番茄汁双效并流蒸发装置设计

西北农林科技大学食品科学与工程学院食品工程原理课程设计说明书

番茄汁双效并流蒸发装置的设计

目录

1.前言 (3)

1.1设计题目 (3)

1.2蒸发流程特点 (3)

1.3设计任务及操作条件 (3)

2.设计项目 (4)

2.1设计方案简介 (4)

2.2蒸发器的工艺流程 (5)

2.3蒸发器的工艺计算 (5)

2.3.1 物料衡算 (5)

2.3.2 热量衡算 (6)

2.3.3 工艺尺寸计算 (10)

2.4计算结果列表 (15)

3.番茄汁双效并流加料蒸发装置的流程图和蒸发器设备工艺简图 (16)

4.设计总结 (17)

5.参考文献 (18)

1.前言

1.1设计题目

番茄汁双效并流蒸发装置的设计。

1.2蒸发流程特点

蒸发是使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作。蒸发具有它独特的特点：从传热方面看，原料和加热蒸汽均为相变过程，属于恒温传热：从溶液特点分析，有的溶液有晶体析出、易结垢、易生泡沫、高温下易分解或聚合，粘度高、腐蚀性强；从传热温差上看，因溶液蒸汽压降低，沸点增高，故传热温度小于蒸发纯水温度差；从泡沫夹带情况看，二次蒸汽夹带泡沫，需用辅助仪器除去；从能源利用上分析，可以对二次蒸汽重复利用等。这就需要我们从五个方面考虑蒸发器的设计。

随着工业蒸发技术的发展，蒸发器的结果和形式也不断的改进。目前蒸发器大概分为两类：一类是循环型，包括中央循环管式、悬筐式、外热式、列文式及强制循环式等；另一类是单程型，包括升膜式、降膜式等。这些蒸发器形式的选择要多个方面综合得出。

现代化工生产实践中，为了节约能源，提高经济效益，很多厂家采用的蒸发设备是多效蒸发。因为这样可以降低蒸汽的消耗量，从而提高蒸发装置的各项热损失。多效蒸发流程可分为：并流流程、逆流流程、平流流程及错流流程。在选择形式时应考虑料液的性质、工程技术要求、公用系统的情况等。

1.3设计任务及操作条件

（1）该蒸发器处理含固形物5.0%的番茄汁的能力为36吨/天，番茄汁成品浓度为10%；原料液温度为沸点进料。

（2）加热蒸汽压力为200kPa(绝压)，冷凝器压力为95kPa(绝压)；

（3）总传热系数K1=900W/(m2•℃)【如果设计双效蒸发器，K2=1800W/(m2•℃)】；

（4）番茄汁的比热为4.00kJ/(kg•℃)。

（5）加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出。忽略热损失。

（6）每年按300天计，日工作量是8小时。

（7）厂址：西安地区。

2.设计项目

2.1设计方案简介

（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2Mpa。

（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

2.2蒸发器的工艺流程

（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，流出后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，经加的热料液由管内下降，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10％。 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。

2.3蒸发器的工艺计算

2.3.1 物料衡算

（一）原料处理量 h kg 45008

100036F 0/=⨯= 水分蒸发量 h kg 22501051 4500) x x (1F W n 00/=⎪⎭

⎫ ⎝⎛-⨯=-= （二）初步估算一、二效的蒸发水量