食品工程原理课程设计说明书中央循环蒸发器的设计姓名：学号：班级：X年X月X日一 《食品工程原理》课程设计任务书一 《食品工程原理》课程设计任务书 ..............................................................................2 (1)．设计课题 .......................................................................................................................3 (2)．设计条件 .......................................................................................................................3 (3).设计要求 ..........................................................................................................................3 (4).设计意义 ......................................................................................................................3 (5).主要参考资料...............................................................................................................3 二 设计方案的确定 ..............................................................................................................4 三 设计计算 ........................................................................................................................4 3.1.总蒸发水量 ..................................................................................................................4 3.2.加热面积初算 ..............................................................................................................4 （1）估算各效浓度 ..............................................................................................................4 （2）沸点的初算 ..................................................................................................................5 （3）温度差的计算 ..............................................................................................................5 （4）计算两效蒸发水量1W ，2W 及加热蒸汽的消耗量 1D ..........................................6 （5）总传热系数K 的计算 ..................................................................................................7 （6）分配有效温度差，计算传热面积 ..............................................................................9 3.3.重算两效传热面积 ....................................................................................................... 10 （1）.第一次重算 .............................................................................................................. 10 3.4 计算结果 ...................................................................................................................... 11 四.简图 .. (15)(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：3110 kg/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℃原料最高许可温度：58℃浓缩液经冷凝后出口温度：25℃加热介质：100℃的饱和蒸汽。

物料平均比热为3.50 kJ/(kg·K)，忽略浓缩热试设计一套双效中央循环蒸发系统，满足上述工艺要求。

(3).设计要求：1.设计一套双效中央循环蒸发系统（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。

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：2013年12月27日。

(4).设计意义中央循环蒸发器属于自然循环型的蒸发器。

它是工业生产中广泛使用且历史悠久的大型蒸发器，至今在化工、轻工、环保等行业中仍被广泛采用。

(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. 19976.张桂昭，三效逆流加料蒸发器的设计，化工设计. 1996（6）：6-107. 蒋迪清等，食品通用机械与设备，华南理工大学出版社，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，选用双效中央循环蒸发系统，根据设计要求，采用并流双效中央循环式蒸发器蒸发。

选用2m 长φ38×3mm 的无缝不锈钢管作加热管。

三 设计计算3.1.总蒸发水量020.10(1)3110(1)2246.1/0.36X W F kg h X =-=-=3.2.加热面积初算 （1）估算各效浓度:第一效蒸发后101W F FX X -=由经验公式：1W ：2W =1:1.1而122246.1/W W W kg h +==解得 11069.57/W k g h =21176.53/W kg h =1X =15.24%（暂取15%）（2）沸点的初算查表：T=100℃时，P=101.33kpa ；T=25℃时，2P =3.1684kpa 设两效蒸汽压强相等2101.33 3.168498.1616P P P kpa ∆=-=-=198.1616101.3352.249222P P P kpa ∆=-=-= 查的1P 时，沸点182.19w t =℃；2126w t T =+=℃，第二效加热蒸汽2T =1w t —1=81.19℃（3）温度差的计算①沸点升高引起：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：1f a ''∆=⨯∆20.0162(82.19273)0.22301.7⨯+=⨯0.18=℃ 第二效时：2f a ''∆=⨯∆=20.0162(26273)0.842432.7⨯+=⨯0.50=℃ =0.18+0.50=0.68'∆∑℃②对中央循环蒸发器，静压效应引起的温度差损失''∆：第一效时：P m1=11 1.02929.81252.249255.6147223ghp kPa ρ⨯⨯+=+=⨯第二效时：P m2=22 1.15369.8123.1684 6.9407223gh p ρ⨯⨯+=+=⨯KPa查表：1m p 时沸点 1m T =83.67℃ 2m p 时沸点 2m T =38.61℃''111 1.48m w T T ∴∆=-=℃''22212.61m w T T ∆=-=℃''1.4812.6114.09∴∆=+=∑℃③由于流体阻力产生压强降所引起的温度差根据经验取'''''''''121=2∆=∆=∆∑℃ 即℃ ④有效温度差：第一效沸点 ''''1111t T =+∆+∆=82.19+0.18+1.48=83.85℃有效温差 111-t T t ∆==100—83.85=16.15℃ 第二效沸点 ''''2222t T =+∆+∆=26+0.50+12.61=39.11℃ 有效温差 222-t T t ∆==81.19—39.11=42.08℃ 有效总温差 1216.15+42.08=58.23t t t ∆=∆+∆=∑℃（4）计算两效蒸发水量1W ，2W 及加热蒸汽的消耗量1D由题意知溶液比热为k kg kj C ⋅=/5.30，查表得水的比热为 4.220/w C kj kg k =⋅ 作第一效热量衡算，得11101111)(η''-+=r t t FC r r D W 其中10.98η=所以10111111112258.42582.19()0.98(3110 3.50)0.9622652301.72301.7r t t W D FC D D r r η''--=+=+⨯⨯=-----① 同理作第二效热量衡算，得21221101222[()]w r t t W W W W C F C W r r η''-=-=+-----------------② 其中20.98η=所以1112304.083.8539.112246.1[(3.503110 4.220)]0.982432.72432.7W W W --=+⨯-⨯ 整理得11106.97/W kg h =代入①式可得：11426.2/D kg h =由②式可得：212246.11106.971139.13/W W W kg h =-=-=（5）总传热系数K 的计算第一效时：定性温度41.52f T ==℃3.5/()p k J k g k = C 0.1480.4930.1480.4930.850.5671/()w w m k λω=+=+⨯=2231101.0442/0.7850.0321029.2360036004Fu m s d πρ===⨯⨯⨯⨯ 4e 40.032 1.04421029.2R 5.831040005.910du ρμ-⨯⨯===⨯>⨯在湍流层流动113.641p r C P μλ==0.140.1440.80.330.80.3345.9100.023Re Pr 0.02358300 3.641253.672.82410b w Nu μμ--⎛⎫⎛⎫⨯==⨯⨯⨯= ⎪⎪⨯⎝⎭⎝⎭由中央循环蒸发器的管内沸腾传热系数i α的关联式有：2253.670.56714496/()0.032i Nu w m k L λα⨯=== 饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得：12323341/411104112258.49.81958.40.6821100.943()0.9432 2.8241016.15w r g L t ρλαμ-⎛⎫⨯⨯⨯⨯==⨯ ⎪∆⨯⨯⨯⎝⎭=48642/(w m⋅℃）传热外表面的总传热系数K 由下公式计算：11i 011()K δααλ-=++1110.003()4496486417.4-=++ 211665.5/(K w m =⋅℃）第二效时：定性温度2658422f T +==℃3.5/()p k J k g k = C 0.1480.4930.1480.4930.640.4635/()w w m k λω=+=+⨯=同理可得：e 23110R 1577.520002.18100.0320.785360036004du Fd ρμμ-====<⨯⨯⨯⨯⨯ 在层流层流动2222.181********.620.4635p r C P μλ-⨯⨯===0.032Pr Re 164.621577.541551002d l =⨯⨯=>0.140.14-20.330.33-42.18101.86Pr Re 1.864155=53.442.82410b w d Nu l μμ⎛⎫⎛⎫⨯==⨯⨯ ⎪⎪⨯⎝⎭⎝⎭（）由中央循环蒸发器的管内沸腾传热系数i α的关联式有：253.440.4635774.05/()0.032i Nu w m k L λα⨯=== 饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得：12323341/4222042223049.819710.6747100.943()0.9432 3.4621042.08w r g L t ρλαμ-⎛⎫⨯⨯⨯⨯==⨯ ⎪∆⨯⨯⨯⎝⎭=3650.82/(w m⋅℃）传热外表面的总传热系数K 由下公式计算：12i 011()K δααλ-=++1110.003()774.053650.817.4-=++ 22575.3/(K w m =⋅℃）（6）分配有效温度差，计算传热面积111-100-83.85=16.15t T t ∆==℃222-81.19-39.11=42.08t T t ∆==℃1112111111426.22258.4100033.261665.516.153600Q D r S m K t K t ⨯⨯====∆∆⨯⨯2112222221106.972304100029.263600575.342.08Q W r S m K t K t '⨯⨯====∆∆⨯⨯3.3.重算两效传热面积 （1）.第一次重算① 各效完成液浓度 根据前面算出的蒸发量重算各效完成液浓度，即：01131100.10=0.155331101106.97FX X F W ⨯==--021231100.10=0.3631101106.971139.13FX X F W W ⨯==----②由第2效溶液沸点及温度差损失 因冷凝液压强和完成液浓度没有变化，故第2效中各种温度差损失及溶液沸点与前次计算结果相同，即: t 2=39.11℃Δ2’=0.50℃、Δ2” =12.61℃、及Δ2”’=1℃已算出重新分配后的第2效有效温度差Δt 2’为40.5℃，故第2效加热蒸汽温度为： T 2 = t 2 + Δt 2’=39.11+40.5= 79.61℃③第1效溶液沸点及温度差损失 由于静压强及流体阻力损失引起的温度差损失可视为与第一次计算的相同，即:Δ1”= 1.48 ℃ 及 Δ1”’= 1℃ 第1效二次蒸汽温度为:T 1’=T 2 + Δ1”’=79.61 + 1 = 80.61℃根据x 1=0.1553及T 1’=80.61℃，r 1’=2301 kJ/kg()()22'1'''111'27380.612730.01620.01620.20.1762301a a T f r++∆=∆=⨯∆=⨯⨯=℃则()()22'2'''222'273262730.01620.01620.840.502432.7a a T f r++∆=∆=⨯∆=⨯⨯=℃（不变）第1效溶液沸点为:t 1 = T 1’+Δ1’+Δ1’’= 80.61 + 0.176 + 1.48 = 82.27℃④总有效温度差 因各种温度差损失没有变化，故总有效温度差仍为58.23℃。