食品工程原理課程設計
設計題目： 降膜蒸發器的設計
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食品工程原理
課程設計說明書
降膜蒸發器的設計
姓名學號
班級： 糧工班
2023年 12月 17日
目錄1、 設計說明書2
2、 設計方案的確定3
3、 方案說明4
4、 物料衡算5
5、 熱量衡算5
6、 工藝尺寸計算9
7、 附屬裝置尺寸計算15
8、 主要技術引數17
9、 計算結果彙總17
10、裝置流程及裝備圖18
11、參考文獻21
設計說明書
一、 題目: 蒸發器的設計
設計蒸發量為（學號最後一位/0位為倒數第二位）噸/小時的雙效真空濃縮裝置，用於濃縮番茄醬的生產。已知進料濃度為4.25%，成品濃度為28%，第一效真空度為600mmhg，第二效真空度為700mmhg。
加熱蒸汽的壓力為0.15 mpa
二、 原始資料：
1、 原料：濃度為4.25%的番茄醬
2、 產品：濃度為28%的番茄醬
3、 生產能力：蒸發量（學號最後一位/0位為倒數第二位）噸每小時，一天工作10個小時
4、 熱源：加熱蒸汽為飽和水蒸汽，壓力0.15mpa
5、 壓力條件：第一效為600 mmhg的真空度，第二效為700 mmhg的真空度
三、設計要求內容：
1、濃縮方案的確定：蒸發器的型式、蒸發操作流程、蒸發器的效數等。
2、蒸發工藝的計算：進料量、蒸發水量、蒸發消耗量、溫差損失、傳熱量、
傳熱面積等。
3、蒸發器結構的計算：加熱室尺寸、加熱管尺寸及排列、蒸發室尺寸、接管尺
寸等。4、附屬裝置的計算：冷凝器、真空系統的選用
5、流程圖及裝配圖繪製
四．設計要求
1、設計說明書乙份；
2、設計結果一覽表；蒸發器主要結構尺寸和計算結果及裝置選型情況等；
3、蒸發器流程圖和裝配圖
設計方案的確定
1. 蒸發器的確定：選用外加熱式蒸發器，它的特點是加熱室與分離室分開，便於清洗和更換。
這種結構有利於降低蒸發器的總高度，所以可以採用較長的加熱管。並且，因迴圈管不受熱而增大了溶液的迴圈速度，可達1.5m/s。
2. 蒸發器的效數：雙效真空蒸發。
真空操作的壓力小，故在蒸發器內物料的沸點就低，對於番茄這種熱敏性較高的物料，採用真空蒸發降低沸點是有必要的。採用多效蒸發是減少加熱蒸汽耗用量，提高熱能經濟性的有效措施。然而也不能無限地增加效數。
理由如下：（1）效數越多，節省地加熱蒸汽量就越少。由單效改為雙效時，加熱蒸汽用量可減少50%，但由四效改為五效只能節省10%，熱能經濟性提高不大。
（2）效數越多，溫度差損失越大，分配到各效的有效溫度差就越小。為了維持料液在溶液沸騰階段，每效的有效溫度差不能小於5--7攝氏度。這樣也限制了效數的增加。
（3）熱敏性溶液的蒸發，一般不超過三效。
3. 加熱方式：直接飽和蒸汽加熱，壓力0.15mpa。
4. 操作壓力：ⅰ效為600 mmhg真空度，ⅱ效為700 mmhg真空度。
5. 加料方式：並流式。
其優點在於：（1）後一效蒸發室的壓強比前一效的低，故溶液在效簡述送不用幫浦而利用各效簡的壓力差;（2）後一效溶液的沸點較前一效的低，溶液進入後效時發生閃蒸現象，產生較多二次蒸汽；（3）高濃度溶液的溫度依效序降低對濃縮熱敏性食品有利。
6. 輔助裝置：冷凝器用水噴式冷凝器；慣性捕集器
方案說明
1. 本流程採用直接蒸汽加熱，雙效外加熱式蒸發器，並流法蒸發。使用25℃水作為冷卻劑，冷凝水出口溫度為40℃。
2. 裝置流程：
1）物料：預熱殺菌後的番茄醬由迴圈幫浦由下部進入，流經管內，由上部進入蒸發分離室，先經加熱器的管內上公升，通過彎頭進入另一台加熱器，經加熱料液由管內下降，以切線方向進入ⅰ效蒸發分離器進行汽液分離。然後由物料幫浦送至ⅱ效再蒸發。
料液料液聚集到傾斜的底部，由排出口與迴圈管連線，經液位平衡器至ⅰ效蒸發室，當ⅰ效蒸發室達到平衡液位時，料液直接進入ⅱ效加熱器。
蒸發產生的二次蒸汽與物料一起進入分離器。由二效分離器出來的物料濃度達到所要求28％。
2）加熱蒸汽：ⅰ效蒸發與其預熱管內物料的熱能由蒸汽供給，ⅱ效蒸發和預熱管內物料的熱能全部為一效二次蒸汽供給。ⅱ效二次蒸汽全部進入水噴式冷凝器冷卻。
3）本流程採用直接蒸汽加熱，雙效外加熱式蒸發器，順流法蒸發。優點是料液沸點依效序遞降，因而當前效料液進入後效時，便在降溫的同時放出其顯熱，供一小部分水分汽化，增加蒸發器的蒸發量。使用25℃水作為冷卻劑，冷凝水出口溫度為40℃。
真空蒸發的條件：不斷供給熱量；要維持番茄醬的沸騰，需要不斷供給熱量。必須順速排除二次蒸汽；如不及時排除二次蒸汽，又會凝結成水回到番茄醬中去。
本操作中將二次蒸汽引入另一效蒸發器作為熱源使用，熱能利用率高。
（一）物料衡算
1、原料處理量:
每小時處理量：
常用化工單元裝置設計153頁）
式中—原料處理量，kg/h；
x0——進ⅰ效蒸發器料液的濃度，質量百分比；
x2——出ⅱ效蒸發器料夜的濃度，質量百分比；
w——水分蒸發量kg/h；
日處理量：每天10小時：4715×10=47.15 噸/日
2、初步估算
一、二效的蒸發水量
由《常用化工單元裝置設計》 p153
取w1:w2=1:1.1
故 其中，w1——第ⅰ效的蒸發量，kg/h
w2——第ⅱ效的蒸發量，kg/h
ⅰ效二次蒸汽濃度
3、成品產量：
（二）熱量衡算
1. 有關引數
（1） 總蒸發量：
（2） 進料： = =61.1℃ (查《食品工程原理》843頁此溫度下水的比熱cww=4179j/
出料： = =
料液比熱:
（3） 真空度分配：
第ⅰ效：600mmhg =
（查得此壓力下飽和蒸汽溫度= ）
第ⅱ效：700mmhg =
（查得此壓力下飽和蒸汽溫度= ）
來自《食品工程原理》741頁飽和水蒸汽表
二次蒸汽的熱引數值如下表
2、溫差損失
、溫度損失的計算
式中：——溫度差損失，℃
——操作壓強下由於溶液蒸汽壓下降而引起的沸點公升高，℃
——液層靜壓引起的溫度差損失，℃
——管路流動阻力引起的溫度差，℃
——常壓下由於溶液蒸汽壓下降而引起的沸點公升高，℃
——校正係數，無因次，其經驗計算式為：
式中：——操作壓強下二次蒸汽的溫度，℃
——操作壓強下二次蒸汽的汽化潛熱，kj/kg
式中：——溶液內部平均壓強，pa
——液面上方的壓強，pa
——溶液液層高度，m （該題設其液層高度為6m）
——溶液密度，kg/ m3
該題密度為
常溫下番茄醬沸點公升高
(℃)由壓強51.223 kpa查表得：
℃取℃3、w1,w2,d1
物料衡算公式： ①
式中 ——ⅰⅱ效蒸發水量 [kg/h]
d1 d2——ⅰⅱ效蒸汽量 [kg/h]
β1β2-----ⅰⅱ效自蒸發係數
原料處理量 [kg/h]
c0------原料比熱kj/kgk]
熱利用係數
（來自《食品工廠機械與裝置》192頁）
根據逆流時的自然蒸發係數，按下式計算:
∴將①式代入②式中
∵d2 =w1
∴∴ ③
將③式代入②式中
∴a=∴第ⅰ效蒸發量
第ⅱ效蒸發量
與初估各效蒸發水量比較誤差≤3﹪，可不必對各效蒸發水量及濃度加以修正。
3．第ⅱ效放出漿量及濃度
4.、ⅰ、 ⅱ效加熱面積的確定
ⅰ效傳熱量：
ⅱ效傳熱量：
各效有效溫度差：℃
℃ 其中——兩效間溫度損失=1℃
各類蒸發器傳熱系數（食品工程原理p722）
通過上表按經驗資料取：
強制迴圈
自然迴圈
∴第ⅰ效加熱面積：
第ⅱ效加熱面積：
（三）工藝尺寸計算
1、ⅰ效加熱器的尺寸
根據《常用化工單元裝置設計》162頁，採用32×1.5mm不銹鋼管，管長l=3 m
∴（根）
式中 s——傳熱面積，；
——加熱管直徑，m；
l——管子長度，m 。
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