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.............................................................⑴2 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...............................................⑷2.2.2 多效蒸发最佳效数的确定.......................................⑷3 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.................................................⑽3.3.2 从系统中带出的总热量.........................................⑾4 设备选型.........................................................⑿5 设计的评价与感想.................................................⑿6 结论.............................................................⑿参考文献...........................................................⒀致谢...............................................................⒂1 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。

根据进料和出料的次数，蒸发操作过程可以连续进行，也可以间歇进行。

间歇蒸发操作可以是一次进料，一次出料；也可以是连续进料，一次出料。

通常大规模生产中大多数采用连续操作，我选择连续操作。

2.1.3 蒸发设备的选择蒸发过程的设备主要包括蒸发器、冷凝器和除沫器。

根据蒸发器中溶液的流动情况，它们主要分为循环型和非循环型。

表2-1 各种蒸发器的主要性能比较［1］Table 2-1 Comparison of main performance of various evaporators蒸发器的型式溶液在加热管内流速/m/s传热系数停留时间完成液浓度控制处理量对溶液的适应性造价稀溶液高粘度易起泡易结垢热敏性有结晶析出标准0.1-0.5一般长易一般适难适能适尚适不甚适能适最廉悬筐-1.0稍高长易一般适难适能适尚适不甚适能适廉外热0.4-1.5较高较长易较大适尚适尚适尚适不甚适能适廉列文1.5-2.5较高较长易大适尚适尚适适不甚适能适高强制循环2.0-3.5 高较长易大适适适适不甚适适高升膜0.4-1.0 高短难大适难适适尚适适不适廉降膜0.4-1.0 高短较难较大能适适尚适不适适不适廉旋转刮板高短较难小能适适尚适适适能适最高根据表格，通过各蒸发器设备性能的比较，考虑奶粉是热敏性的物质，并且在进行真空蒸发浓缩时将成为高粘度、易起泡的物质，需要的传热系数要高，停留时间不会太长，造价不高，综合考虑，我选择降膜式蒸发器。

2.1.4 降膜蒸发器的结构图图2-1 蒸发装置示意图［1］Chart 2-1 Schematic diagram of evaporation device2.1.5 蒸发器辅助设备的选择蒸发器的辅助设备主要有冷凝器和除沫器。

冷凝器的作用是使二次蒸汽冷凝成水而排出。

冷凝器有间壁式冷凝器和直接接触式（混合式冷凝器）。

混合式冷凝器也称为逆流淋洒式，冷却水从上而下沿着淋水板往下淋水，与自下而上的二次蒸汽逆流接触，蒸汽冷凝成水与冷却水一起从下部流出。

不凝气从器顶排出，在气水分离器中分离掉带出的水滴后从气水分离器顶排出。

当蒸发过程在减压下进行时，不凝气需要用真空泵抽出，冷却水需要用气压管排出。