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1、目录一食品工程原理课程设计任务书1(1) .设计课题1(2) .设计条件1(3) .设计要求1(4)、主要参考资料2二设计方案的确定2三设计计算23.1. 总蒸发水量23.2. 加热面积初算2(1)估算各效浓度2(2)沸点的初算 3(3)温度差的计算3(4)计算两效蒸发水量 W1，W1及加热蒸汽消耗量 214(5)总传热系数K的计算4(6)分配有效温度差，计算两效传热面积63.3. 重算两效传热面积6(1) .第一次重算63.4. 算结果73.5. 热室 83.6. 分离室8四.简图92008级食品科学与工程专业一食品工程原理课程设计任务书(1) .设计课题：番茄汁浓缩工艺装置的设计计算(2)
2、 .设计条件：1 .处理物料(原料)量：1.4万吨/年(约2243kg/h)2 .物料温度：25 C3 .原料固形物含量：9% (约为9.0(Brix)4 .浓缩液固形物含量：36%5 .原料最高许可温度：60 C6 .物料平均比热为3.50 kj / kg K ,忽略浓缩热7 .车间底层海拔高程为 20 m 冷凝水排除地沟水封?面海拔高程为 19.5 m 。.设计要求：1 .设计一套(单效或双效)蒸发系统(满足上述工艺要求并包括料液输送系统，蒸发系统， 冷凝水分离排除系统及真空系统)；2 .提交设计计算说明书一份，(应包括目录、设计计算任务书、设计方案的确定、各系统的设计计算及设备选型、简略
3、的技术经济分析、参考文献资料等。须打印） ；3 .工艺布置简图一幅（可附在设计计算书上）；4 .注意收集、阅读参考资料，形成设计方案；5 .提交日期：2011年6月17日。（4）、主要参考资料夏清、陈常贵主编，姚玉英主审，化工原理，天津大学出版社，2005, 1华南理工大学化工原理教研组，化工过程及设备设计，华南理工大学出版社.1995化工设备的选择与工艺设计，中南工业大学出版社.1992丛德滋等，化工原理详解与应用，化学工业出版社.2002, 7,151-158张承翼 李春英，化工工程制图，化学工业出版社.1997张桂昭，三效逆流加料蒸发器的设计，化工设计 .1996 （6）: 6-10蒋迪
4、清等，食品通用机械与设备，华南理工大学出版社，2001, 7, 111-13各类化学工程学报、期刊、化工设备手册及其化工机械设备产品广告 二设计方案的确定一.对果汁进行浓缩的好处：1 .减少包装、运输和贮藏的费用；2 .防止腐败；3 .改善口感。二.确定设计方案：考虑到高温会破坏果汁的品质，故采用真空低温蒸发来对番茄汁进行浓缩操作；由处理物料（原料）的性质及设计要求知，番茄汁黏度大、不易生泡沫，考虑到经济和效率问题，选用双效蒸发系统，根据设计要求，采用并流双效降膜式蒸发器蒸发。选用 5m长（P2X1mm的 无缝不锈钢管作加热管。三设计计算3.1. 总蒸发水量X。0.09W =F(1 -) =2
5、243(1 -) -1687.25kg/hX20.363.2. 加热面积初算(1)估算各效浓度：第一效蒸发后X1FX0F -W1由经验公式：W1 ： W2 =1:1.1而 W1 W2 =W =1682kg/h解得W1 =801kg /hW2 = 881kg/hXi =14.8%(2)沸点的初算查表：T=60C时，P=19.923kpa； T=25C时，P2 =3.1684kpa设两效蒸汽压强相等,P = P - P2 =19.923 -3.1684 =16.755kpa P16.755P1 = P - - =19.923=11.546kpa22查的 P1 时，沸点 tw1=52.3c； P2
6、时，沸点 tw2 = 24.8 c(3)温度差的计算将该溶液当作蔗糖溶液处理，有沸点的温度损失差为： 第一效时：_ _ 20.300162 (273)205200162 (52.3 273)220520.3=0.25 c第二效时:2.r . . 0.0162 (T2 273)/ o24152/=f，：=a =- 1.3 _20.0162 M (24.8 +273)2 32415=0.77 c对于降膜式蒸发器，不存在由液柱静压力引起的温度差损失，即 取管路引起的损失 ，1,=：2= 1C,则总的温度差损失为 .一二八.-二二 1一2-0.77 0.25 1 -2.02C有效总温差： %m =T1
7、 -tw2 - 、： - 60 - 2.02 - 24.8 = 33.18 r效数二次蒸汽压强(kpa)二次蒸汽温度(C)二次蒸汽汽化热(kj/kg )iii.54652.3205223.i68424.824i5(4)计算两效蒸发水量 W1, W 2及加热蒸汽消耗量 D1由题意知溶液比热为C0 = 3.5kj/kg k,查表得水的比热为Cw=4.187kj/kg k作第一效热量衡算，得ri_ to -tiWi =(Di FC) iriri因系沸点进料，故b=七，又因为热利用系数=0.98-0.007AX其中i =0.98 -0.007 (I4.8 -9) =0.9394所以ri2052WiiD
8、i = 0.9394 Di =0.792Diri2434同理作第二效热量衡算，得r 2ti T2W2 =w -Wi =Wi (C0F -CwWi) 2r2r2其中2 =0.98 -0.007 (36 -i4.8) =0.83i6所以i682 -Wi =355Wi (3.50 2243 -4.i78Wi) (52.3 0.25) 一(24.8 0.77) 0.83i624i524i5整理得Wi = 908kg/h代入i式可得：Di =ii46kg/h由2式可得：W2 =W -Wi = 774kg/h(5)总传热系数K的计算查表得不锈钢管的导热率为=i7w/m k浓度P(kg/m3)2( pa s
9、)14%10607父1036%11302父10”第一效时:F2243T二 _ 2 ,20.785 0.031060 3600= 0.832m/sd 卜 36004Reldu Pii0.03 0.832 1060 3 = 37707 10div0.03 908 0.1301Re v = = 25 = 69684L 3600 0.032 0.785 2 10,_3cCp 7 103500Pr i = = =44.5i0.55由升膜蒸发器的管内沸腾传热系数”的关联式有:_ 1 _0 23 _0 34 _09 10 25 v= (1.3 128di)-ReiRev . Pri . (一).()50.5
10、50.230.340.91060 0.252 10二 (1.3 128 0.03)37706968444.5()(3)0.030.13017 10=22913饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得： 0 二1.13(rg ：23)1/4_ _ 2 _3 _一 c 9.8 9832 0.65943 2355 1000./4= 1.13 (25)5 9.72 2 10101771K11一：0传热外表面的总传热系数 K由下公式计算:b d0 1d0 + M + Xdm 、白di1320.001 32ix .2 a . /21017722915 M3030 M17K14818w/(m。第二效时: 同理可得
11、:Reldi Ui PlJl(2243-908)x 0.03x11300.785 0.032 3600 1130 1.5 10 立二1049diuv :：vRe v =0.03 774 0.13010.785 0.032 2 10-5 3600=593912cuiCp1.5 103500Pr l =i0.55= 95.45_ l _023 _0 34 _ 09 i l 0 25 v二 i 二(1.3 128di)RelRev0.34 Prl - ()0.25()di久 l_ _ 0.55_ 023 0 34_0 9= (1.3 128 0.03) 1049 .59391.95.45.0.03,
12、1130 n.252 1010.13017 10，= 32642饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得:：0 -1.13(rg P2 九3L、t)1/4一_ _23= 7896一c/2415 1000 9.8 9830.6594、1/4-1.13(父)2 105 27.5传热外表面的总传热系数 K由下公式计算:b d0 1d0K2十一x十 xdm、工idi10.001 3232+，/，2789630 M1732642 M 30 K2 =4490w/(m - c)(6)分配有效温度差，计算两效传热面积Atm1 =62.02 (52.3 + 0.25) =9.47,tm2 =52.3 (24.8 +
13、0.77) =26.73 c。Q1S1 二Dr1K1.：t1K1.，1c Q2 W1门S2 =K2 t2K2 t23.3.重算两效传热面积1146 2355 1000216.4m24818 9.47 3600801 2052 1000 cc 2=3.8 m3600 4490 26.73（1）.第一次重算由于两效传热面积相差太大，故应调整各效的有效温度差，并重复上述计算步骤再算重新分配有效温度差Si ti S2.：t2 16.4 9.47 3.8 26.73V ；：t9.47 26.73=7.1m2.9.47 16.4 l 11 = =12.712.2c一 .3.8 26.73 .Lt 2 =
14、=8.312.2c校正各效沸点、蒸发水量和传热量因第二效完成液沸点不变，所以t2 = 24.8 C第二效加热蒸汽温度为t2 + At2=12.7 +8.3 = 21 c第一效加热蒸汽温度 =40.1 +&_2“=21 +1 =22 CX1 =上二2243。.09=14F -W12243 -801%由X1和T1得第一效沸点T1 =41.34 C1 = 0.98 - 0.007(14 - 9)= 0.945W1=D1U 1=52 0.945D1 =0.803D1 r224152 =0.98 -0.007(36 -14) = 0.826235541.34 -24.8W2 =1682 -W1 =0.826W (3.5 2243 -4.187W1)24152415W1=915kg/h
