《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1V ，2V 及加热蒸汽的消耗量1S .................. 错误!未定义书签。

（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)．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℃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kJ/(kg·K)，忽略浓缩热试设计一套双效升膜蒸发系统，满足上述工艺要求。

(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。

蒸发还能提高番茄汁的糖分浓度，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，设备费用越高，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. 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，2001，7，111-138.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φ38×3mm的无缝不锈钢管作加热管。

三 设计计算总蒸发水量0.10(1)1170(1)845.0/0.36ωω=-=⨯-=F P V F kg h加热面积初算 （1）估算各效浓度:第一效蒸发后：11111700.101170F F F V V ωω⨯==--由经验公式：1V : 2V =1:而 12845.0+==V V V解得: 1402.4/=V kg h2442.6/=V kg h115.24%ω=（暂取15%）（2）沸点的初算查表：T=100℃时，P=；T=25℃时，2P = 设两效蒸汽压强相等2101.33 3.168498.1616P P P kpa ∆=-=-=198.1616101.3352.249222P P P kpa ∆=-=-= 解得1P 时，查表沸点182.19ω=t ℃；225126ω=+=t ℃， 第二效加热蒸汽2T =1ωt —1==℃（3）温度差的计算①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：第一效时：2211316.2(t 273)16.20.2r 2301.710ω⨯+''''∆=∆=⨯⨯a T 20.0162(82.19273)0.22301.7⨯+=⨯ 0.18=℃ 第二效时：2222316.2(t 273)16.20.84r 2432.710ω⨯+''''∆=∆=⨯⨯a T 20.0162(26273)0.842432.7⨯+=⨯ 0.50=℃⇒120.180.500.68''''''∆=∆+∆=+=℃ ②由液柱静压力引起的温度差损失: （取液层高度为2m ）第一效：111 1.06119.8252.249262.6522m ghp p KPa ρ⨯⨯=+=+=此压强下186.94m T =℃，111t 86.9482.19 4.75m T ω'∆=-=-=℃ 第二效：p 3.7622 1.15369.82/215.093m KPa =+⨯⨯=此压强下253.66m T =℃，22253.662627.66m T t ω'∆=-=-=℃⇒124.7527.6632.41'''∆=∆+∆=+=℃ ③取管路引起的损失121''''''∆=∆=℃ ⇒12112'''''''''∆=∆+∆=+=℃ ④各效料液的沸点和有效总温差各效温度差损失：Ⅰ效: 1111''''''∆=∆+∆+∆=++1=℃ Ⅱ效: 2222''''''∆=∆+∆+∆=++1=℃ 各效溶液的沸点：Ⅰ效: 111t t ω=+∆=+=℃ Ⅱ效: 222t t ω=+∆=26+=℃ 各效有效温差为：Ⅰ效: 11100t t ∆=-==℃ Ⅱ效:222t T t ∆=-=最大可能温差：1002575T ∆=-=℃损失温差：99.34231.325.018.0=+++=∆'''+∆''+∆'=∆℃ 有效总温差：1211.88+26.03=37.91t t t ∆=∆+∆=℃（4）计算两效蒸发水量1V ，2V 及加热蒸汽的消耗量1S由题意知料液平均比热为 3.5/K g F C KJ K =⋅， 查表得水的比热为 4.220/K g =⋅W C KJ K 作第一效热量衡算，得111111(S )s F F r T t V FC r r η-=+ 其中10.98η= 所以111111112258.42588.12(S )0.98(1170 3.50)0.962110.052301.72301.7η--=+=⨯+⨯⨯=-s F F r T t V FC S S r r----------------①同理作第二效热量衡算，得2122121222()s F W r t t V V V S FC C V r r η⎡⎤-=-=+-⎢⎥⎣⎦其中20.98η= 所以1112304.088.1255.16845.0(1170 3.50 4.220)0.982432.72432.7V V V ⎡⎤--=+⨯-⨯⨯⎢⎥⎣⎦----------------②整理得 1422.34/=V Kg h 代入①式可得：1553.42/=S Kg h由②式可得：21845.0422.34422.66/=-=-=V V V Kg h（5）总传热系数K 的计算第一效时：2211700.3810/0.7850.0321061.1360036004l l F u m s d πρ===⨯⨯⨯⨯40.0320.38101061.1219275.910l l el l du R ρμ-⨯⨯===⨯ 122553.420.1995/0.7850.032958.4360036004v v S u m s d πρ===⨯⨯⨯⨯40.0320.1995958.4216662.82410v v ev v du R ρμ-⨯⨯===⨯ 45.9103940 4.20.55l P rll C P μλ-⨯⨯===0.230.90.340.25e e r (1.3128)R R P ()()ll vi l v l v ld dλρμαρμ=+ 40.230.340.90.2540.551061.1 2.82410(1.31280.032)2192721666 4.2()()0.032958.4 5.910--⨯=+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯ =491882W/(℃）⋅m饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得：2313231/4v 40-4v 12258.4109.8958.40.68211.13() 1.13（）2.82410211.88rg L t ρλαμ⨯⨯⨯⨯==⨯∆⨯⨯⨯ =26291W /(℃）⋅m传热外表面的总传热系数K 由下公式计算：0010111i b d d K d dαλα=+⨯+⨯ -410.0030.03810.038=3.8810629117.40.032491880.032⨯⨯=++⨯⨯⨯⇒212578.38W /(=⋅K m ℃）同理可得，第二效时：2221170422.340.2230/0.7850.0321158.5360036004l l F u m s d πρ-===⨯⨯⨯⨯20.0320.22301158.53792.1810l l ell du R ρμ-⨯⨯===⨯222422.340.1503/0.7850.032971.0360036004v v S u m s d πρ===⨯⨯⨯⨯e 40.0320.1503971.0R 133363.50210ρμ-⨯⨯===⨯v vv vdu 2r 2.18103353P 1330.55l pl l u C λ-⨯⨯===0.230.90.340.25e e r (1.3128)R R P ()()ll vi l v l v ld dλρμαρμ=+ 40.230.340.90.2520.551158.5 3.50210(1.31280.032)37913336133()()0.032971.0 2.1810--⨯=+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯ 12571= 2W/(℃）⋅m饱和水蒸气的传热系数由下公式可求得：2313231/4v 40-4v 22304109.8971.00.67471.13() 1.13（）3.50210226.03rg L t ρλαμ⨯⨯⨯⨯==⨯∆⨯⨯⨯ 24918/(℃）=⋅W m传热外表面的总传热系数K 由下公式计算：002111i b d d K d dαλα=+⨯+⨯410.0030.03810.038 5.0310491817.40.032125710.032-⨯⨯=++=⨯⨯⨯ ⇒ 221989.89/(=⋅K W m ℃）（6）计算传热面积为与加热蒸汽耗量符号S 区分，故以下面积符号采用S '112111111553.422258.4100011.332578.3811.883600⨯⨯'====∆∆⨯⨯S r Q S m K t K t 222222222422.342304.010005.22t t 1989.8926.033600Q S r S m K K ⨯⨯'====∆∆⨯⨯重算两效传热面积 （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211221211.3311.88 5.2226.037.1411.8826.03S t S t S m t t ''∆+∆⨯+⨯'===∆+∆+0111022211.3311.8818.857.145.2226.0319.037.14'∆⨯'∆===''∆⨯'∆==='S t t CS S t t CS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255.16=t ℃第二效加热蒸汽温度为2255.1619.0374.19'+∆=+=t t ℃ 该温度下对应的汽化热r=Kg第一效二次蒸汽温度122174.19175.19''=+∆+=+=T t t ℃1111700.115.24%1170402.4F F F V ωω⨯===--由1ω和1T '得第一效沸点111=75.190.1875.37T T '''+∆=+=℃ 该温度下对应的汽化热r=Kg ，12==0.98ηη111111()s F F r T T V S Fc r r η-=+12258.42575.37(1170 3.5)0.982331.952331.95S -=+⨯⨯⨯ =1S ----------------①2122121222()s F W r T t V V V S FC C V r r η⎡⎤'-⎢⎥=-=+-⎢⎥⎣⎦1112304.075.3755.16845.0(1170 3.50 4.220)0.982432.72432.7V V V ⎡⎤-⇒-=+⨯-⨯⨯⎢⎥⎣⎦----------------②①②解得：121428.6/845.0428.6416.4/542.9/==-==V kg hV kg h S kg h211111222222542.92258.410007.012578.3818.853600428.62321.4010007.301989.8919.033600⨯⨯'==='∆⨯⨯⨯⨯'===∆⨯⨯S r S m K t S r S m K t两效的传热面积比较接近，故不在重算考虑留适当设计余量，通常加大10~15%,取2128.3S S m ''==计算结果四 蒸发器主要工艺尺寸的计算（1）加热室 传热管数目8.3423.140.0322根π'===⨯⨯S n dL管子采用正三角形排列8根===c n 采用胀管法，取t= t==×38=57mm 取b '=b '==×38=57mm 加热室的直径(1)257(81)257513'=-+=⨯-+⨯=c D t n b mm圆整后，取加热室直径D 为550mm. （2）分离室分离室体积计算式为:UWV ρ3600=()钟产生的二次蒸汽量；即每立方米分离室每秒蒸发体积强度，密度，某效蒸发器的二次蒸汽流量，某效蒸发器的二次蒸汽分离室体积，,/m ;/m k -;/k ;3333s m U g h g W m V ⋅---ρ其中，U 为蒸发体积强度，一般允许值为()s m /m 1.5 1.1～33⋅，在此取()s m /m 1.233⋅。