本科毕业设计论文--食品工程原理课程设计葡萄汁双效浓缩工艺装置设计.doc
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1、 食品工程原理课程设计题 目:葡萄汁双效浓缩工艺装置的设计任务书姓 名:学 号:学 院:食品科学技术学院专业班级:食工1404职 称:副教授 讲师中国武汉2016 年 12 月目 录前言 . 2 1. 设计概论与设计方案 . 3 1.1 设计名称 . 3 1.2 设计条件 . 3 1.3 设计任务 . 3 3. 总平面设计的简要说明 . 4 4. 工艺设计的思路及内容的说明 . 4 4.1 生产工艺流程 . 4 4.2 设备选择 . 5 4.2.1 设备的选择要求 . 5 4.2.2 设备的选取范围 . 5 4.3 设计内容 . 5 4.4 工艺流水线设计简图 . 6 4.5 双效降膜式蒸发器
2、的设计计算 . 7 4.5.1 双效降膜式蒸发器工作原理图 . 7 4.5.2 各效蒸发量与完成液浓度估计 . 7 4.5.3 估算二次蒸汽压强及溶液沸点 . 8 4.5.4 估算各效温度差损失 . 8 4.5.5 加热蒸汽消耗量及各效蒸发量 . 10 4.5.6 蒸发器传热面积的计算 . 10 4.5.7 分配有效温度差 . 11 4.5.8 各种温度差损失 . 11 4.5.9 重算加热蒸汽消耗量及各效蒸发量 . 12 4.5.10 重算传热面积 . 13 4.5.11 加热管的选择 . 13 4.5.12 复核总传热系数 . 13 4.6 设计计算结果列表 . 16 6. 结论 . 17
3、 7. 参考文献 . 18 7 / 201. 设计概论与设计方案 1.1 设计名称 葡萄汁双效浓缩工艺装置的设计 设计条件 1) 处理物料量:3600 /h 2) 生产要求:每日 10000kg(10 吨) 3) 物料温度:25 4) 原料固形物含量:11.0% 5) 浓缩液固形物含量:36.0% 6) 原料最高许可温度:78 7) 物料平均比热为 3600J/(kg)(略浓缩热) 8) 加热蒸汽压:标准大气压 101.33KPa 9) 冷凝器的绝压:20KPa 10) 加热蒸汽液在饱和温度下排除(忽略热损失)。 4. 工艺设计的思路及内容的说明 4.1 生产工艺流程 葡萄原料加澄清剂离心销售
4、清洗压榨过滤低温保藏破碎(加入护色剂)果胶酶处理蒸发浓缩杀菌灭酶冷却调配灌装 4.2 设备选择 4.2.1设备的选择要求1) 便于设备维护和喷淋洗净; 2) 高效节能,符合生产要求,生产率高; 3) 水果在提升中尽量不被破碎以防引起污染,影响产品质量,但适当的碰撞 和摩擦有利于清除表皮污物、农药残留以及残次果中腐烂变质部分; 4) 便于扩大生产; 5) 结构简单、噪音小、成本低、占地面积小。 4.2.2设备的选取范围 各种类型型号的泵、筛选清洗设备、输送设备、压榨设备、离心设备、降膜式蒸发器、加热装置、灭菌设备。 4.3 设计内容 主要通过双效蒸发系统以每小时 2000Kg 的流量将质量分数为
5、 14%的葡萄汁浓 缩到 68%,原料在第一效的沸点下加入,加热蒸汽压为标准大气压,冷凝器为 20KPa。 期间各加热蒸汽冷凝液在饱和温度下排出,忽略热损失,然后计算出相关关系,选 择合适的设备。 4.4 工艺流水线设计简图 4.5 双效降膜式蒸发器的设计计算 双效降膜式蒸发器4.5.1双效降膜式蒸发器工作原理图4.5.2各效蒸发量与完成液浓度估计总蒸发量W = F (1- x0 ) = 3600 (1- 0.11) = 2500kg / h x10.36因本设计为双效并流蒸发系统,故可设: W1:W2=1:1.1 W=W1+W2 联立以上两式,解得: 1W1=2500 W2=2500 从而得
6、: 2.11.12.1=1190kg/h =1309kgh x1 -Fx0 F - w1= 36000.11 3600 - 1190= 0.1138 4.5.3估算二次蒸汽压强及溶液沸点 暂且忽略各种温度差损失,认为蒸汽通过各效的压强降相等: Dp = pipk= 101.3 - 20 = 40.65kpa 2由各效的压强差求得各效蒸发室的压力为: pl = pi-Dp = 101.33 - 40.65 = 60.68kpa 由 pl 从食品工程原理中查的相应的二次蒸汽的温度和汽化潜热: T1 = 85.89C r1 = 2293.05kJ / kg 已知冷凝器绝对压强为 20kpa,查得相应
7、水蒸气的温度 Tk = 60.1C ,由经验值可知 因流动阻力而损失的温度差为1C ,故第二效二次蒸汽温度 T2 = 61.1C ,查得相 应的汽化潜热 r2 = 2352.5kj / kg ,压强为 P2=21.04KPa. 4.5.4估算各效温度差损失 l因溶液蒸汽压下降引起的温度差损失 对于第一效:二次蒸气温度 T1=85.89 C ,此温度下的水的汽化热为ar1=2293.05kj/kg,常压下 22.51%的蔗糖沸点升高 D = 0.35 ,故 2D = 16.2 (273.2 + 85.89) 0.35 = 0.32C 122293050对于第二效:二次蒸汽温度 T2=61.1 C
8、 ,此温度下的水的汽化热为 r2=2352.5 103kj/kg, a常压下 68%的蔗糖沸点升高 D = 4.58 ,故: D2 = 16.2 (273.2 + 61.1)22352500 4.585 = 3.52C 12l因蒸发器内液层静压强引起的温度差损失 本设计采用降膜式蒸发器,无静压效应,故 D - D= 0 12l因流动阻力引起的温度差损失 根据经验值,取效间蒸汽因流动阻力效应温度差降低 1 C ,及 D - D = 1C l总的温度差损失 D = D1 + D2D1 + D2 + D1 + D2 = 5.84C l估计各效料液沸点及有效温度差 111各效溶液沸点分别为 t = T
9、 + D + D = 85.86 + 0.32 + 0 = 86.21C t = T2 + D2 + D2 = 61.1+ 3.52 + 0 = 64.62C 第二效加热蒸汽温度为 T2=T1-1=85.89-1=84.89 C 查得相应加热蒸汽的汽化潜热 r2=2295.48 103kj/kg. 查得 pi =101.33kpa 饱和水蒸气的温度 T1=100 C ,对应的汽化潜热 r1=2258.4 103kj/kg. 项目 第一效 第二效 加热蒸汽 压强 p( kpa ) 101.33 - 温度 T (kpa) 100 84.89 汽化热 r( kj / kg ) 2258.4 2295
10、.48 二次蒸汽 压强 p( kpa ) 60.68 21.04 温度 T (C) 85.89 61.1 汽化热 r( kj / kg ) 2293.04 2352.5 温度差损失 D (C) 0.32 0 因此,有效总温差为 Dt = (T1 - Tk ) - D = (100 - 60.1) = 34.06C 现将各数据列于本表中 D (C) 0 0 D (C) 1 1 溶液沸点 t( C ) 86.21 64.62 有效温度差 Dt ( C ) 13.79 20.27 总有效温度差 Dt ( C ) 34.06 10 / 201= 0.96 2293.05 第二效:查得葡萄的定压比热容容
11、 3.60Kj/(Kgk),水的定压比热容为 4.187, 故葡萄汁的: Cp0 = 4.187(1- 0.2251) + 3.600.2251 = 4.05Kj / (Kg.K) W rW = h1 1 + (F C-W C) t1 - t2 22 r2p01pwr2 = 0.96 W1 2295.48 + (2000 4.050 -W 4.187) 86.21- 64.62 w = W1 + W2 又因为:2352.512352.5 联立以上三式得:W1 =789.40Kg/h W2 =789.79Kg/h D=884.43Kg/h 本设计应验算由焓变衡算求得的W1 与初设值的相对误差,但
12、根据经验知第一次计算结果往往不符合要求,故暂不验算。先计算传热面积,若计算出是传热面积不 相等,在重新调节各效有效温度差,为第二效重复计算作准备。 4.5.6蒸发器传热面积的计算 查得降膜式蒸发器的总传热系数 K 值范围为:1200-3500W/( m2 C ) 故我先假设第一效、第二效的 K 值均为 2500W/( m2 C ) 11 / 20S1 =Q1K1Dt1= Dr1 K1Dt1= 844.43 2258.4 1000 = 15.37m23600 2500 13.79S1 =Q2K2 Dt2= W1r1 K2 Dt2= 798.40 2295.48 1000 = 10.04m2360
13、0 2500 20.27相对偏差x = 1- SminSmax= 1- 10.04 = 34.65% 3%15.37,相对偏差大于规定值,故重复计算。 4.5.7分配有效温度差 1S = S1Dt1 + S2 Dt2 = 15.37 13.79 +10.04 + 20.27 = 12.20m2Dt234.06Dt = S1Dt1 = 15.37 13.79 = 17.37C1Dt12.20Dt = S2Dt2 = 10.04 20.27 = 16.69C 2S12.204.5.8各种温度差损失 因冷凝器压强及完成液的浓度没有变化,故第二效二次蒸汽的参数及溶液沸点均 无变化。即 T2 = 61.
14、1C r2 = 2352.5kKj / Kg t2 = 64.62C 故第二效加热蒸汽温度为 T2 = 64.62 +16.69 = 81.31C 查食品工程原理附表得出相应的汽化热: r2 = 2304.50Kj / Kg .第一效二次蒸汽温度为: T1 = T2 + D2 = 82.31C 查食品工程原理附表得出相应的汽化热: r1 = 2301.98Kj / Kg 压强为: P1 = 52.23KPa XFX =0=2000 0.14= 0.2330第一效完成液浓度为:1F -W12000 - 798.40常压下 23.48%的蔗糖沸点升高 故溶液压强下降引起的温度差损失为: (273.
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