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1、食品工程原理课程设计目录一 食品工程原理课程设计任务书 错误!未定义书签。(1)设计课题 2(2)设计条件 2(3).设计要求 2(4).设计意义错误!未定义书签。(5).主要参考资料错误!未定义书签。二 设计方案的确定 3三 设计计算 4.总蒸发水量 错误!未定义书签。.加热面积初算 错误!未定义书签。(1)估算各效浓度 错误!未定义书签。(2)沸点的初算 4(3)温度差的计算 错误!未定义书签。(4) 计算两效蒸发水量V , V及加热蒸汽的消耗量S 错误!未定义书签。1 2 1(5) 总传热系数K的计算错误!未定义书签。(6) 分配有效温度差，计算传热面积 错误!未定义书签。.重算两效传热
2、面积 错误!未定义书签。(1)第一次重算 错误!未定义书签。计算结果错误!未定义书签。四 蒸发器主要工艺尺寸的计算 错误!未定义书签。五 简图13(1)工艺流程图13(2)细节图14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)设计条件：题目 1：番茄汁低温浓缩工艺装置的设计设计任务及操作条件：生产能力：1170kg/h原料固形物含量： 10%浓缩要求：使固形物质量分数浓缩至 36%液加入温度料：25 C原料最咼许可温度：58C浓缩液经冷凝后出口温度： 25C加热介质：100 C的饱和蒸汽。物料平均比热为kJ/(kgK)，忽略浓缩热 试设计一套双效升膜蒸发系统，满
3、足上述工艺要求。(3). 设计要求：1. 设计一套双效升膜蒸发系统(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、简略的技术经济分析、参考文献资料等)；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：2014 年12 月30 日。(4). 设计意义：1. 蒸发可以除去番茄汁中的大量水分，减少包装、贮藏和运输费用。蒸发还能 提咼番茄汁的糖分浓度，增加番茄汁的耐贮藏性。选用升膜蒸发，果汁在蒸 发器内经过一
4、次加热、汽化、分离过程，不进行循环，在蒸发器内停留时间 短，这对热敏性的番茄汁是有利的。蒸发操作是一个能耗大的过程。采用多 效蒸发是降低能耗的最有效方法。随着效数的增加，总蒸发量相同时所需新 鲜蒸汽量减少，操作费用降低；但效数越多，设备费用越咼，而且随着效数 的增加，所节约的新鲜蒸汽量越来越少。因此本次设计效数选为II效。2. 当料液进入后效时会产生自蒸发，且番茄汁浓度依效序增加，高浓度番茄汁 处于较低温度时对热敏性的番茄汁是有利的。3. 通过课程设计，要求学生综合运用本课程和前修课程基本知识，进行融会贯 通，独立思考，在规定的时间内完成指定的化工单元操作的设计任务，培养 学生运用课本知识解决
5、实际问题的能力，从而得到化工工程设计的初步训 练，为以后更为复杂的设计打下良好的基础。（5）. 主要参考资料：1. 夏清、陈常贵主编，姚玉英主审，化工原理,天津大学出版社，2005，12. 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.19953. 化工设备的选择与工艺设计，中南工业大学出版社. 19924.丛德滋等, 化工原理详解与应用, 化学工业出版社. 2002，7, 151-1585. 张承翼 李春英，化工工程制图，化学工业出版社. 1997 6.张桂昭，三效逆流加料蒸发器的设计，化工设计. 1996（6）：6-10 7.蒋迪清等，食品通用机械与设备，华南理工
6、大学出版社，2001，7，111-13 8.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，选用双效升膜蒸发系统，根据设计要求，采用并流双效升 膜式蒸发器蒸发。选用2m长椀8X3mm的无缝不锈钢管作加热管。总蒸发水量三 设计计算V 二 F(L)二 1170x (1-空)二 845.0kg / h0.
7、36P加热面积初算1）估算各效浓度:第一效蒸发后：g = F GFi F - V1_ 1170 x 0.10_1170 - V1由经验公式：Vi： V2 = 1:而 V + V 二 V 二 845.012解得:V = 402.4kg / h1V = 442.6kg / h2广点24% （暂取15%）2）沸点的初算查表：T=100C时，P=； T=25C时，P 2设两效蒸汽压强相等AP 二 P - P2二 101.33 - 3.1684 二 98.1616kpaP1 二 P-AP 二 101.33 - 98.1616 二 52.2492kpa22解得P1 时，查表沸点t = 82.19C； t
8、= 25 +1 = 26C,1GJ&2第二效加热蒸汽T = t 1=C2 G）1蒸汽压力/KPa温度/c汽化热/ （ KJ Kg-1）I效加热蒸汽100I效二次蒸汽II效加热蒸汽II效二次蒸汽26进冷凝器蒸汽253）温度差的计算将该溶液当作蔗糖溶液处理，各效由于溶液的沸点升高引起的温度损失差为:o /%1536A 7KaP g/ m 31. 0611第一效时：“ 16.2仝吐（V273）2 x0.2 = O0】62x（829 + 273）2 x。三2301.71r a2301.7 x103=0.18 C第二效时：2432.716.2 上162 x （t血 + 273）2 x 0.84 = 0.
9、0162 x （26 + 273）2 x 0.842r a2432.7 x 103=0.50 Cn A = A ” + A = 0.18 + 0.50 二 0.68 C12 由液柱静压力引起的温度差损失：（取液层高度为2m）第一效：P = p + 匕空=52.2492 + 1.0611 x 9.8 x 2 = 62.65KPaml122此压强下T= 86.94 C，A = T - t = 86.94 - 82.19 = 4.75 Cm11m11第二效：p = 3.7622 + 1.1536 x 9.8 x 2 / 2 = 15.093KPam此压强下T= 53.66 C，A = T -1= 5
10、3.66 - 26 = 27.66 Cm22m2 2n 二 A + 二 4.75 + 27.66 二 32.41 C12 取管路引起的损失A二A二1 C12n A二 A + A = 1 + 1 二 2 C12 各效料液的沸点和有效总温差 各效温度差损失：1效：A二A + A + A二+1=C1 1 1 1II 效：A 二 A + A + A二 +1=C2 2 2 2各效溶液的沸点：I效：t = t + A = +=C1G!1II 效：t = t + A = 26+= C2 G22各效有效温差为：I效：At = 100 -t = =C11II效：At = T 一 t =最大可能温差： 2 2 2
11、AT = 100 25 = 75 C损失温差：A = A + A + A二 0.18 + 0.5 + 32.31 + 2 二 34.99 C有效总温差：At 二 At + At 二 11.88+26.03=37.91 C 12(4)计算两效蒸发水量v , v及加热蒸汽的消耗量s1 2 1由题意知料液平均比热为C二3.5KJ / K g K ,F查表得水的比热为C二4.220KJ/Kg-KW作第一效热量衡算，得rT 一 tV - (S+ FC 一丄九11 rFr111其中耳1 - 0.98所以rri ,CCVQ AC V QQ 1 OV = (S 2 + FC)n = 0.98 X ( S +1
12、170x 3.50x 一_ ) = 0.962S 110.05i i r f r 12301.7 12301.7111同理作第二效热量衡算，得212 r2FW1r22所以rt tV = V V = S 2 + (FC CV) 一2 耳其中耳2二0.98845.0 V12304.0V + (1170 x 3.50 4.2200 x 88.12 二 55.16 x 0.982432.7 i12432.7整理得 V 二 422.34Kg / h 1代入式可得：S二553.42Kg / h1由式可得：V 二 V V 二 845.0 422.34 二 422.66Kg / h21（5）总传热系数 K 的
13、计算查表得不锈钢管的导热率为九二17.4W/m-K浓度p (kg / m3)y(pa-s)15%5.9 x 10 -436%2.18 x 10 -21170第一效时：=0.3810m / s兀0 . 785 x 0. 03 22 x 1061.1 x 3 6 00d2p x 36004匕Reldu pl l卩l0.032 x 0.3810 x 1061.15.9 x 10 421927553.423600=0.1995m / s0.785 x 0.0322 x 958.4 x 3600Revdu pv vyv0.032 x 0.1995 x 958.4=216662.824 x 104Prl卩
14、C-p九l=59 X 104 X 3940 = 4.20.55由管内沸腾传热系数ai的关联式有：a.二(1.3 + 128d)二 R lo.23 R 0.34 P巴)1d e 1 ev r 1 pv 卩(1.3+128 x 0.032) x0.550.032x 219270.23 x 2I6660.34 x 4.20.9 x(1061.1(958.4)0.25 x (2.824 x 10-45.9 x10-4=49188 W/ (m2 - C)饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得zrg p 2九3、 a 0 = 1.13(v )1/40p LAtv12258.4 x 103 x 9.8 x 958.42 x 0.
