食品工程原理课程设计说明书任务名称：蒸发器的设计设计人：指导教师：班级组别：设计时间：成绩:目录1、设计说明书 (2)2、设计方案的确定 (3)3、方案说明 (4)4、物料衡算 (5)5、热量衡算 (5)6、工艺尺寸计算 (9)7、附属设备尺寸计算 (15)8、主要技术参数 (17)9、计算结果汇总 (17)10、设备流程及装备图 (18)11、参考文献 (21)设计说明书一、题目: 蒸发器的设计设计蒸发量为4吨/小时的双效真空浓缩装置，用于浓缩番茄酱的生产。
已知进料浓度为%，成品浓度为28%，第一效真空度为600mmHg,第二效真空度为700mmHg。
加热蒸汽的压力为0.15 MPa二、原始数据：1、原料：浓度为%的番茄酱2、产品：浓度为28%的番茄酱3、生产能力：蒸发量四吨每小时，一天工作10个小时4、热源：加热蒸汽为饱和水蒸汽，压力5、压力条件：第一效为600 mmHg的真空度，第二效为700 mmHg的真空度三、设计要求内容：1、浓缩方案的确定：蒸发器的型式、蒸发操作流程、蒸发器的效数等。
2、蒸发工艺的计算：进料量、蒸发水量、蒸发消耗量、温差损失、传热量、传热面积等。
3、蒸发器结构的计算：加热室尺寸、加热管尺寸及排列、蒸发室尺寸、接管尺寸等。
4、附属设备的计算：冷凝器、真空系统的选用5、流程图及装配图绘制四．设计要求1、设计说明书一份；2、设计结果一览表；蒸发器主要结构尺寸和计算结果及设备选型情况等；3、蒸发器流程图和装配图设计方案的确定1.蒸发器的确定：选用外加热式蒸发器，它的特点是加热室与分离室分开，便于清洗和更换。
这种结构有利于降低蒸发器的总高度，所以可以采用较长的加热管。
并且，因循环管不受热而增大了溶液的循环速度，可达1.5m/s。
2.蒸发器的效数：双效真空蒸发。
真空操作的压力小，故在蒸发器内物料的沸点就低，对于番茄这种热敏性较高的物料，采用真空蒸发降低沸点是有必要的。
采用多效蒸发是减少加热蒸汽耗用量，提高热能经济性的有效措施。
然而也不能无限地增加效数。
理由如下：（1）效数越多，节省地加热蒸汽量就越少。
由单效改为双效时，加热蒸汽用量可减少50%，但由四效改为五效只能节省10%，热能经济性提高不大。
（2）效数越多，温度差损失越大，分配到各效的有效温度差就越小。
为了维持料液在溶液沸腾阶段，每效的有效温度差不能小于5--7摄氏度。
这样也限制了效数的增加。
（3）热敏性溶液的蒸发，一般不超过三效。
3.加热方式：直接饱和蒸汽加热，压力。
4.操作压力：Ⅰ效为600 mmHg真空度，Ⅱ效为700 mmHg真空度。
5.加料方式：并流式。
其优点在于：（1）后一效蒸发室的压强比前一效的低，故溶液在效简述送不用泵而利用各效间的压力差;（2）后一效溶液的沸点较前一效的低，溶液进入后效时发生闪蒸现象，产生较多二次蒸汽；（3）高浓度溶液的温度依效序降低对浓缩热敏性食品有利。
6.辅助设备：冷凝器用水喷式冷凝器；惯性捕集器方案说明1.本流程采用直接蒸汽加热，双效外加热式蒸发器，并流法蒸发。
使用25℃水作为冷却剂，冷凝水出口温度为40℃。
2.设备流程：1）物料：预热杀菌后的番茄酱由循环泵由下部进入，流经管内，由上部进入蒸发分离室，先经加热器的管内上升，通过弯头进入另一台加热器，经加热料液由管内下降，以切线方向进入Ⅰ效蒸发分离器进行汽液分离。
然后由物料泵送至Ⅱ效再蒸发。
料液料液聚集到倾斜的底部，由排出口与循环管连接，经液位平衡器至Ⅰ效蒸发室，当Ⅰ效蒸发室达到平衡液位时，料液直接进入Ⅱ效加热器。
蒸发产生的二次蒸汽与物料一起进入分离器。
由二效分离器出来的物料浓度达到所要求28％。
2）加热蒸汽：Ⅰ效蒸发与其预热管内物料的热能由蒸汽供给，Ⅱ效蒸发和预热管内物料的热能全部为一效二次蒸汽供给。
Ⅱ效二次蒸汽全部进入水喷式冷凝器冷却。
3）本流程采用直接蒸汽加热，双效外加热式蒸发器，顺流法蒸发。
优点是料液沸点依效序递降，因而当前效料液进入后效时，便在降温的同时放出其显热，供一小部分水分汽化，增加蒸发器的蒸发量。
使用25℃水作为冷却剂，冷凝水出口温度为40℃。
真空蒸发的条件：不断供给热量；要维持番茄酱的沸腾，需要不断供给热量。
必须顺速排除二次蒸汽；如不及时排除二次蒸汽，又会凝结成水回到番茄酱中去。
本操作中将二次蒸汽引入另一效蒸发器作为热源使用，热能利用率高。
（一）物料衡算1、原料处理量:每小时处理量：∵⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=n x x F W 01 （常用化工单元设备设计153页）h Kg x x x W F /471625.4282840000220=-⨯=-⋅= 式中0F —原料处理量，kg/h ；x 0——进Ⅰ效蒸发器料液的浓度，质量百分比；x 2——出Ⅱ效蒸发器料夜的浓度，质量百分比；W ——水分蒸发量kg/h ；日处理量：每天10小时：4715×10= 吨/日2、初步估算一、二效的蒸发水量由《常用化工单元设备设计》 P 153取W1:W2=1:故 W 1=1.114000+=(kg/h) W 2==(kg/h)其中，W 1——第Ⅰ效的蒸发量，kg/hW 2——第Ⅱ效的蒸发量，kg/hⅠ效二次蒸汽浓度1000W F x F x -=I =8.19044716%25.44716-⨯=% 3、成品产量：F 2=0F -W=4716-4000=716 kg/h（二）热量衡算1. 有关参数（1） 总蒸发量：4000 kg/h（2） 进料： 1x =% 1T =61.1℃ (查《食品工程原理》843页此温度下水的比热Cw w =4179J/出料： 2x =28% 2T =41.4℃料液比热: k Kg J x C C O W ⋅=-=-=/4001)10025.41(4179)1001(0 （3） 真空度分配：第Ⅰ效：600mmHg 1P =×105 P a （查得此压力下饱和蒸汽温度 1T =61.1℃）第Ⅱ效：700mmHg 2P =×105P a （查得此压力下饱和蒸汽温度 2T =41.4℃） 来自《食品工程原理》741页饱和水蒸汽表二次蒸汽的热参数值如下表2、温差损失 、温度损失的计算t t f m a +=∆'''∆=∆'∆'''+∆''+∆'=∆式中：∆——温度差损失，℃∆'——操作压强下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高，℃ ∆''——液层静压引起的温度差损失，℃∆'''——管路流动阻力引起的温度差，℃'∆a ——常压下由于溶液蒸汽压下降而引起的沸点升高，℃ f ——校正系数，无因次，其经验计算式为：'2')273(0162.0rT f += 式中：T '——操作压强下二次蒸汽的温度，℃γ'——操作压强下二次蒸汽的汽化潜热，kJ/kg20ghp p m ρ+=式中：m p ——溶液内部平均压强，Pa 0p ——液面上方的压强，Pa h ——溶液液层高度，m （该题设其液层高度为6m ）ρ——溶液密度，kg/ m 3该题密度为33/10028.1m kg ⨯常温下番茄酱沸点升高C a ︒='∆15.01()115.015.05.23522731.610162.02=⨯+=∆' (℃) a mkP p 223.51210028.1681.9210003+⨯⨯⨯+= 由压强 kPa 查表得：82=m T ℃ 3..217.60820=-=-=∆''T T m ℃ 取1=∆'''℃4.2213.21115.0=++=∆'''+∆''+∆'=∆3、W 1,W 2,D 1物料衡算公式：()1120011ηβ⋅-⋅+=W C F D W ① 20022η⋅⋅+=C F D W ② 式中1W 2W ⅠⅡ效蒸发水量 [kg/h]D D ⅠⅡ效蒸汽量 [kg/h] ββⅠⅡ效自蒸发系数0F 原料处理量 [kg/h] C 原料比热 [kj/kgk] 1η2η——热利用系数（来自《食品工厂机械与设备》192页）根据逆流时的自然蒸发系数，按下式计算: n n n T c i T --+1n n T=β ∴00838.0186.41.616.26061.614.41β1-=⨯--= 00822.0186.44.412.25704.411.61β2=⨯--=将①式代入②式中∵D =W∴()[]12111w ββo o o o C F W C F D ⋅+-⋅+= ()[]()00838.000822.0001.441760186.4471611-⨯⨯+-⨯+=W D 1100838.078.141W D +-=∴98.1420085.1w 11-=D ③ 将③式代入②式中00822.00186.4471698.1420085.1w 12⨯⨯+-=D 8.120085.11-=D∴A=+=18.1308.1298.142=--=B()h Kg A BW D /68.2047017.218.13040001=--=-= ∴第Ⅰ效蒸发量h kg D /11.192298.14268.20470085.198.1420085.1w 11=-⨯=-=第Ⅱ效蒸发量h kg D /29.20528.1268.20470085.18.120085.1w 12=-⨯=-= 与初估各效蒸发水量比较误差≤3﹪，可不必对各效蒸发水量及浓度加以修正。
3．第Ⅱ效放出浆量∏F 及浓度∏x%52.771.266343.20029.20524716%25.44716/71.266329.20524716F 22==-⨯=-⨯==-=-=∏∏W F x F x h kg W F o o o o 4.、Ⅰ、 Ⅱ效加热面积的确定Ⅰ效传热量：h kJ D /46003176.224668.2047Q 011=⨯=⨯=γ Ⅱ效传热量：h kJ D /44815916.233111.1922Q 122=⨯=⨯=γ 各效有效温度差：2.501.613..111T 101=-=-=∆T T ℃7.184.4111.61T 21212=--=-∆-=∆-T T ℃其中12-∆——两效间温度损失12-∆=1℃各类蒸发器传热系数（食品工程原理P 722）通过上表按经验数据取：强制循环 K m h kJ K ⋅⋅=21/6698 自然循环 K m h kJ K ⋅⋅=22/3349 ∴第Ⅰ效加热面积：2111168.132.5066984600317S m T K Q =⨯=∆⋅=第Ⅱ效加热面积：2222256.707.1833494481591S m T K Q =⨯=∆⋅=（三）工艺尺寸计算1、Ⅰ效加热器的尺寸根据《常用化工单元设备设计》162页，采用φ32×1.5mm 不锈钢管，管长L=3 m ∴503029.014.368.13n 011=⨯⨯==L d S π（根） 式中 S ——传热面积，2m ； 0d ——加热管直径，m ； L ——管子长度，m 。