食品工程原理课程设计--葡萄汁双效浓缩工艺装置设计.docx

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：李云诺学 号：食品科学技术学学院：院专业班级：食工1404指导老师：刘友明胡杨 职 称： 副教授讲师中国武汉2016 年 12 月联立以上两式，解得:Wl=25001=1190kg/h 2.W2=25001 =1309kgh1.1从而得:2.13600 0. 10- 11381 36001190估算二次蒸汽压强与溶液沸点暂且忽视各种温度差损失，认为蒸汽通过各效的压强降相等：101. 320 /八即 zp40. 65kpaPi2Pk由各效的压强差求得各效蒸发室的压力为：Pl pi p 101.33 40. 6560. 68kpa由夕/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:T85.89 Cr 2293. 05kJ / kg已知冷凝器肯定压强为20kpa,查得相应水蒸气的温度Tk 60. 1 C ,由阅历值可知因流淌阻力而损失的温度差为1故其次效二次蒸汽温度；261.1 C,查得相应的汽化潜热比 2352. 5kj / kg ，压强为 P2=21. 04KPa.估算各效温度差损失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rl=2293. 05kj/kg,常压下22. 51%的蔗糖沸点上升 '0.35 ,故'”0. 350. 32 C(273. 2 SS. 89)-122293050对于其次效：二次蒸汽温度丁2二61.1 C,此温度下的水的汽化热为 r2=2352. 5103kj'/kg,常压下68%的蔗糖沸点上升4.58 ，故:4. 5853. 52 CZ273. 261. 1)/2352500因蒸发器内液层静压强引起的温度差损失 本设计采纳降膜式蒸发器，无静压效应，因流淌阻力引起的温度差损失 依据阅历值,取效间蒸汽因流淌阻力效应温度差降低1 。，与 总的温度差损失5. 84 C估计各效料液沸点与有效温度 差各效溶液沸点分别为t + ；0. 32086.21 C85. 86t万64. 62 C61. 13. 52其次效加热蒸汽温度为T2=T1-1=85. 89-1=84. 89 加热蒸汽的汽化潜热2=2295. 48103kj/kg.查得Pi =101. 33kpa饱和水蒸气的温度Tl=100C查得相应。，对应的汽化潜热rl=2258.4103kj/kg.(100项目第一效其次效加热蒸汽压强p ( kpa )101. 33温度T (kpa)10084. 89汽化热r (幻./12258. 42295.48二次蒸汽压强p (切a )60. 6821.04温度T (。85. 8961. 160.1)34. 06 C现将各数据列于本表中因此，有效总温差为 t (7i%)(。00，(。11溶液沸点t ( C )86.2164. 62有效温度差t ( C)13. 7920.27总有效温度差方(。)34. 060. 962293. 05其次效：查得葡萄的定压比热容容3.60Kj/(Kgk),水的定压比热容为4. 187,故葡萄汁的:4. 05A7 /CpOKg.心4. 187 (10. 2251)3. 60 0. 2251p01pw0. 964. 187的86. 212295. 4864. 6220004.050 W2352.512352. 5又因为:畋=789. 79Kg/h联立以上三式得："1 =789. 40Kg/hD=884. 43Kg/h 本设计应验算由焰变衡算求得的的与初设值的相对误差，但依据阅历 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，在重新调整各效有效温度差，为其次效重复计算 作打算。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/ （后 C）故我先假设第一效、其次效的K值均为2500W/ （宗 C ）15. 37宗S844.432258.410003600250013.79SiK2t21K2t2798.402295.4810003600250020.2710. 04落110.04相对偏134.65%3%差尻lin15.37ax,相对偏差大于规定值，故重复 计>o安排有效温度差贝方215. 3734. 0613. 7910. 0420.2717. 37 C16.69 C51 t 15. 3713. 7912. 20t52 t210< 0420. 27一丁12. 20各种温度差损失因冷凝器压强与完成液的浓度没有改变，故其次效二次蒸汽的参数与 溶液沸点均无改变。即64.62 ,故其次效加热蒸汽温度为64. 627261. 1 C722352. 5kKj / Kg t216. 6981.31 C算或食品工程原理附表得出相应的汽化热:2304. 50Kj第一效二次蒸汽温度为：7r丁2 282.31 0查食品工程原理附表得出相应的汽化热：2301. 98A?- / 德压强为：片52. 23KPaX 20000.23300. 14第一效完成液浓度为：万 2000798. 401常压下23. 48%的蔗糖沸点上升故溶液压强下降引起的温度差损失为:82. 310. 3660. 33273.216. 22301980100 0. 3360. 13. 5234.05 C前面重新安排的有效温度差 16.69 C ,故17.37 C 9t 17.3716.6934.06此与34.05 。无明显区分，故认为1182.31前面与 订有关的参 数不做变动。第一效溶液沸点为：订40. 33082.64 C温度差重新安排后的各数据如下所示:项目第一效其次效加热蒸 汽压强夕(KPa)101. 33温度T()10081.31汽化热r2258. 42304. 50二次蒸 汽压强刀(KPa)52. 2321.04温度T()82. 3161. 1汽化热r (Ki/Kg)2301. 982352. 5温度差 蒸汽，()0. 333. 52(C)00一(C)11溶液沸点t ()82.6464. 62有效温度差5 ()17. 3616. 69总有效温度差At ()34. 06重算加热蒸汽消耗量与各效蒸发量八二 n1(Drl/rl)=O. 96XD - 2258. 4/2301. 98七二 n 2Wlr2/r2 +(F cpOrl cpw) tl-t2/r2=0. 96W12304. 50/2352. 5+(2000X4. 05rL 4. 187) 82. 64-64. 62/2352. 5“+屹联立以上三式解得：的二800. 49Kg/h 2=787. 71Kg/h 氏849. 93Kg/h 校核各项蒸发量：£ wl=l-798. 4/800.49=0. 26 %W3%£ w2-l-787. 71/789. 79%W3%由烯衡算获得的蒸发量与初设值的相对误差在工程计算可以接受的范 围内。因初设值与计算值相差甚微，故前面与蒸发量有关的参数不再 重复。重算传热面积Sl=Ql/KlAtl=Drl/KlAtl二849. 93 X 2258. 5 X 1000/3600 X 2500 X17. 37=12. 278m2S2=Q2/K2 12=W1r1/K2 12=800. 49X2304. 5X1000/3600X2500X16. 69=12. 281m2相对偏差 =1-Smin/Smax=l-12. 278/12. 281=0. 02%<3%迭代计算结果合理，去传热面积为12. 281012加热管的选择采纳25X2mm,长为8m的黄铜管作为加热管，则II管数为：n=s/dL=12. 281/X0. 021X8=23. 26仁24复核总传热系数以下公式所用符号意义如下：目录刖、:21 .设计概论与设计方案31.1 设计名称31.2 设计条件31.3 设计任务33 .总平面设计的简要说明44 .工艺设计的思路与内容的说明44. 1生产工艺流程44.2设备选择54 . 2. 1设备的选择要求55 .2.2设备的选取范围54.3 设计内容54.4 工艺流水线设计简图64.5 双效降膜式蒸发器的设计计算74. 5.1双效降膜式蒸发器工作原理图74. 5. 2各效蒸发量与完成液浓度估计7ai-一管内葡萄汁沸腾传热系数，W/(m2 )； ai 一管外侧蒸汽冷凝传 热系数，W/(m2 )； uL 一葡萄汁粘 度，Pa s;PL 葡萄汁密度，Kg/m3;CpL 一葡萄汁比热容，Kj/(Kg.K) ； g 一重力加速度m/s2；M 一单位时间内管子周边上流过的溶液 质量；n 一管数；r 一饱和水蒸汽的冷凝潜热， KjVKg; L 一降膜式加热管的高度， m;入一冷凝水的导热系数，w/(m2 ) ; P 一冷凝水的密从 一冷凝水的黏度，Pa - s; t 一水蒸汽饱和温度与加热管壁面温度之差，o查书得以下参数：(部分数据参照蔗糖和水的参数性质，可能影响计算 结果)86.21C时：入二0.6821 W/(m2 ) ih =0. 68X10-3Pa sP=958. 4Kg/m3;P =1040Kg/m3;此0.2824X10-3 Pa s。=0. 062 N/m=0. 062N/mR=2304. 5KJ/KgL =0. 6622W(m2 )=0. 6615W/( m2 )=980.1kg/ m二 1.05X10 pa 入L=0. 6755W/(mr=2258. 4P L=1308. 8Kg/mW/(m2 )s 64.62C时: )Kj7Kg o=0. 062N/muL=24. 52 X 10 Pa s入二0. 6615P =980. 1-1. 05x10-3X L=0. 6622 W?(m ) Kg/m r=2304.5 Kj/Kg pa s第一效：按进口条件计算管内沸腾传热系数i ：dn2000 0.021 2A 0.68 10 J=51636001450 1 =1450 o.CPL £ L "06-s 1. 064. 0印 1090(2 Q8 10_也6.9L0.67551/6PL L< =L L1.063 g3 3/4 M=7.69 4."93 J。.65516°-4所以 i尸7.69=1.132258.10 20.282410958.483149, 81682117. 37=720 W/ m2 查书取管内侧污垢热阻Rsi=8飞0810 m /W,忽视管壁热阻，则总传热系数为:1 25 8.625103=582. 6 W/ m2 1其次效:d。72021441821按进口条件计算管内沸腾传热系数M WLdn1199.510.021240. 68 10 J=8. 5936001450 CPL=1450 1.064.0出 100.68 101. 06=7.710. 66321450= CpL1. 06应所以1.06C0.4Mi 广7. 69LPL7. 69里 003103104024.52J9. 81100.0 650 48. 59u- 424.52 103 20. 6632=866 W/ m2r0=1. 13 z 12 2 3 4 oL t0. 6605二1 132304. F 10 2 980. 19.8$.L 0510 3816. 69 =520 W/ m2 /w,忽视管壁热阻,取管内侧污垢热阻R=8. 608103 m2则总传热系数为：K=12518. 608103=309. 7 W/ m2 2d00 d55202186621582.2故第一平安系数：2500100%=67. 71%>25%2500故其次平安系数：2500309.7ioo%=87. 61%>25%2500计算K值与初设值相差太大，故所设的K值不符合要求，须要重 设K值，重复计算。因为时间的关系，本小组的实力以与其他的因素, 再此就不再计算了。其中全部计算只作为参考。4. 6设计计算结果列表效第一效其次效冷凝器加热蒸汽温度T( C )10081.3160. 1操作压力P(KPa)52. 2321.0420葡萄汁温度t ( C )82. 6464. 62浓缩液浓度x (%)0. 23300. 68蒸发量F(Kg/h)800. 49787. 71蒸汽消耗量(Kg/h)849. 93传热面积S ( mC12.28112. 28 15.协助部门设计的简要说明本设计主要采纳的是双效蒸发降膜式浓缩设备来浓缩葡萄汁，所 以期间存在 原料的选购、设备的维护、生产的平安等一系列问题，则须要相关的一些说明。1.葡萄原料的采集，肯定要留意收购 的葡萄的成熟度、腐烂率、含糖量、品种、榨汁量、固形物含量和价 格等问题。收购回来的葡萄尽可能干脆加工，加工不 了的要放入冷库进行保藏处理，防止腐败。2 .选用合适的清洗筛选运输设备，防止过程中果肉的损坏；破裂 和压榨时防止葡萄籽的破裂以防止葡萄汁的口感下降；加热和加压 过程中要限制好温度和压 力，防止葡萄汁中更多的养分物质损失。3 .浓缩好的葡萄汁装罐杀菌包装后要进行低温保藏，延长保质期。4 .设备生产线要进行定期维护，管道设备的密封性，泵的效率， 还有停产后 清洗装置的良好运行。5 .冷却设备冷却后的排出水可用于加热洗澡水、暖气供水、加热 过程中的水循环系统等，重复利用，削减资源奢侈等。6 .废水的处理，废水假如没有达到国家标准要求，需加设污水处 理设备来处理后排放。7 .平安第一，设立卫生室，打算好一些常用药品和医疗设备，配 备专业人事负责，能够与时处理厂房内发生的一些事故造成的人生 平安问题。6 .结论1 .数据来源的权威性具有重要作用，干脆关系到计算结果的精确性、 好用性、牢靠性还有设备的选择等。2 .两效的K值应不一样，第一效应高一些，其次效应低一些，这 个阅历法则对于以后的生产实际具有重要指导作用。本设计为了简要 计算采纳次此方法，这也是计算的一大缺陷。3 .食品生产数据较化工生产数据还有很大的改进之处，缺乏系统性、 完整性，还有待进一步完善、补充。4 .果汁蒸发浓缩过程中，加热蒸汽的压力、冷凝器的压力应慎重 考虑。100° C的加热温度对葡萄汁的影响较小，在生产实际中可以 采纳；但是，许多文献都认 为苹果汁、橙汁等加热温度不行过高， 60° C左右合适，期中过高的温度可能会引 起果汁中的活性物质发生 改变，维生素C之类的物质简洁水解，还有高温能使芳香物质挥发。5 .果汁浓缩中，一般限制传热温度差在15-20° C之间，不要太 低，不然会引起最终浓缩葡萄汁的品质。6 .本次设计计算所设两效K值均为2500 W/(m2 ),通过最终 核算来确定是否符合实际生产要求，符合的话即可投入运用，购买设 备投入生产；若不符合，须要重新设计，重新计算。7 .设计过程很困难，所以还有许多地方没有考虑到，须要进一步进 行核算，假如要投入实际，则须要专业进行设计。8 .本设计只是为了进一步了解和学习食品工程原理。7 .参考文献1杨同舟主编食品工程原理D北京：中国农业出版社20n年 2月第2版2dovehah浓缩果汁工厂设计K 百度文库2013年12月6日3 一个厨师浓缩冷冻混浊红葡萄汁H 百度百科2015年12月2日4navyhpc浓缩果汁K百度百科2015年10月14日5阿 衣满古力哈力哈拜新疆和田红葡萄汁膜过滤与真空浓缩探讨G 新疆农业高校中国知网2010年6月17日6朱新华浓缩果汁加工中原料提升设备选型探讨G西北农林科技高校中国知网2006年11月参考软件：公式编辑器MathType6. 9 福昕PDF阅读器CAJViewer 7.2知网文献阅读 器 Microsoft Office2010 参考网站：百度搜寻百度文库百度百科 百度图片 谷歌搜寻 中国知网4. 5. 3估算二次蒸汽压强与溶液沸点84. 5. 4估算各效温度差损失84. 5. 5加热蒸汽消耗量与各效蒸发量10蒸发器传热面积的计算104. 5. 7安排有效温度差114. 5. 8各种温度差损失114. 5. 9重算加热蒸汽消耗量与各效蒸发量124. 5. 10重算传热面积134. 5. 11加热管的选择134. 5. 12复核总传热系数134.6设计计算结果列表166 .结论177 .参考文献181.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 kg/h2）生产要求：每日10000kg （10吨）3）物料温度：254）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：787）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. 33KPa9）冷凝器的绝压：20KPa10）加热蒸汽液在饱和温度下解除（忽视热损失）。4. 工艺设计的思路与内容的说明4.1 生产工艺流程4. 2设备选择设备的选择要求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裂以防引起污染，影响产品质量，但适 当的碰撞和摩擦有利于清除表皮污物、农药残留以与残次果中腐烂变 质部分；4）便于扩大生产；5）结构简洁、噪音小、成本低、占地面积小。设备的选取范E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20KPao期间各加热蒸汽冷凝液在饱和温度下排出， 忽视热损失，然后计算出相关关系，选择合适的设备。葡萄汁双效浓缩工艺的生产流水线 设计:邱志成双效降膜式蒸发器双效降膜式蒸发器工作原理图各效蒸发量与完成液浓度估计总蒸发量 w2(1) 3600(10. 11)2500Ag /hxi0. 36因本设计为双效并流蒸发系统，故可设：W1：W2=1:1. 1W=W1+W22LLL3§3 o10409.810.67550.68 100.68 103 2 30.6755=4418W/ m2r0=1. 13