，采用三效降膜蒸发器。

关键字：全脂乳粉；工艺设计；三效降膜蒸发器

目录

1 引言.............................................................⑴

2 设计方案的选择及流程说明.........................................⑴2.1 概述...........................................................⑴2.1.1 蒸发原理.....................................................⑴2.1.2 蒸发操作方法的选择...........................................⑴2.1.

3 蒸发设备的选择...............................................⑵2.1.

4 降膜蒸发器的结构图...........................................⑶2.1.

5 蒸发器辅助设备的选择.........................................⑶2.1.

6 蒸发过程的主要经济指标.......................................⑶2.2 设计方案确定...................................................⑷2.2.1 蒸发的基本流程...............................................⑷

2.2.2 多效蒸发最佳效数的确定.......................................⑷

3 浓缩设备选型及热量衡算...........................................⑷3.1 设备选型.......................................................⑷3.1.1 设计条件.....................................................⑷3.1.2 设备参数.....................................................⑸3.1.3 物料预热温度.................................................⑸3.1.

4 各效参数.....................................................⑸3.1.

5 热焓.........................................................⑹3.2 热量衡算.......................................................⑹3.2.1 各效蒸发水量.................................................⑹3.2.2 浓缩物料时所需热量及蒸汽消耗量计算...........................⑺3.2.3 预热物料所需热量及蒸汽消耗量计算.............................⑻3.2.4 系统加热蒸汽消耗量计算.......................................⑻3.2.5 系统冷却水消耗量.............................................⑼3.3 系统热量衡算小结...............................................⑽3.3.1 带入系统热量.................................................⑽

3.3.2 从系统中带出的总热量.........................................⑾

4 设备选型.........................................................⑿

5 设计的评价与感想.................................................⑿

6 结论.............................................................⑿参考文献...........................................................⒀致谢...............................................................⒂

1 引言

全脂奶粉含有牛奶中的优质蛋白质、脂肪、多种维生素以及钙、磷、铁等矿物质，是适合天天饮用的营养佳品，可防止皮肤干燥及暗沉，使皮肤白皙，有光泽；也可补充丰富的钙质，适合缺钙的人、少儿、易怒、失眼者以及工作压力大的人。全脂奶粉是由鲜牛奶消毒后经浓缩、喷雾、干燥而成的。鲜牛奶加工成奶粉后，水分由原来的88%降低到2%-5%，蛋白质、无机盐、脂肪等营养素的含量浓缩了。从最近几年中国奶粉发展的总体情况看，中国奶粉行业发展迅速，但是就整个奶粉市场而言，中国的奶粉行业的发展仍然落后于世界的奶粉强国，并且国外的奶粉品牌长期占据中国市场，而国内奶粉行业存在竞争混乱，产品质量不过关，奶粉品牌信誉低和目前国内对全脂奶粉的社会需求飞速增长等问题。这些问题需要我们加快奶粉技术的研发，对奶粉生产的工艺流程进行改进，本设计就奶粉生产工艺中蒸发单元进行改进，主要采用三效降膜蒸发器。

目前，大部分的工厂使用单效和双效降膜蒸发器，热量的利用率低，采用三效降膜蒸发器可以充分利用热量，减小能源损失,实现能源可持续发展，且采用真空蒸发浓缩，降低蒸发温度从而保护牛奶营养。

2 设计方案的选择及流程说明

2.1 概述

2.1.1 蒸发原理

将非挥发性的稀溶液加热沸腾，使得溶剂汽化，溶液浓缩得到浓溶液的过程称为蒸发。蒸发的目的是使溶剂与溶质分离，为化工分离过程。但是就蒸发过程的机理看，溶剂的分离是靠供给溶剂汽化需要的热量，使得溶剂变成蒸汽，而从溶液中分离出来。溶剂分离出来的量和速率直接取决于供热量和速率，因此蒸发属于传热过程。

蒸发器实质上是一个换热器，它由加热室和分离室两部分组成。加热室中通称用饱和水蒸汽加热，从溶液中蒸发出来的水蒸汽在分离室中与溶液分离后从蒸发器引出。为了防止液滴随蒸汽带出，一般在蒸发器的顶部设有汽液分离用的除沫设备。从蒸发器蒸出的蒸汽称为二次蒸汽，以便与加热用的蒸汽（加热蒸汽）相区别。二次蒸汽进入冷凝器直接冷却。冷凝水从冷凝器顶部加入，与上升的水蒸汽接触，将它冷凝成水从下部排出，二次蒸器中含有的不凝气从冷凝器的顶部排出。不凝器的来源有以下两方面：料液中溶解的空气和当系统减压操作是从周围环境中漏人的空气。

2.1.2 蒸发操作方法的选择

根据各种物料的特性和工艺要求，蒸发过程可以采用不同的操作条件和方法。根据操作的压强不同，蒸发操作可以分为常压蒸发和减压蒸发（真空蒸发）。常压蒸发是指冷凝器和蒸发器操作压强为大气压或略高于大气压，此时系统中的不凝气依靠本身的压强从冷凝器中排出，真空蒸发是冷凝器和蒸发器中溶液的压强低于大气压，此时系统中的不凝气必须用真空泵抽出。采用真空蒸发的目的是降低溶液的沸点。与常压蒸发比较，真空蒸发使得溶液的沸点降低，可以用温度较低的低压蒸汽或废热蒸汽作为加热蒸汽；当采用同样的加热蒸汽，蒸发器传热的平均温度差大，所需的传热面积小；有利于处理热敏性物料（即高温下一分解和变质的物料）；使得蒸发器的操作温度低，系统的热损失小。我选择的是真空蒸发。

根据二次蒸汽是否作为另一蒸发器的加热蒸汽，蒸发过程可以分为单效蒸发和多效蒸发。多效蒸发可以节省加热蒸汽的消耗量，我选择多效蒸发。