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    蒸发水量3500克每小时鲜牛奶三效错流浓缩系统设计

    时间:2021-05-10 03:01:40 来源:放牛文档网 本文已影响 放牛文档网手机站

    摘要 三效蒸发应用于许多领域,像废水处理,食品生产,溶液结晶;
    而现在由于倡导节能,对于三效蒸发节能方向一直都在不断改进,同时也提高其经济效益。因此,选择此课题希望能进一步改进三效蒸发的工作效率,是企业能够得到更多收益。许多成熟的技术已被应用到实际工业生产中,像生产奶粉过程中,三效蒸发是主要的生产工序;
    化工厂萃取己内酰胺水溶液浓缩采用在真空条件下逆流进料的三效蒸发方式,经过一次闪蒸,根据不同浓度梯度合理利用能量,将来自萃取单元30-50%的己内酰胺水溶液浓缩至75%左右,可见其在实际生产中的重要应用,因此对三效蒸发的研究对国家化工领域起着极其重要的作用。本课题主要是研究三效错流浓缩系统在处理鲜牛奶上的应用。蒸发系统不仅要满足设计任务要求,而且从结构的安全性方面,必须充分考虑机械性能,同时要求结构简单,制造和操作维修方便,根据设计任务书所给出的鲜奶处理量及其浓度、物性特点,同时从节能角度出发,综合考虑技术与经济方面的因素,本设计采用了三效降膜并流蒸发系统。确定设备各个进出口的温度后,对各效进行了物料和热量衡算,从而进行了设备的计算与选型。其中包括:蒸发罐的管数和排管、预热盘管的圈数、筒体壁厚、封头,分离器的直径和高度、矩形通道、预热器、冷凝器、热压泵、离心泵等的计算和选型。

    关键词:蒸发;
    错流;
    鲜奶;
    节能 Abstract Three effect evaporator used in many fields, such as waste water treatment, food production, solution crystallization; And now because advocating energy saving, energy-saving effect evaporation for the three have been in the direction of continuous improvement, while also improving its economic efficiency. Therefore, the choice of this topic hope to further improve the work efficiency of three-effect evaporation, the enterprise can get more revenue. Many mature technology has been applied to actual industrial production, such as milk production process, three-evaporation is the main production processes; chemical extraction aqueous caprolactam concentrate under vacuum using a feed of the three counter-effect evaporation method, after a flash, depending on the concentration gradient of the rational use of energy, from extraction unit 30-50% caprolactam solution was concentrated to about 75%, seen in the actual production of important applications, so the three-effect evaporation studies from the national chemical industry an extremely important role. The main subject is the study of three-way cross-flow concentration system in dealing with the application of fresh milk. Evaporation system designed not only to meet mission requirements, but also from the structural safety, must fully consider the mechanical properties, while requiring a simple structure, manufacture, and operation and maintenance, according to the design task book given milk processing capacity of its concentration, physical characteristics, but from the energy point of view, considering the technical and economic aspects, the design uses a three-effect falling film evaporation system and flow. Determine the temperature of the device after each import and export of materials and the efficient conduct of the heat balance, thereby performing the calculation and selection of equipment. These include: evaporation tank and the exhaust pipe number of tubes, the number of turns of the coil preheating, cylinder wall, head, diameter and height of the separator, rectangular channel, heater, condenser, hot pump, centrifugal the calculation and selection of pumps. Keywords: evaporation; crossflow; milk; ener 目录 摘要 I Abstract II 第1章 绪论 1 1.1 乳品行业的发展现状 1 1.2 设备的选择和设计 2 1.2.1设备生产工艺要求 2 1.2.2设备材料要求 2 第2章 技术经济基础 3 2.1 设备自身因素的影响 3 2.2 外界因素的影响 3 第3章 专题设计与论证 4 3.1 设计论述 4 3.2 改造思路 4 3.3 蒸发器选型论述 4 3.4 流程论述 5 3.5 重点设备的选择 5 第4章 设计计算 7 4.1 物料衡算 7 4.2 热量衡算 7 4.2.1热压泵的喷射系数 7 4.2.2杀菌器的热量衡算 9 4.2.3一效蒸发罐的热量衡算 10 4.2.4效间加热器热量衡算 11 4.2.5三效蒸发罐的热量衡算 12 4.2.6二效蒸发罐的热量衡算 13 4.2.7总热量衡算 14 4.3 蒸发罐设计计算 15 4.3.1 传热量的计算 15 4.3.2 各效蒸发罐设计 16 4.3.3 各效预热盘管的设计计算 19 4.3.4 分离器直径和高度的设计 26 4.4 杀菌器计算 27 4.5 保温管的设计 29 4.6 热能压缩泵的设计 30 4.6.1拉伐尔喷嘴的计算 30 4.6.2泵体的基本尺寸 32 4.6.3扩压室的设计计算 34 4.7 预热器的设计 34 4.8 管路设计计算 35 4.8.1蒸汽矩形管道设计 35 4.8.2汁汽管设计 36 4.8.3物料管设计 37 4.9 混合冷凝器的设计 38 4.9.1冷凝器计算 38 4.9.2多孔淋水板的设计 40 4.10 真空泵的设计与选择 42 4.10.1总不凝气量 42 4.10.2真空泵的排气体积 V 42 4.10.3真空泵的选择与确定 43 4.10.4输送泵的选择 43 4.11 CIP局部清洗系统 43 第5章 安装前的准备要求与安装注意事项 45 结论 46 参考文献 47 致 谢 48 第1章 绪论 1.1 乳品行业的发展现状 一、乳品行业的发展现状 乳品的生产和销售取得了较好的业二、绩,并且液体乳生产大幅度增长,整个行业经济效益明显提高。2004年完成产品销售收入663.3亿元,利润总额33.8亿元。

      乳制品生产技术和设备更新加快。主要包括砖型纸盒包装超高温灭菌奶生产线、塑料袋奶生产线、屋型纸盒包装杀菌奶灌装设备等,使我国乳品行业技术、设备陈旧的状况得到有效改变。

      乳制品市场竞争激烈。我国乳品行业尚属于幼稚型行业,其规模、技术、产品质量方面同发达国家存在较大差距。而人世以后,许多外国的乳品品牌打人中国市场,如达能、帕玛拉特、雀巢等,给国内乳品企业造成很大冲击。另外,国内各品牌也将进行着面对面的竞争与交锋。

      大型企业发展迅速,奶制品企业兼并、整合的速度加快,集中度在提高。一些乳品加工企业通过股份制改造和强强联合等整合方式形成了一批有实力的奶业集团,众多中小乳品企业与实力较强的企业联合或并人大型乳品企业、企业集团。

    二、乳制品生产存在的主要问题
    原料奶、乳制品质量参差不齐。我国目前80%是手工挤奶,且日益增多的个体户不注意奶牛疫病防治,原奶细菌超标、抗生素含量过高等问题突出,严重制约着乳制品质量的提高。即使在原料奶主产区采用机械挤奶设备,但仍然存在管理水平低、设备不能及时保洁等问题。我国原料奶生产卫生条件差、细菌数量偏高、杂质较多。国家颁布的质量卫生标准大多数是十几年前制定的,且分别隶属于不同部门,涉及指标少,检测方法落后,远远落后于当前食品安全的要求。

      企业规模小、设备制造技术落后。我国乳制品工业发展时间短,真正的发展仅20年历史,经济实力、技术装备水平、企业规模均不能同发达国家相比。我国乳业装备整体水平同世界先进国家相比大约还有20年差距。目前,乳品机械进口量占到50%,国内乳品机械三化程度低、配套性差,尤其是通用关键机械上,离心机及乳品分离机械与国外差距大,品种少,性能差。

      产品结构不够合理,乳品品种少。目前,我国乳品虽已有较快发展,但与国外相比,在风味、品质、品种上差距比较大,据统计,发达国家2001酸乳上市的新品种有900多种,欧洲开发的乳制品品种占世界乳制品新品种的72%。而我国品种少,乳品产量中奶粉产量占70%,奶油的产量很小。液体奶消费仅局限于大中城市.产量也很小,在液体奶品中,巴氏杀菌奶约占53.1%,保鲜奶约占29.9%,酸奶约占17%。而干酪这样的产品在国外都属大宗产品,在国内基本没有生产,尤其是深加工、高科技和高附加值的产品更少,不能满足市场需求。

    1.2 设备的选择和设计 1.2.1设备生产工艺要求 1.设备的生产能力符合生产规模要求;
    效率高、运转稳定,保证在一定时间内处理当日收进的全部原乳;

    2.采用这些设备上产出来的成品或半成品,符合产品质量要求,性能稳定,安全卫生;

    3.具有合理的技术经济指标,生产成本低,单耗少,劳动上产率高,设备价格合理;

    4.坚固耐用,易于清洗检修,运转安全可靠,操作方便,占地面积小。

    1.2.2设备材料要求 接触原乳,在制品和制成品的材料需要具有耐腐蚀的性能并符合食品安全卫生的要求,一般采用不锈钢、铝材、玻璃和无毒性橡胶、工程塑料等关于这些材料的性能数据可在有关手册中查到。

    选择制造设备的材料必须了解材料的机械性能,化学性质和加工工艺,同时考虑到材料的来源、价格和取得这些材料的可能性。

    在食品加工过程中为了防止加工设备的材料对食品的污染,必须选择一种特殊的材料,制造乳品加工设备的材料最常用的就是不锈钢。

    不锈钢一般是不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢是指耐大气、蒸汽和水耐酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。

    第2章 技术经济基础 在实际生产中,要综合考虑各种因素和问题,在满足技术经济基础之上,使设计具备一定的可实施性,经济性,从而促进生产的发展,提高生产技术水平,创造更大的价值,由此对该设计进行技术经济分析。

    2.1 设备自身因素的影响 衡量蒸发装置性能有两大经济指标:加热蒸汽的经济程度和蒸发设备的生产强度,即蒸发强度。提高蒸发效率,必须提高总传热系数或增大温差。增大温差是提高蒸发强度的有力措施。通常可采用如下方法来提高蒸发强度。

    1.提高加热蒸汽的压力。增大首罐的蒸汽压力,对提高蒸发强度有很大作用,可提高汁汽温度充分利用汁汽。但蒸汽压力不能太高以免破坏奶的成分;

    2.提高末效真空度。冷凝器真空度低,导致末效沸点较高,总温差小,蒸发水量因而减少;

      3.减少各效温度差损失。首先减少沸点升高,降低循环次数。本次设计原料液进行单循环膜式蒸发,减少沸点升高。其次是静压效应,这可通过降低液面来减少,对液面的控制应以沸腾后盖过汽鼓的最低液面为原则。再次是导管中的温度差损失。应充分考虑减少蒸汽阻力,而操作管理和维修中也要注意清洗;

    4.提高传热系数。本次设计任务中确定了传热系数,但影响传热系数的因素如流速,流动阻力等问题也要同时考虑到。

    2.2 外界因素的影响 除设备自身外,其它外界因素对经济技术基础也有一定的影响。如原料来源的确定、建厂地址的选择、交通运输等方面。

    1.奶源与厂址的确定。乳制品的原料为鲜奶,奶源的多少决定厂址的选择和工厂规模的大小。乳品厂的厂址应选择在奶源集中的地区,应考虑到产奶点的密集程度,收奶方式,鲜奶的保藏等根据原料的选择,依据国家基本建设的总方针正确的选择厂址。

    2.交通运输。乳制品业的运输量最大处是原料乳,燃料产品乳及辅助材料,为了节约能源消耗,工厂必须设置在交通方便之处。

    3.水源及水质。乳制品业必须有足够的供水,以保证它的生产和生活用水,对于有自来水网的城市,乳品厂使用现成的供水是较方便的。与此同时因地下水温度低,而且水质一般都可以达到饮用水标准,因此也被乳品厂广泛采用,可以使乳品厂在使用自来水同时还用地下水供给制冷设备。

    第3章 专题设计与论证 3.1 设计论述 本设计为热压泵的三效错流浓缩系统。处理量:3500kg/h。干物质量由12%浓缩到48%。本设计采用较为先进的理论与技术,完成液浓度基本恒定。且设置热能压缩器抽取一效汁汽进行压缩使其升温升压后,再次送入一效蒸发罐作为加热蒸汽作用。

    牛乳由蒸发器顶部经布液装置均匀分配于各效蒸发罐内,在重力和真空的作用下,沿着蒸发罐内壁进行热交换,使水分蒸发,由于产生的二次蒸汽流向与料液的流向一致从而促进液膜的形成和均匀分布,增大液膜向下的运动速度,提高传热系数加速了蒸发过程。

    第一效产生的二次蒸汽初步分引入第三效蒸发器作为第三效蒸发水分的热源外,其余部分热压泵增压后再作为第一效的热源,第三效产生的二次蒸汽引入第二效蒸发器作为第二效政法水分的热源,第二效产生的二次蒸汽则导入冷凝器后由排液泵排出。

    全套设计包括第一、二、三效蒸发器,第一、二、三、旋流分离器,混合式冷凝器,热压泵,物料泵以及水环式真空泵等部分。

    3.2 改造思路 由于研究过程中采用降膜蒸发器,必要遇到均匀成膜的问题,蒸发器操作的关键在于料液的分配均匀,料液膜是否均匀连续。为使料液能均匀进入每根管并形成连续均匀成膜,最好是每根换热管的上端设置一个分配头的结构,若采用分配板分配,其分布孔与管子间距最好相同,呈等距不止方式,使分布孔与管子中心错开,避免料液落在空孔中自由落下,达不到成膜的目的,同事要求每根换热管的上端口出再同一水平位置上。热能压缩器的选择也很重要,他是把处于低温位的热能输送之高温位的机械。但由于能量相同、形式不同的能再品位上,即能量转化能力上是不等价的,电能、机械能可以全部转化为热能,而热能不可能全部转化为电能或机械能,热能的温度愈接近环境温度,其转化能力愈低。因此对于压缩器的工作原理、设计计算、噪音消除等方面要仔细研究,打到最好的节能效果。

    3.3 蒸发器选型论述 在乳品工业生产中,选用先进合理的蒸发器设备,对于提高产品质量,增加产量,降低生产和维护费用,提高市场竞争力和经济效益,促进乳品工业的发展与技术进步很有意义。在液体奶方面,选择无菌灌装设备和工艺显得尤为突出,但也存在配套设备选型降低操作费用的问题。鲜奶的蒸发过程中需要大量的热量,采用多效蒸发可以提高蒸汽的利用率。热泵在降膜蒸发器中的应用采用机热压缩式热泵压缩装置可为离心式和容积式压缩机。压缩温差较大,一般在11℃左右,这就限制采用机械压缩式热泵的效数一般最多不超过三效,对沸点升高较高的溶液蒸发时又受到限制,而且结构复杂,造价高,维护费用高,耗电量大,因此机械压缩式热泵应用很少。采用蒸汽喷射式热泵蒸汽喷射式热泵形似文吐里管,无传动装置,构造较简单,应用较多。带热泵与不带热泵相比,可相当于增加一效。所以选用三效错流蒸发系统[2]。

    3.4 流程论述 首先,要对原料鲜乳进行预热处理。流程为:原料乳→粗滤→称量纪录→离心净乳→冷却(5℃以下)→注入储奶罐→标准化→储存或使用。然后,进入蒸发工段。在多效蒸发操作中,根据加热蒸汽与料液的流向关系,可采用多种操作方式,以适合不同料液的浓缩。本设计采用错流流程。错流加料即料液与蒸汽流向不同,料液由第一效到第三效最后到第二效。蒸汽由第一效经第二效最后到第三效。这种流程也是多效中常见的流程。料液在各效间流动时,因此,当料液自前一效进入后一效的蒸发室时,物料即自行蒸发,进而产生较多的二次蒸汽。同时,前一效中通过分离器产生的汁汽进入下一效,作为加热蒸汽,进而实现节能。

    3.5 重点设备的选择 降膜蒸发器由布液装置、蒸发器体、预热器、杀菌器、热压泵及冷凝器等组成。

    1.蒸发罐 蒸发罐采用降膜式蒸发罐,加热室为盘管式换热形式,本设计应力及温度差不大,不需要用不易清洗的焊接形式固定管与板管,可采用胀接形式。

    2.布液装置 降膜式蒸发器中加热管内物料分布是否均匀,不但影响到设备的传热效果,蒸发能力和操作的稳定性,而且还会影响到产品的质量。因此,必须在管子顶部设置液体分布器,对液体分布器的基本要求是布液均匀,流体阻力小,结构简单,安装方便,而且不易堵塞,便于清洗。本设计中选用漩流式布液器,并在加热管上方设置两层筛板,布液堰上的筛板孔与布膜盘上的筛板孔是相互错开的,下层筛板上的孔与加热管口错开。

    3.预热器 降膜蒸发器要求沸点进了,因而需对牛乳预热。各效预热温度为:牛奶经预热器由5ºC预热至38ºC,在三效预热盘管中由38ºC预热至50ºC,在二效预热盘管中由50ºC预热至60ºC,而在一效预热盘管中由60ºC预热至70ºC。为了节省蒸汽用量,各效预热盘管中所通蒸汽均为本效二次蒸气。

    4.杀菌器 乳品属于食品,其生产必须保证卫生,故设备中凡与物料接触军采用不锈钢0Cr18Ni10Ti制造,对于鲜奶本身也要进行处理保证其卫生条件,所以在蒸发器操作前应对其进行杀菌处理。杀菌器应设置于一效蒸发罐前,杀菌后为保证其杀菌效果,设置一保温管,物料于杀菌器中92ºC下杀菌后在保温管中保存24秒,使杀菌彻底,保证安全卫生生产。

    杀菌器外壳采用较便宜的碳素钢制造,加热管采用一根长管在器中弯成几段,使物料在管中流动方向经一定距离即发生变化。

    5.热压泵 热压泵的全称叫蒸汽喷射式热压缩泵。

    它是以较高的一次蒸汽为动力,把低压二次蒸气压缩提高其温度,为一效蒸发提供热能,其效能就是回收二次蒸气,是一种节能器。它主要由蒸汽喷嘴、混合室和扩压管组成。

    工作原理:压力较高的工作蒸汽,经喷嘴高速喷射出来,在喷嘴处将位能转变为动能,压力降低,速度提高,将被抽入混合室内和工作蒸汽接触,接受动能,随工作蒸汽一起进入扩散管喉部,在这里两种介质充分进行混合,并进行热量交换,然后混合液体在扩散管段内,降低速度升高压力,最后由出口排出。

    蒸汽喷射器具有结构简单,制造容易,操作稳定,效率持久等优点。目前在蒸发、结晶、精镏、空调、制冷、冶金等行业中获得应用。

    6.分离器 分离器全部用不锈钢制造,内外表面抛光,在上部有灯孔,下部开有视孔。由于溶液的发泡性,二次蒸气对溶液的机械破坏性和溶液的闪蒸使溶液成为雾沫状,并被二次蒸气夹带离开蒸发器。这种雾沫状的溶液于二次蒸气在分离器中进行分离,从而建设料液的损失,同时防止污染管道与其他蒸发器的加热面。分离器又称捕集器除沫器,有惯性型、离心型及表面型三大类。其原理为带有液滴的二次蒸气沿分离室的壳壁成切线方向进入,使气流产生旋转运动。液滴在离心力作用下被甩到分离器面而分离出来,二次蒸气则由顶部出口排出。

    7.冷凝器 由末效蒸发罐排出的蒸汽进入冷凝器凝缩,形成真空而使这些设备获得足够低的压力和沸点,在蒸发中,还可使首效和末效之间温度差增大,提高蒸发效能。冷凝器有多种形式,从冷凝方式壳分为接触式和表面式两种。接触式是蒸汽和水直接混合,效能很高,表面式是蒸汽和冷水不接触,用金属壁分开,由此金属壁进行交换,其效能较低。接触式冷凝又分为干式和湿式,干式式不凝气和冷凝水分别排出,由干式往复式真空泵抽走。湿式式不凝气与冷凝水一起由水环式真空泵排出,或用水喷射器一起抽走,干式冷凝器的蒸汽和冷水互为逆流,而湿式多为顺流即蒸汽与水同方向流动。

    第4章 设计计算 4.1 物料衡算 总蒸发水量:
    解得:
    式中:
    —— 鲜奶入料浓度,12% —— 鲜奶出料浓度,48% —— 原料液流量(Kg/h) W —— 总蒸发量(Kg/h) 总蒸发量W应等于各效蒸发量总和:
    式中:
    —— 一效蒸发量(Kg/h) —— 二效蒸发量(Kg/h) —— 三效蒸发量(Kg/h) 4.2 热量衡算 4.2.1热压泵的喷射系数 被吸入的低压蒸汽与高压引射蒸汽的质量比 式中:--低压汁气,kg/h --高压引射蒸汽kg/h 计算热压泵喷射系数: 式中: —— 高压引射蒸汽与其绝压绝热膨胀到吸入低压汁汽压力时的焓值差 —— 低压吸入汁汽由其绝压绝热浓缩到混合蒸汽的绝压时的焓值差 查焓熵图得:
    , 则 :
    所以:
    (1)
    式中: —— 进入杀菌器的蒸汽量()
    D —— 进入一效蒸发罐的蒸汽量()
    D —— 进入二效蒸发罐的蒸汽量()
    —— 进入三效蒸发罐的蒸汽量()
    —— 高压引射蒸汽量 ()
    —— 低压汁汽量 ()
    各温度下蒸汽和液体焓值 温度(℃)
    液焓h(kJ/kg)
    汽焓H(kJ/kg)
    5 20.94 2500.80 35 146.54 2559.00 44 184.22 2576.00 45 188.41 2577.80 55 230.27 2596.70 57 238.65 2600.54 65 272.14 2615.50 70 293.08 2624.30 83 347.50 2647.60 92 385.19 2663.40 105 440.03 2685.00 4.2.2杀菌器的热量衡算 杀菌器用汽量经传热后,全部冷凝为同温度下的水,其排入一效蒸发罐以利用部分余热[1]。

    对杀菌器进行热量衡算:
    输入系统的能量=输出系统的能量:
    代入数值得:
    解得:
    4.2.3一效蒸发罐的热量衡算 代入数值得:
    整理得:
    (2)
    4.2.4效间加热器热量衡算 输入系统的能量=输出系统的能量:
    代入数值得:
    解得:
    (3)
    4.2.5三效蒸发罐的热量衡算 代入数值得:
    整理得:
    (4)
    4.2.6二效蒸发罐的热量衡算 代入数值得:
    整理得:
    (5)
    4.2.7总热量衡算 由(1)、(2)、(3)、(4)、(5)五个方程联立得 则 符合要求 4.3 蒸发罐设计计算 4.3.1 传热量的计算 各效传热量为:
    各效传热系数:
    各效温差均为:
    则各效换热面积为:
    4.3.2 各效蒸发罐设计 1.一效蒸发罐 传热面积,降膜蒸发器加热管长径比为125~250[3],选用的不锈钢管,管长8m。

    则管数:根 管子按正六边形排列,管子中心距为48mm。

    一效蒸发罐排管示意图4-1 图4—1 一效蒸发罐排管 排列后的直径为:456.45mm 小端直径为:456.45+35×2=526.45mm ,圆整为550mm 大端直径为:456.45+35×2+2×38×1.25=621.45mm ,圆整为650mm 2.二效蒸发罐 传热面积,降膜蒸发器加热管长径比为125~250[3],选用的不锈钢管,管长8m。

    则管数:根 管子按正六边形排列,管子中心距为50mm。

    二效蒸发罐排管示意图4-2 图4—2 二效蒸发罐排管 排列后的直径为:384.41mm 小端直径为:384.41+35×2=454.41mm ,圆整为450mm 大端直径为:384.41+35×2+2×38×1.25=544.41mm ,圆整为550mm 3.三效蒸发罐 传热面积,降膜蒸发器加热管长径比为125~250[3],选用的不锈钢管,管长8m。

    则管数:根 管子按正六边形排列,管子中心距为50mm。

    三效蒸发罐排管示意图4-3 图4—3 三效蒸发罐排管 排列后的直径为:338mm 小端直径为:338+35×2=408mm ,圆整为400mm 大端直径为:338+35×2+2×38×1.25=503mm ,圆整为500mm[5] 周边流量较核:
    由 则有:
    因此蒸发罐不需要分程。

    4.蒸发罐强度较核 (1) 临界长度计算:
    假设筒体为短圆筒,蒸发罐筒体厚度为。

    则有:
    故一效为短圆筒,二三效为长圆筒。

    (2)壁厚较核:
    筒体外径:
    E —— 弹性模量, 则有:
    所以所取壁厚满足要求 4.3.3 各效预热盘管的设计计算 已知各效预热器传热系数:
    1.一效预热盘管 传热量:
    对数平均温差:
    传热面积:
    选用不锈钢管,则预热盘管长为:
    一效预热盘管内径为:,则盘管圈数为:
    圈 高度:
    2.二效预热盘管 传热量:
    对数平均温差:
    传热面积:
    选用不锈钢管,则预热盘管长为:
    二效预热盘管内径为:,则盘管圈数为:
    圈 高度:
    3.三效预热盘管 传热量:
    对数平均温差:
    传热面积:
    选用不锈钢管,则预热盘管长为:
    三效预热盘管内径为:,则盘管圈数为:
    圈 高度:
    4.效间加热器 传热量:
    对数平均温差:
    传热面积:
    选用不锈钢管,则预热盘管长为:
    三效预热盘管内径为:,则盘管圈数为:
    圈 高度:
    图4-4 一效蒸发罐 4.3.4 分离器直径和高度的设计 采用近似比例法,该法是根据下列公式计算分离器内径[6] 式中:
    ——气体所夹带的液体量 ——速度比,根据经验一般取0.44 式中:
    ——操作时单位时间蒸发的二次蒸汽体积, —— ——70 所以:
    m 分离器的高径比:
    所以 一效分离器示意图4-5 图4-5 一效分离器 4.4 杀菌器计算 传热量:
    对数平均温差:
    传热面积:
    选用不锈钢管,则管长为:
    取管数为7,则杀菌器的高度为:
    杀菌器布管示意图4-6 图4—6 杀菌器布管 确定杀菌器直径:
    管间距:
    管壳距:
    取杀菌器内径为:
    壁厚:
    4.5 保温管的设计 从杀菌器出来的牛奶,温度为,经保温管内保温24秒,从而达到杀菌的目的。牛奶的质量流量为,密度为。

    则体积流量为:
    取保温管的管长为8 则牛奶流速为:
    则保温管其面积为:
    根据 即:保温管内径为70mm 所以:
    取管子规格为的不锈钢管作保温管。

    4.6 热能压缩泵的设计 热压泵如图所示 图4-7 热压泵 热压泵的喷射系数 由热量衡算和物料衡算可知,热压泵的工作蒸汽消耗量 4.6.1拉伐尔喷嘴的计算 1.喉部直径 式中:
    —— 工作蒸汽量(高压引射蒸汽)()
    —— 工作蒸汽的绝压()
    —— 计算到小数点后二位 所以:
    取圆整得:
    2.喉部长度 喉部长度一般取,本次设计为了降低磨损,取。

    3.出口直径 式中 :
    —— 工作蒸汽量(高压引射蒸汽)()
    —— 高压引射蒸汽绝热膨胀到汁汽压力时的比容()
    —— 高压引射蒸汽绝热膨胀到汁汽压力时的焓差()
    一效汁汽温度为,所以汁汽密度为:
    所以:
    取圆整得:
    4.入口直径 取圆整得:
    5. 喷嘴长 入口角度为,锥角取 喷嘴长:
    取圆整得:
    4.6.2泵体的基本尺寸 1.直径 式中 :
    ——高压引射蒸汽量 —— 吸入低压汁汽量 —— 混合汽的背压 带入数值得:
    取圆整得:
    2.混合室长度 泵体混合室长度是指从喷嘴出口到泵体喉部的距离,此长度直接影响值和混合汽的背压[5]。当过长时射流面积增加,混合室汽量增多,容易引起汁汽倒灌入热压泵中,不能正常工作,背压不能满足要求,当过短时,蒸汽射流短,造成混合汽量不足,影响到蒸汽量的消耗。

    时 取圆整得:
    如果泵体喉部直径时,即为所计算的,如果泵体的喉部直径时,即为所计算的,由计算结果可知,所以 式中:
    —— 混合室锥形母线与水平线的夹角, 所以:
    取圆整得:
    喉部为圆柱形,长度为L=(4~8), 取 3.合室入口直径 混合室锥角为,其入口直径按其与拉伐尔喷嘴所构成的环形空间截面积应等于汁汽吸入管的截面积,从而使汽速变化不大,依此确定混 合室入口直径。

    取圆整得:
    4.6.3扩压室的设计计算 扩压角为,出口直径 按汽速为40来确定 式中:
    ——速度 取圆整得:
    4.7 预热器的设计 拟定将的鲜奶经预热器预热至,使用的三效汁汽提供热源,以充分利用热能。

    传热量:
    对数平均温差:
    传热面积:
    选用不锈钢管,则预热器管长为:
    采用双层盘管,内径取,外径取。

    圈 所以分别取圈。

    取预热器直径为,壁厚取为。选取,的标准椭圆形封头作为上下封头,其曲面高度为,直边高度为,封头以焊接方式与预热器的筒体连接。

    取节距取为,则预热器的高度为:
    所以 取预热器高为1400mm。

    4.8 管路设计计算 4.8.1蒸汽矩形管道设计 根据实践经验,此矩形通道之高径比为2∶1最好,即:,取汽速为 1.一效矩形管道设计 则由 则 2.二效矩形管道设计 则由 则 3.三效矩形管道设计 则由 则 考虑到制造方便,外形美观且使分离器达到最佳效果,故各级分离器矩形通道选取同一尺寸:
    4.8.2汁汽管设计 1.一效至二效汁汽管 汽速:
    蒸汽量:
    蒸汽密度:
    传热面积:
    因此 2.二效至三效汁汽管 汽速:
    蒸汽量:
    蒸汽密度:
    传热面积:
    因此 3.三效至预热器 汽速:
    蒸汽量:
    蒸汽密度:
    传热面积:
    因此 4.8.3物料管设计 牛乳密度:
    汽速:
    1.保温管至一效蒸发罐的物料管的设计 牛乳流量:
    传热面积:
    因此 选取的不锈钢管 2.一效至二效蒸发罐的物料管的设计 牛乳流量:
    传热面积:
    因此 选取的不锈钢管 3.二效至三效蒸发罐的物料管的设计 牛乳流量:
    传热面积:
    因此 选取的不锈钢管 4.9 混合冷凝器的设计 4.9.1冷凝器计算 1.热量横算 式中:
    ——预热器中需要用的蒸汽量()
    ——时饱和蒸汽的汽化潜热, 代入数值得:
    解得:
    所以:
    2. 的计算 式中:
    ——进入冷凝器的二次蒸汽的焓值, ——进入冷凝器的二次蒸汽量, ——水的比热, ——冷却水的初始温度, ——水凝混合物的排出温度, 代入数值得:
    3.冷凝器的直径 蒸汽在底部横截面上的汽速,取 式中:
    ——蒸汽的比容, 则:
    取 4. 进水口直径 取流速为,则进水口直径为:
    5. 蒸汽进口直径 取汽速为,则蒸汽进口直径为:
    6.大气腿内径 取圆整得:
    4.9.2多孔淋水板的设计 1. 淋水板板间距 采用上密下稀的不等距排列,则淋水板自下而上的板间距为:
    所以,采用4块淋水板 2. 弓形淋水板宽度 a .顶层弓形板宽度:
    b .其他各层弓形板宽度:
    3.淋水板的堰高 当,取 当,取 因为,所以取 4. 淋水孔径 不循环使用的洁净冷却水选;若冷却水质量差或循环使用时选;
    本设计取 5. 淋水孔数 a 顶层圆缺形淋水板,要求全部水量通过淋水孔,则孔数为:
    b 其余各板,考虑有50%冷却水是过堰流溢,只有50%水通过淋水孔, 则其余各层孔数为:
    6. 冷凝器总高Z 取上、下空间各为0.6m 则:
    4.10 真空泵的设计与选择 4.10.1总不凝气量 抽出的不凝气体由三部分组成:
    ① 溶于水中被蒸汽带入的空气量;

    ② 冷却水逸出的量;

    ③ 冷却时漏入的空气量。

    计算的方法:
    ① 溶于水中被蒸汽带入的空气量:
    ② 冷却水逸出的量为:
    ③ 每冷凝1kg蒸汽平均漏入空气约为0.01kg, 则冷却时漏入的空气量为:
    所以总不凝气量为:
    4.10.2真空泵的排气体积 V 把排出气体换算成在吸入状态下的体积:
    吸入状态 ℃ 吸入压力 (40℃饱和水蒸气的压力)
    则 :
    常压 空气在标准状态下的密度1.205 kg/m3 所以:
    4.10.3真空泵的选择与确定 选择真空泵的抽汽能力时,按选用:
    取抽气量:
    所以选择SZ-4型水环真空泵 4.10.4输送泵的选择 由于本系统属于真空操作,所以选择自吸式卫生泵,它具有易拆开,便与清洗,符合食品卫生要求,还有自吸的特性。

    1.向系统内输送奶用泵的选择:根据计算, 即Q=6.5,选WB-7型;

    2.各效奶的输送与凝结水输送用泵的选择:
    根据乳品工业的特点,选用内吸式奶泵 一效至二效的奶流量为4248.89Kg/h,故选WB-5型 二效至三效的奶流量为2960.62Kg/h,故选WB-3型 3.为了便于选择和安装,根据计算冷凝水输送泵统一选用。

    选WB-4型。

    4.11 CIP局部清洗系统 CIP设备一般包括清洗液储罐,清洗喷头,送液泵管路管件以及程序控制装置,连同待清洗的全套设备,组成一个清洗循环系统。由预先设定的程序,输入计算机,根据工艺条件,进行全自动操作。由于CIP系统具有工作效率高,工人劳动强度低,且操作过程全在密闭的管路中进行,符合食品卫生和环境卫生,所以在设计中采用CIP自动清洗系统。

    第5章 安装前的准备要求与安装注意事项 1. 施工前一定要编制好施工组织设计或施工方案,并对具体情况制定安全技术措施。如吊装设备时,应准确掌握该设备的重量,以防起重机械超负荷吊装。

    2.根据现场的实际情况的确吊装方案,准备吊装工具;

    3.设备再楼板上安装时,应根据设备的重量校核楼板的荷重强度是否安全;

    4.按基础图的要求,打支架、支柱、多级水泵的基础;

    5.清洗部件,零部件内的泥沙、焊渣等杂物,避免堵塞管路或进入泵内,损坏零件;

    6.校对温度表、真空泵等仪表的准备性和灵活性;

    7. 熟悉施工地点周围环境,有针对性地提出预防措施。如现场要进行电焊、气焊时,应了解四周是否有易燃、易爆物品,否则应有专门防护措施。

    8. 在从事腐蚀、粉尘和有毒作业时,施工前要认真检查防护措施是否落实,劳保用品是否齐全,并对施工人员进行安全教育,患有皮肤病或过敏反应者不宜参加。

    9.各泵安装时,应注意其入口连接的严密性。在锁紧之前的自然状态下,泵的入口平面和连接平面同心;

    10.连接设备的压力表/真空表接管时,在与设备各接头端应弯至向上的弯或一周圆盘;

    11.温度表长为尾线安装避免挤压/弯曲部分的半径不小于5cm;

    12. 施工前应详细检查所用机械、工具,其传动和危险部位都要安装防护装置 13. 设备安置须进行交叉作业的,必须设置安全网或其他隔离措施,否则不许施工人员在同一垂直线的下面工作。

    结论 随着毕业日子的到来,毕业设计也接近了尾声。经过三个月的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结,但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验,而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识欠缺很多。自己要学习的东西还太多,通过这次毕业设计,我才明白学习是一个长期积累的过程,在以后的工作、生活中都应该不断的学习,努力提高自己知识和综合素质。

    本次设计本着全面、合理、经济的原则,应尽量减少损失,降低成本,充分的考虑到了经济效益,因地制宜的进行选材和设计,努力达到经济合理、技术先进质量达标、操作方便、能耗低、无污染的设计的目标,而且采用了部分国外先进的技术应用于本次设计中。

    在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了,同学之间互相帮助,有什么不懂的大家在一起商量,听听不同的看法对我们更好的理解知识,所以在这里非常感谢帮助我的同学。

    由于设计水平有限,在整个设计过程中必定存在着一些不足和错误,望各位老师给予审阅、指导、批评与指正。

    参考文献 .乳品工业手册.轻工业出版社.北京,1987 .中华人民共和国行业标准HG20580~20585—1998.国家石油和化学工业局发布.北京,1998 .夏青,称常贵,《化工原理》上册,天津大学出版社 .夏青,称常贵,《化工原理》下册,天津大学出版社 .柴诚敬等编《化工原理课程设计》,天津科学技术出版社,1994 .王明辉,《化工原理单元过程课程设计》,化学工业出版社,2002 .中国电机工程学报,刘晶,机械工业出版社.北京, 2008年11期 .高等学校化学学报,周桓,崔世广,沙作良,袁建军,化学工程手册.化学工业出版社.北京, 2008年10期 .化工部工程建设标准主编中心.钢制管法兰、垫片、紧固件.第一版.化学工业部.北京,1991 . Frederick, W. J.; Noopila, T.; Hupa, M. Combustionbehavior of black liquor at high solid firing. Tappi J. 1991, 74 (12),163-170. . Karvinen, R.; Hyoty, P.; Siiskonen, P. The effect of drysolids content on recovery boiler furnace behavior. Tappi J. 1991,74 (12), 171-177. . Hough, G. Chemical Recovery in the Alkaline PulpingProcesses, 1st ed.; TAPPI Press: Atlanta, GA, 1985. 致 谢 三个月的毕业设计已经圆满结束,在本次设计中,感谢我的指导教师xxx老师和过控教研室的各位老师在我设计过程中给予的指导和帮助,感谢同组同学的鼓励和提供的资料,使我从中学到不少东西,增加了见识,对专业知识又有了更深一步的了解。通过自己的努力和在指导教师xxx老师的帮助下,让我很快就感受到设计的快乐并很快的融入其中,通过将书本上的知识应用于实践当中,提高了我的专业知识水平、对国家标准的了解水平计算机和CAD绘图水平。通过设计考察了我的综合能力,将我大学所学的知识进行了检察,对我以后的工作和学习有非常重要的帮助和意义。在此,谨向在设计中给予我帮助的指导教师xxx及过控教研室的各位老师致以忠心的感谢!

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