1、1食品工程原理课程设计说明书设计题目： 姓 名： 班 级： 学 号： 指导教师： 日 期： 2目 录第一章 任务书 -31. 设计任务及操作条件 -3第二章 蒸发工艺设计计算 -321 蒸浓液浓度计算 -322 溶 液沸点和有效温度差的确定 -4221 各效由于溶液 的蒸汽压下降所引起的温度差损失 -5222 各效由于溶液静压强所因引起的温度差损失 -5223 由经验不计流体阻力产生压降所引起的温度差损失 -624 蒸发器的传热面积和有效温度差在各效中的分布 -825 有效温差再分配 -8第三章 蒸发器工艺尺寸计算 -1131 加热管的选择和管数的初步估计 -11311 加热管的选择和管数的初
2、步估计 -11312 循环管的选择 -11313 加热室直径及加热管数目的确定 -113314 分离室直径与高度的确定 -1232 接管尺寸的确定 -13321 溶液进出口 -13322 加热蒸气进口与二次蒸汽出口 -13323 冷凝水出口 -13第四章、蒸发装置的辅助设备 -1341 气液分离器 -1342 蒸汽冷凝器 -14421 由计算可知 ,进入冷凝器的二次蒸汽的体积流量可计算得到冷凝器的直径 D-14第五章 工艺计算汇总表 -14第六章 工艺流程图、蒸发器设备简图及加热器的管子排列图 -1541 工艺流程图 -1542 中央循 环管切面图 -15第七章 课程设计心得 -16参考文献：
3、 -174第一章 任务书1. 设计任务及操作条件含固形物 16%（质量分率，下同）的鲜牛乳，拟经双效真空蒸发装置进行浓缩，要求成品浓度为 49%，原料液温度为第一效沸点（60） ，加热蒸汽压力为 450kPa(表)，冷凝器真空度为 94kPa，日处理量为 15 吨/天，日工作时间为8 小时，试设计该蒸发过程。假定采用中央循环管式蒸发器，双效并流进料，效间流动温差损失设为 1K，第一效采用自然循环，传热系数为 900w/(m2k)，第二效采用强制循环，传热系数为 1800w/(m2k)，各效蒸发器中料液液面均为 1m，各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出，并假设各效传热面积相等，忽略热损失。第
4、二章 蒸发工艺设计计算21 蒸浓液浓度计算多效蒸发的工艺计算的主要依据是物料衡算和、热量衡算及传热速率方程。计算的主要项目有：加热蒸气（生蒸气）的消耗量、各效溶剂蒸发量以及各效的传热面积。计算的已知参数有：料液的流量、温度和浓度，最终完成液的浓度，加热蒸气的压强和冷凝器中的压强等。蒸发器的设计计算步骤多效蒸发的计算一般采用试算法。(1)根据工艺要求及溶液的性质，确定蒸发的操作条件（如加热蒸气压强及冷凝器的压强） ，蒸发器的形式、流程和效数。(2)根据生产经验数据，初步估计各效蒸发量和各效完成液的浓度。(3)根据经验假设蒸气通过各效的压强降相等，估算个效溶液沸点和有效总温差。(4)根据蒸发器的焓
5、衡算，求各效的蒸发量和传热量。(5)根据传热速率方程计算各效的传热面积。若求得的各效传热面积不相等，则应按下面介绍的方法重新分配有效温度差，重复步骤（3)至（5） ，直到所求得各效传热面积相等（或满足预先给出的精度要求）为止。F= =1875kg/h810.4总蒸发量:W=F （1- ）=1875 (1- )=1262.8kg/h20X49.016并流加料蒸发中无额外蒸汽引出,可设 1W:W2 =1:1.1而 W=W1+W2 =1262.8kg/h由以上三式可得:W 1=601.4kg/h;W2=661.4kg/h;设各效间的压强降相等，则总压强差为： X1=01F=0.24; X2= 501
6、2FXW=0.4922 溶液沸点和有效温度差的确定由各效的二次蒸汽压强从手册中查得相应的二次蒸汽温度和汽化潜热列与下表中:蒸汽 压力（KPa） 温度() 汽化热(kJ/kg)一效加热蒸汽 551 155.3 2101.9一效二次蒸汽 19.9 60 2393.9二效加热蒸汽 19.8 59 2313.4二效二次蒸汽 7.4 39.8 2401.6进冷凝器蒸汽 7 38.8 2403.8多效蒸发中的有效传热总温度差可用下式计算：有效总温度差 )(/1KTt式中 t-有效总温度差，为各效有效温度差之和，。1T-第一效加热蒸气的温度，。/K-冷凝器操作压强下二次蒸气的饱和温度，。-总的温度差损失，为
7、各效温度差损失之和，= /+ /+ /式中 /- 由于溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失，/-由于蒸发器红溶液的静压强而引起的温度差损失，/-由于管道流体阻力产生压强降而引起的温度差损失，221 各效由于溶液的蒸汽压下降所引起的温度差损失 则 f =0.0 =2rT.1675.09.2367.012= =0.28 38750=.0 = 2r. .6.48.20.66 =1.1921/=0.28+1.19=1.56222 各效由于溶液静压强所因引起的温度差损失由于蒸发器中溶液静压强引起的温度差损失 某些蒸发器在操作时，器内溶液需维持一定的液位，因而蒸发器中溶液内部的压强大于液面的压强，致使溶液内
8、部的沸点较液面处的为高，二者之差即为因溶液静压强引起的温度差损失 ，为简便起见，日夜内部的沸点可按液面和底层的平均压强来查取，平均压强近似按静力学方程估算：pm=p/+ 2gL式中 pm蒸发器中 液面和底层的平均压强，pap/二次蒸气的压强，即液面处的压强， ，pa溶液的平均密度，-液层高度g-重力加速度，根据 pm=p/+ 2gL取液位高度为 1 米有牛乳的平均密度 =1.030 kg/m 3Pm1= =25.0KPa8.903.1Pm2= KPa4.128.904.7对应的饱和溶液温度为:T 1/pm=63.3 ; T 2/pm=49.2; 根据 = t式中 pmt-根据平均压强求取牛乳的
9、沸点， pt-根据二次蒸气压强求得水的沸点所以 “1= T 1/- T /=63.3-60=3.3“2= T 2pm- T /=49.2-39.8=9.4=3.3+9.4=12.7223 由经验不计流体阻力产生压降所引起的温度差损失由于管道流体阻力产生的压强降所引起的温度差损失在多效蒸发中末效以前各效的二次蒸汽流到次一效的加热室的过程中由于管道阻力使其压强降低蒸汽的饱和温度也相应降低由此引起的温度差损失即为 ，根据经验其值可以省略。=1+1+1=3根据以估算的各效二次蒸汽压强 1t及温度差损失 ，即可由下式估算溶液各效溶液的沸点 t所以总的温度差损失为=/+ + =1.5+12.7+3=17.
10、2溶液的沸点 ti=Ti/+ i7/1/10.28+3.3+1=4.66.14.9.322 所以各效溶液沸点：t1=60+4.6=64.6，t2=38.8+11.6=50.4由手册可查得 551KPa 饱和蒸汽压的温度为 155.3，汽化热为 2101.0KJ/kg，所3.92.1783.15)( KStT蒸汽 压力（KPa） 温度() 汽化热(kJ/kg)一效加热蒸汽 551 155.3 2101.9一效溶液 19.9 64.6一效二次蒸汽 19.8 60 2313.4二效溶液 25 50.4二效加热蒸汽 19.8 59 2313.4二效二次蒸汽 7.4 39.8 2401.6进冷凝器蒸汽
11、7 38.8 2403.823 加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量的计算第 i 效的焓衡算式为： 01211(.)()pwipcipwiiiQDrFcWctWr有上式可求得第 i 效的蒸发量 i.若在焓衡算式计入溶液的能缩热及蒸发器的热损失时，尚需考虑热利用系数 一般溶液的蒸发， 可取得 0.960-x（式中x 为溶液的浓度变化，以质量分率表示） 。 第 i 效的蒸发量 i的 计算式为 1012(.)pwi iiiipcipwr tDFccr 式中 i-第 i 效的加热蒸汽量，当无额外蒸汽抽出时 iD= 1iWr- 第 i 效加热蒸气的汽化潜热 -第 i 效二次蒸气的汽化潜热 0pc-原料液的比热
12、pwc-水的比热it， 1i-分别为 第 i 效及第 i-1 效溶液的沸点-第 i 效的热利用系数无因次，对于加热蒸气消耗量，可列出各效焓衡算式并与式（3-2）联解而求得。第一效的焓衡量式为:W1=/10/1rtFcrDp94.6.0247.960.1 由相关手册查得 cp0=3.89Kg.)8W = i1 111 820.4390. DDr同理第二效的热衡算式为:W (a) 2121)(2 tcWFrpwo785.04.9.0796.0W 2121)(2 trpwo=0.785 4.231506).9.3(6.4031W= 57.1h/kg8.21联立(a),(b),(c)式,解得:W =7
13、07.2kg/hW =555.6kg/h2D =861.4kg/h124 蒸发器的传热面积和有效温度差在各效中的分布任意一效的传热速率方程为Si= itKQ式中 -第 i 效的传热速率，W。 iK-第 i 效的传热系数，W/（m2, ）.it-第 i 效的传热温度差， Si-第 i 效的传热面积，m2WrDQ531 1027.60/1.204.8679351tTt 251.97.mKSrW532 108.460/140. 9.21tTtt 2522 7.987.QS误差为 ，误差很大，应调整各效的有效温度差，重复30.6maxin上述计算过程。25 有效温差再分配 221 3.3.96270.
14、6mSt 重新分配有效温度差得，97.6.9038211tSt.1.722重复上述计算步骤（1） 计算各效料液浓度 由所求得的各效蒸发量，可求得各效料液的浓度，即X1=01FXW= ; X2= 012FXW= 0.49257.08756.8.162750（2） 计算各效料液的温度 因末效完成液浓度和二次蒸汽压力均不变，各种温度差损失可视为恒定，故末效溶液的温度仍为 50.4，即 4t则第二效加热蒸汽的温度（也即第一效二次蒸汽温度）为826.314.50212 tT所以第一效料液的温度为 t =82+4.6=86.61第一效料液的温度也可下列计算t =155.3-67.7=87.61说明溶液的各
15、种温度差损失变化不大，不需重新计算，股有效总温度差不变，即3.9t温度差重新分配后各效温度差情况列于下表：效数 第一效 第二效加热蒸汽温度 155.3 82有效温度差() 67.7 31.6料液温度() 86.6 50.4（3）各效的热量衡算821TkgJr/7.231. 840第一效 92.6.257.096.1W = i （a）111 80.438DrD第二效1021212 )(tcWFrWpwo(b)79.05.49.0796.0W 2121)(2 tcrpwo=0.792 8.24035-6).89.375(8.40311695.1h/kg.21（c）联立(a),(b),(c)式,解得W =692.4kg/h1W =570.4kg/h2D =887.6kg/h1与第一次结果比较，其相对误差为 021.4697.57103.684计算相对误差均在 0.05 以下，故各效蒸发量的计算结果合理。其各效溶液浓度无明显变化，不需重新计算（4）蒸发器传热面积的计算WrDQ531 108.60/1.206.87.t 2511 .89.mtKSrW5322 1069.40/1640.6 .3t 2522 .831.tQS误差为 ，迭代计算结果合理，取平均传热面积0.47.maxin
