建筑工程设计食品工程原理课程设计食品科学与工程专业

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1、(建筑工程设计)食品 工程原理课程设计食 品科学与工程专业 (建筑工程设计)食品 工程原理课程设计食 品科学与工程专业 2013 年 7 月 10 日 课程设计任务安排表课程设计任务安排表 食品科学工程食品科学工程学院班级：2010 级食品科学与工程专业 食2010 级食品科学与工程专业 食 品 101 班品 101 班 课程名称： 化工原理课程设计化工原理课程设计 填写时间：_20132013_年_7 7 月_1010_ 日 课程 设计 任务 设计题目：双效并流降膜式果汁浓缩设计题目：双效并流降膜式果汁浓缩 一原始设计数据：一原始设计数据：采用双效并流设计。 （1）生产能力：18000kg/

2、h （2）原料汁固形物含量：11% （3）浓缩汁固形物含量：46% （4）原料汁最高许可温度：75 （5）第 I 效蒸发器的总传热系数：1100W/(m2K)，而第 II 效为 800W/(m2K)。 （6）各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出。 二设计内容：二设计内容： （1）设计方案的选定与说明。 浓缩装置的流程，操作条件，主要设备形式及材质的选取。 （2）蒸发器的工艺计算。 进行物料衡算，热量衡算，计算和确定蒸发器的转热面积。 （3）蒸发器的主要工艺尺寸设计。 确定蒸发器的直径和长度，管心距和排列方式。 （4）主要辅助设备的选型和计算。 气液分离器，冷凝器等辅助设备的主要尺寸计算和设备

3、型号规格的选定。 设计 进度 安排 7 月 1 日2 日，布置任务，查阅、收集相关设计资料、参考文献等； 7 月 3 日5 日，完成设计计算； 7 月 8 日11 日，完成设计说明书； 7 月 12 日，答辩。 主要符号说明主要符号说明 c比热容，KJ/(Kg.h)x溶剂的百分质量, d管径，m对流传热系数，/m2. D直径，m温度差损失， D加热蒸汽消耗量，Kg/hK总传热系数，W/m2.， f校正系数，热损失系数， F进料量，Kg/h阻力系数， g重力加速度，9.81m/s2导热系数，/m2. h高度，m密度，Kg/m3 H高度，m加和 k杜林线斜率下标：1,2效数的序号 误差i内侧 L液

4、面高度，mm平均 n效数p压强 p压强，PaW蒸发量，Kg/h q热通量，W/m2W质量流量，Kg/h Q传热速率，W上标：二次蒸汽的 r汽化潜热，KJ/Kg上标：因溶液蒸汽压而引起的 R热阻，m2./W上标：因液柱静压强而引起的 S传热面积，m2上标：因流体阻力损失而引起的 目录目录 第一章前 言. .03 第二章蒸发工艺设计计 算.0 9 21 蒸发溶液浓度计 算. .09 22 溶液沸点和有效温度差的确 定.09 23 加热蒸气消耗量和各效蒸发水量的初步计 算.12 24 蒸发器传热面积估 算. .14 25 重新分配各效的有效温 差.15 26 重复上述步 骤. .15 27 再重新分

5、配各效的有效温 差.18 28 再重复上述步 骤. .18 29 计算结果列 表. .21 第三章蒸发器的主要结构尺寸的计 算.21 （1）加热管的选择和加热管数的初步估 算.21 （2）加热室直径及加热管数目的确 定.22 (3)分离室直径和高度的确 定.22 (4)接管尺寸的确 定. .23 第四章.蒸发装置的辅助设备的选用计 算.25 第五章.双效并流蒸发器结构尺寸确 定.28 第六章.本次化工设计附 图.3 0 第七章.设计总结.32 第八章.参考文 献. .34 第一章前言第一章前言 概述 课程设计是本课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际 的桥梁，是学习化工设计基本

6、知识的初次尝试。通过课程设计，要求能够综 合运用本课程和前修课程的基本知识进行融会贯通，并在规定的时间内完成 指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。 本次设计的主要是双效蒸发部分。 1.蒸发及蒸发流程 蒸发是采用加热的方法，使含有不挥发性杂质（如盐类）的溶液沸腾，除去 其中被汽化单位部分杂质，使溶液得以浓缩的单元操作过程。 蒸发操作广泛用于浓缩各种不挥发性物质的水溶液，是化工、医药、食品等 工业中较为常见的单元操作。化工生产中蒸发主要用于以下几种目的： （1）获得浓缩的溶液产品； （2）将溶液蒸发增浓后，冷却结晶，用以获得固体产品，如烧碱、糖产品； （3）脱除杂质，获得纯净的溶剂

7、或半成品。进行蒸发操作的设备叫蒸发器。 蒸发器内要有足够的加热面积，使溶液受热沸腾。溶液在蒸发器内因各处密 度的差异而形成某种循环流动，被浓缩到规定浓度后排出蒸发器外。蒸发器 内备有足够的分离空间，以除去汽化的蒸汽夹带的雾沫和液滴，或装有适当 形式的除沫器以除去液沫，排出的蒸汽如不再利用，应将其在冷凝器中加以 冷凝。 蒸发过程中经常采用饱和蒸汽间壁加热的方法，通常把作热源用的蒸 汽称做一次蒸汽，从溶液蒸发出来的蒸汽叫做而二次蒸汽。 根据加料蒸汽与料液流向的不同，多效蒸发的操作流程可分为并流、逆 流、平流、错流等流程： （1）并流流程也称顺流加料流程，料液与蒸汽在效间流动同向。并流流程 结构紧凑

8、，操作简便，应用较广。并流流程只使用于处理黏度不大的料液。 （2）逆流流程料液与加热蒸汽在效间呈逆流流动。自前效到后效，料液组 成渐增，温度同时升高，黏度及传热系数变化不大，温度分配均匀，适用于 处理黏度较大的料液，不适于处理热敏性料液。 （3）平流流程每一效都有进料和出料，适合于有大量结晶析出的蒸发过程 （4）错流流程也称为混流流程，它是并、逆流的结合，其特点是兼有并、 逆流的优点，但操作复杂，控制困难。我国目前仅用于造纸工业及有色金的 碱回收系统中。 2.蒸发操作的分类 按操作的方式可以分为间歇式和连续式，工业上大多数蒸发过程为连续 稳定操作的过程。 按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发和

9、多效蒸发，若产生的二次蒸 汽不加利用，直接经冷凝器冷凝后排出，这种操作称为单效蒸发。若把二次 蒸汽引至另一操作压力较低的蒸发器作为加热蒸气，并把若干个蒸发器串联 组合使用，这种操作称为多效蒸发。多效蒸发中，二次蒸汽的潜热得到了较 为充分的利用，提高了加热蒸汽的利用率。 按操作压力可以分为常压、加压或减压蒸发。真空蒸发有许多优点： （1）在低压下操作，溶液沸点较低，有利于提高蒸发的传热温度差，减小 蒸发器的传热面积； （2）可以利用低压蒸气作为加热剂； （3）有利于对热敏性物料的蒸发； （4）操作温度低，热损失较小。 在加压蒸发中，所得到的二次蒸气温度较高，可作为下一效的加热蒸气 加以利用。因此

10、，单效蒸发多为真空蒸发；多效蒸发的前效为加压或常压操 作，而后效则在真空下操作。 3.蒸发操作的特点 从上述对蒸发过程的简单介绍可知，常见的蒸发时间壁两侧分别为蒸气冷凝 和液体沸腾的传热过程，蒸发器也就是一种换热器。但和一般的传热过程相 比，蒸发操作又有如下特点: （1）沸点升高蒸发的溶液中含有不挥发性的溶质，在港台压力下溶液的蒸 气压较同温度下纯溶剂的蒸气压低，使溶液的沸点高于纯溶液的沸点，这种 现象称为溶液沸点的升高。在加热蒸气温度一定的情况下，蒸发溶液时的传 热温差必定小于加热唇溶剂的纯热温差，而且溶液的浓度越高，这种影响也 越显著。 （2）物料的工艺特性蒸发的溶液本身具有某些特性，例如

11、有些物料在浓缩 时可能析出晶体，或易于结垢；有些则具有较大的黏度或较强的腐蚀性等。 如何根据物料的特性和工艺要求，选择适宜的蒸发流程和设备是蒸发操作彼 此必须要考虑的问题。 （3）节约能源蒸发时汽化的溶剂量较大，需要消耗较大的加热蒸气。如何 充分利用热量，提高加热蒸气的利用率是蒸发操作要考虑的另一个问题。 4.蒸发设备的要求 蒸发设备的种类很多，但无论何种类型的蒸发设备，在构造上必须有利于过 程的进行。因此设计蒸发设备时应考虑以下几个因素： (1)尽可能提高冷凝和沸腾给热系数。减缓加热面上污垢的生成速率，保证 设备具有较大的传热系数； (2)能适应溶液的某些特性，如粘性、起泡性、热敏性、腐蚀性

12、等； (3)能完善汽化、液的分离； (4)能排除溶液在蒸发过程中所析的晶体。 从机械加式工的工艺性、设备的投资、操作费用等角度考虑，蒸发设备 的设计还应满足以下几项要求： a、设备的材料消耗少，制造、安装方便合理； b、设备的检修和清洗方便，使用寿命长； c、有足够的机械强度。 在实际设计过程中，要完全满足以上各点困难的，必须权衡轻重，研 究主次，加以综合考虑。 5.蒸发设备的选型 蒸发设备的作用是使进入蒸发器的原料液被加热，部分气化，得到浓缩的完 成液，同时需要排出二次蒸气，并使之与所夹带的液滴和雾沫相分离。 蒸发的主体设备是蒸发器，它主要由加热室和蒸发室组成。蒸发的辅助设备 包括：使液沫进一步分离的除沫器，和使二次蒸气全部冷凝的冷凝器。减压 操作时还需真空装置。分述如下： 由于生产要求的不同，蒸发设备有多种不同的结构型式。对常用的间壁传热 式蒸发器，按溶液在蒸发器中的运动情况，大致可