食品工程原理课程设计.doc

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食品工程原理

课程设计

设计题目：奶粉生产牛奶真空蒸发器设计

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班级：

指导教师：

学号：

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第一章设计任务书及设计方案

概述

任务目的及数据

第二章真空蒸发系统的选择

系统的选择

系统的结构

第三章物料蒸发数据计算

1.总蒸发量的计算

2.传热面积的计算

2.1加热面积初算

2.2重算两效传热面积

3.流程图及参数

第四章设备的选择

4.1加热管的选择和管数的初步估计

4.2循环管的选择

4.3加热室直径及加热管数目的确定

4.4分离室直径与高度的确定

4.5蒸汽冷凝器直径的确定

4.6接管尺寸的确定

4.6.1溶液进出口

4.6.2加热蒸气进口与二次蒸汽出口

4.6.2冷凝水出口

附参考文献

第一章设计任务书及设计方案

概述

蒸发是将含有不挥发性溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作，蒸发所采用的设备称为蒸发器。

蒸发浓缩除去了食品中大量的水分，减少质量和体积，从而减少食品包装、储藏和运输费用。并且政法操作可使溶液中可溶性物质浓度增大，从而增加了渗透压，降低了水分活度，能有效地抑制微生物生长，达到延长保质期的目的。

蒸发尤其是真空蒸发可以降低食品脱水过程的能耗，常作为干燥、结晶等单元操作的预处理过程。

真空蒸发是利用在负压下，原料的沸点降低，以较低温度使溶液沸腾而达到蒸发目的。其特点为料液沸点低，浓缩速度快、能用低压蒸汽作热源、利于保持食品营养成分、能耗小。

任务目的及数据：

原料液处理量：F=2400Kg/h

原料液浓度：X0=10%

完成液浓度：X2=50%

进料温度t0：预热至第一效沸点

加热蒸汽压力：P=490kPa（绝压）

第二效分离室压力：P′2=20×103Pa（绝压）

第一效传热系数：K1=1200W/（m2﹒℃）

第二效传热系数：K2=750W/（m2﹒℃）

无额外蒸汽引出，忽略热损失。

第二章真空蒸发系统的选择

系统的选择

根据牛奶浓度低、对热敏感、易起泡的特点，选择双效升膜式真空蒸发器。

系统的结构

第三章物料蒸发数据计算

1.总蒸发量的计算

对溶质进行物料衡算：Fx0=(F-W)x1

W=F(1-X0/X1)=3600×(1-0.1÷0.5)=2880kg/h

2.传热面积的计算

2.1加热面积初算：

（1）设双效蒸发水量相等，估计第一效中溶液浓度x1

W1=W2=W/2=2880÷2=1440kg/h

X1=Fx0/(F-W1)=3600×0.1/(3600-1440)=0.17

(2)设双效蒸汽压相等，估计第一效溶液沸点t1和有效总温度差∑△tm。

△P=P-P2′=490×103-20×103=470×10Pa

故P1′=P-△P/2=490×103-470×103/2=255×103Pa

查表得：P1′=255×103Pa时，水的沸点tw1=128℃，

P2′=20×103Pa时，水的沸点tw2=60℃.

由资料查得：t1=136℃，t2=77℃.

由沸点升高引起的温度差损失为：

△1′=t1-tw1=136-128=8℃

△2′=t2-tw2=77-60=17℃

对于升膜式蒸发器，由夜柱静压力引起的温度差损失可忽略，即△′′=0取管路引起的温度差损失△1-2′′=1℃，则总温度差损失为：

∑△=∑△′+∑△′′+∑△′′′=（△1′+△2′）+△′′+△1-2′′

∑△=8+17+1=26℃

查得加热蒸汽温度T1=151℃，汽化潜热r1=2115KJ/Kg。所以，有效总温差∑△tm=T1-tw2-∑△=151-60-26=65℃

（3）、试算两效蒸发水量W1、W2及加热蒸汽消耗量D1.根据两效二次蒸汽压力，查出相应二次蒸汽的有关参数，列于表

表1：两效二次蒸汽的有关参数

假设10%牛奶比热C0=3.77KJ/（kg﹒℃），水的比热Cw=4.187kJ/（kg﹒℃）。作第一效的热量衡算，得：

W1=[D1r1/r1′+FC0(t0-t1)/r1′]y1

因系沸点进料，即t0=t1，又热利用系数y1=0.98-0.007△x所以：y1=0.98-0.007（15-10）=0.945

故W1=0.945D1r1/r1′=0.945×（2115÷2190）×D1=0.913D1①同理第二效的热量衡算