【正文】 and improvement. In recent years, falling film type abnormity vertical board evaporator stand out, milk powder processing equipment in the concentration of the link to be used extensively, and has won good ments. Falling film type abnormity vertical board evaporator is according to film heat transfer theory and plate heat exchanger principle developed a kind of high efficiency, energy saving, new evaporation equipment, it and tube type drop membrane evaporator, pared with heat transfer efficiency high heat transfer efficiency high, raw material is heated time is short, hang shoes few, is not easy to be scaling and scaling easy to clean, and many other advantages. But, by falling film type abnormity vertical board evaporator for the full set of the concentration equipment production equipment design and its milk powder criterion still preliminary stage of development, place is to research and development. This paper core to falling film type different vertical board evaporator for the full set of the concentration equipment production equipment milk powder structure and type design. Keywords: Different vertical plate Falling film Evaporator 目 錄前言 1第一章 流程設(shè)計(jì) 2 2 2第二章 工藝計(jì)算 4 4 4 4 5 5 6 6 7 8 12 12 13 14 14 W 14 u 14 Hμ 15第三章 主體設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 16 第二效蒸發(fā)器筒體設(shè)計(jì) 16 第一效蒸發(fā)器筒體設(shè)計(jì) 18 18 18 第一效蒸發(fā)器換熱板設(shè)計(jì) 18 第二效蒸發(fā)器換熱板設(shè)計(jì) 19 19 20 21 21 21 22 23 24 24 26 26第四章 附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型 27 27 27 27 28 28 28 29 29 29 29 29 30 30 30第五章 附件的設(shè)計(jì)與選型 32 32 32 33 34 35 36 37 37 38 39 39 第二效蒸發(fā)器物料出口與分離器進(jìn)口之間的接管 40 第二效分離器物料出口與產(chǎn)品輸出泵之間的接管 40 產(chǎn)品輸出管上三通與濃縮液儲罐之間的接管 41 42 43 43 43 44 44結(jié)論 45參考文獻(xiàn) 46致 謝 47天津理工大學(xué)2011屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書前言我國是世界上生產(chǎn)乳類產(chǎn)品的大國，特別是奶粉產(chǎn)品的加工生產(chǎn)在我國的食品加工行業(yè)內(nèi)具有重要地位。因此，為了創(chuàng)造更高的商品價(jià)值和生產(chǎn)效率，我國的食品機(jī)械設(shè)計(jì)人員不斷實(shí)現(xiàn)加工設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新與改進(jìn)。近年來，降膜式異形豎板蒸發(fā)器脫穎而出，在奶粉加工設(shè)備的濃縮環(huán)節(jié)被廣泛使用，并且獲得好評。但是，由降膜式異形豎板蒸發(fā)器為濃縮設(shè)備的全套奶粉生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)及其規(guī)范仍處初步發(fā)展階段，尚待研究與發(fā)展。因此本人以《奶粉生產(chǎn)設(shè)備的成套設(shè)計(jì)》為題，對于以降膜式異形豎板蒸發(fā)器為濃縮設(shè)備的全套奶粉生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行了結(jié)構(gòu)與選型設(shè)計(jì)。在此論文中，本人對于全套奶粉生產(chǎn)設(shè)備中，不同工藝操作的設(shè)備分為主要設(shè)備和此要設(shè)備，有主次地做出了論述與說明。首先，降膜式異形豎板蒸發(fā)器作為該套奶粉生產(chǎn)設(shè)備的濃縮設(shè)備，本人將其視為本設(shè)計(jì)的主要設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其附屬部件的設(shè)計(jì)。降膜式異形豎板蒸發(fā)器，亦稱外流板式降膜蒸發(fā)器或自由流板式降膜蒸發(fā)器，它在輕工業(yè)及食品工業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，在我國異形豎板降膜蒸發(fā)器多用于造紙行業(yè)，在食品發(fā)酵行業(yè)已用于酒糟廢液和味精廢液的濃縮。又由于降膜式異形豎板蒸發(fā)器具有處理高熱敏性和高粘度物料的突出優(yōu)勢，因此，該設(shè)備極適用于乳類的加工生產(chǎn)。降膜式異形豎板蒸發(fā)器是根據(jù)薄膜傳熱理論和板式換熱器原理發(fā)展起來的一種高效，節(jié)能、新型蒸發(fā)設(shè)備,它與管式降膜蒸發(fā)器相比，具有傳熱效率高、物料受熱時(shí)間短、掛料量少、不易結(jié)垢且結(jié)垢易清洗等諸多優(yōu)點(diǎn)。此外，特別值得指出的是這種蒸發(fā)器一改傳統(tǒng)的物料走管內(nèi)，使蒸汽走管外的方式，物料在傳熱元件外表面自由降膜蒸發(fā)濃縮。即異形豎板降膜蒸發(fā)器中物料在加熱元件外表面靠重力自由降膜蒸發(fā)濃縮，這不僅給與物料接觸的傳熱元件外表面的精加工帶來有利的條件，而且更為重要的是加熱表面易于清洗，對易結(jié)垢的物料十分有利；不僅給與物料接觸的加熱元件表面的精加工提供了極為有利的條件，而且便于觀察液膜的流動(dòng)情況。降膜式異形豎板蒸發(fā)器對于處理熱敏性物料具有明顯的優(yōu)勢，因此，正是由于鮮牛奶的熱敏性強(qiáng)及粘度高，近年來我國的奶粉生產(chǎn)企業(yè)逐漸青睞于物料受熱時(shí)間短且掛料少的降膜式異形豎板蒸發(fā)器。另外，乳粉的濃縮設(shè)備是消耗能源最多的單元之一，因此在今天節(jié)能第一的時(shí)代，降膜式異形豎板蒸發(fā)器可以大大減少奶粉生產(chǎn)設(shè)備的耗能。其次，除降膜式異形豎板蒸發(fā)器外，其他的工藝操作的設(shè)備因?yàn)橐延休^成熟的規(guī)范及設(shè)計(jì)手冊，在本設(shè)計(jì)中僅作這些設(shè)備的選型設(shè)計(jì)。這些設(shè)備包括了鮮牛奶的殺菌設(shè)備、預(yù)熱設(shè)備以及干燥成粉設(shè)備，另外還有加熱蒸汽的部分供應(yīng)系統(tǒng)。為滿足這些設(shè)備能夠高效地同降膜式異形豎板蒸發(fā)器配合工作，本人查找了大量參考文獻(xiàn)，經(jīng)過全面對比，選用了合理的配套設(shè)備，并詳盡地?cái)⑹隽诉x型依據(jù)、過程以及參考文獻(xiàn)。最后，對于部分附件如：接管、監(jiān)測儀表、保溫層及閥門作了簡略選型。第一章流程設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)內(nèi)容是由鮮牛奶的殺菌開始，逐步對于預(yù)熱設(shè)備、濃縮設(shè)備和干燥成粉設(shè)備進(jìn)行了逐一設(shè)計(jì)，并且形成了一全套設(shè)備的工藝流程。該工藝流程的流程草圖見下圖 （）：圖 工藝流程Fig. The Technical process本設(shè)計(jì)中，將濃縮設(shè)備作為主要設(shè)計(jì)對象，因此首先要對其進(jìn)行選型。蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)型式很多，應(yīng)按生產(chǎn)過程的要求選擇適宜的蒸發(fā)器型式。選型時(shí)一般應(yīng)考慮以下原則：（1）滿足生產(chǎn)要求，保證產(chǎn)品質(zhì)量；（2）生產(chǎn)能力較大；（3）構(gòu)造簡單操作維修方便；（4）經(jīng)濟(jì)實(shí)用。另外，要充分考慮到加工對象的性質(zhì)，鮮牛奶是該設(shè)備的加工對象，其具有高熱敏性和高粘度的特性。而膜式蒸發(fā)器的特點(diǎn)為：溶液沿加熱管壁呈膜狀流動(dòng)而進(jìn)行傳熱及蒸發(fā)，而溶液只通過加熱室一次即達(dá)到濃縮要求，由于蒸發(fā)速度快溶液在蒸發(fā)器內(nèi)停留時(shí)間短，故特別適用于處本設(shè)計(jì)。降膜式蒸發(fā)器在液態(tài)奶的前處理階段主要作用是經(jīng)過巴氏滅菌(滅菌溫度78℃)和預(yù)熱（預(yù)熱溫度70℃）的奶液進(jìn)入到中蒸發(fā)器中可充分蒸發(fā)出水分。另外，當(dāng)蒸發(fā)溫度為60～65℃時(shí)，％％ ，即經(jīng)過濃縮提高奶液干物質(zhì)含量，同時(shí)去除奶液中的膻味及不良?xì)馕?。用于液態(tài)奶蒸發(fā)的單效其濃縮比較小，蒸發(fā)時(shí)間短、降膜管周邊潤濕量較大。最后，為了更好的達(dá)到節(jié)能高效的目的，本設(shè)選用真空并流雙效流程。該流程是料液與蒸汽的流向始終相同，具有的優(yōu)點(diǎn)是在：溶液在各效間的流動(dòng)不需要用泵來輸送；其次，由于前一效溶液的沸點(diǎn)比后一效高，因此當(dāng)前一效料液進(jìn)入后一效時(shí)，便呈過熱狀態(tài)而立即蒸發(fā)，產(chǎn)生更多的二次蒸汽，增加了蒸發(fā)器的蒸發(fā)量；并且真空的條件下，使物料保持低沸點(diǎn)、高效蒸發(fā)。第二章 工藝計(jì)算加工對象為鮮牛奶，其具有：粘度大、熱敏性強(qiáng)和易產(chǎn)生泡沫的特性。在本次設(shè)計(jì)中，鮮牛奶的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下：（1） 鮮牛奶的比重 ： ；（2） 鮮牛奶的粘度 ： cp ( 40 ℃ 情況下的全脂乳 ) ；（3） 鮮牛奶蒸發(fā)量 W ：1260 kg/h ；（4） 鮮牛奶的初始濃度 B0 ：12﹪ ；（5） 鮮牛奶的終了濃度 B2 ：40﹪ ；考慮到鮮牛奶的特性，根據(jù)文獻(xiàn)[1]，并通過實(shí)驗(yàn)測量。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)結(jié)果蒸發(fā)室設(shè)備類型蒸汽與物料溫差 Δt（℃）蒸汽溫度（℃）物料溫度（℃）真空度（Mp）加熱壓力（Mp）殺菌器套管管式超高溫瞬時(shí)滅菌機(jī)74784預(yù)熱器固定管板式換熱器187860第一效蒸發(fā)室異形豎板87870第二效蒸發(fā)室異形豎板87062 操作條件Table Operating Condition根據(jù)文獻(xiàn)[2]由以下公式進(jìn)行計(jì)算 ：W = S ( 1－B0 / B2 ) （）式中：S ——牛奶的處理量 ：kg/h ；B0——物料初始濃度 ； B2——物料終了濃度 。 由已知數(shù)據(jù)計(jì)算得 ：S = 1800 kg/h 。 根據(jù)文獻(xiàn)[2]由以下公式得到第一效二次蒸汽蒸發(fā)量W1與第二效二次蒸汽蒸發(fā)量W2的關(guān)系：W2 = （）式中：——蒸發(fā)系數(shù) ； ——自蒸發(fā)系數(shù) ； ——熱損失系數(shù) ；——平均比熱 ：kcal/（kg℃）。查文獻(xiàn)[2]得：=1；β2 =； = 。 查文獻(xiàn)[3]得： = kcal/（kg℃）( 70 ℃ 情況下的全脂乳 ) 。W = = W1 + W2 （）根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由（）、（）計(jì)算得 ：W1 = kg/h ；W2 = kg/h 。 根據(jù)文獻(xiàn)[2]由以下公式進(jìn)行計(jì)算 ：B1 = （） 由已知數(shù)據(jù)計(jì)算得 ： B1 = ℅ 。 D1根據(jù)文獻(xiàn)[2]由以下公式進(jìn)行計(jì)算： （）查文獻(xiàn)[2]得 ：α 1 = 1 ；= ； β1= 0 。 由已知數(shù)據(jù)計(jì)算得：D1 = kg/h 。 D2 D2 = W1 = kg/h D0由于采用雙效蒸發(fā)系統(tǒng)，則第二效二次蒸汽通入到第一效蒸發(fā)器，故通入雙效蒸發(fā)系統(tǒng)的生蒸汽量 ：D0 = D1 － W2 = kg/h 。 Da根據(jù)文獻(xiàn)[2]由以下公式進(jìn)行計(jì)算： （）式中：D——通入生蒸汽量 ：kg/h ；Ms ——物料處理量 ：kg/h ；——對數(shù)平均溫差 ：℃ ； ——水蒸汽汽化潛熱 ：kcal/kg 。查文獻(xiàn)[3]得 ： = kcal/（kg℃）( 4 ℃ 情況下的全脂乳 ) ；查文獻(xiàn)[4]得 ： = kcal/kg （ 78 ℃ 情況下的水蒸汽 ） ；另外 ，Ms = 2000 kg/h ； = to－ ti= 60℃－ 4℃ = 56℃ 。由已知數(shù)據(jù)計(jì)算得 ： Da = kg/h 。 Db 由公式（）進(jìn)行計(jì)算 ，查文獻(xiàn)[3]得 ： = kcal/（kg℃）( 60 ℃ 情況下的全脂乳 )；另外 ，Ms = S = 1800 kg/h ； = to－ ti = 70℃－ 60℃ = 10℃ 。由已知數(shù)據(jù)計(jì)算得 ： Db = kg/h 。 D D = = Da + Db + D0 = kg/h （1）第一效蒸發(fā)器傳熱量 Q1 ：根據(jù)文獻(xiàn)[2]由以下公式進(jìn)行計(jì)算： （）查文獻(xiàn)[4]得： = kcal/kg （ 78 ℃ 情況下的水蒸汽 ） ；另外 ，D = D1 = kg/h 。 由已知數(shù)據(jù)計(jì)算得 ： Q1 = kj 。（2）第一效蒸發(fā)器初步傳熱面積 ：根據(jù)文獻(xiàn)[2]由以下公式進(jìn)行計(jì)算：A = （）式中： K ——蒸發(fā)傳熱總系數(shù) ：W/（㎡℃） 。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測得： K = K1 = 2200 W/（㎡℃）( 78 ℃ 的情況下 ) 。