食品工程原理课程设计——蒸发器的设计
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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4.25%,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4.25%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0.15MPa
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0.15Mpa。
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=47.15 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=1:1.1
故 W 1=1
.114000+=1904.8(kg/h) W 2=4000-1904.8=2095.2(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-⨯=6.31% 3、成品产量:F 2=0F -W=4716-4000=716 kg/h