【正文】 備進行結(jié)構(gòu)與選型設(shè)計。因此，為了創(chuàng)造更高的商品價值和生產(chǎn)效率，我國的食品機械設(shè)計人員不斷實現(xiàn)加工設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新與改進。四．本題目研究內(nèi)容及預(yù)期目標：本題目研究內(nèi)容主要是蒸發(fā)器的發(fā)展趨勢，并要求在設(shè)計中保持其工藝性，以及諸如蒸發(fā)工藝操作流程怎樣合理安排、設(shè)計使整個系統(tǒng)工作更協(xié)調(diào)等等。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情況。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。與此同時，科技人天津理工大學(xué)教務(wù)處制表員提高降膜蒸發(fā)器設(shè)計的合理性，這也是節(jié)能措施的一個重要方面。并且也便于實現(xiàn)過程的自動化。由于乳液為熱敏性物料，這就要求其蒸發(fā)過程中溫度不宜過高，乳液在蒸發(fā)設(shè)備中的停留時間也不宜太長。此次畢業(yè)設(shè)計就是根據(jù)板式蒸發(fā)器的特點，總結(jié)前人的經(jīng)驗，設(shè)計出新型的板式蒸發(fā)器。天津理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計開題報告屆：2011 學(xué)院（系）：機械工程學(xué)院 專業(yè)：過程裝備與控制工程2011年 3 月 15 日課題名稱奶粉生產(chǎn)設(shè)備的成套設(shè)計學(xué)院名稱機械工程學(xué)院專業(yè)名稱過程裝備與控制工程學(xué)生姓名指導(dǎo)教師 一．本題目研究的目的及意義：這次畢業(yè)設(shè)計所涉及的范圍涵蓋了我大學(xué)四年來所修的主要課程內(nèi)容，通過這次設(shè)計可以提高我對專業(yè)知識的綜合利用能力，將所學(xué)到的知識運用得更加靈活自如，為將來參加工作、獨立解決問題打下良好的基礎(chǔ)。而且在降膜蒸發(fā)器中，乳液的蒸發(fā)溫度低，受熱時間短，營養(yǎng)成份損失少，有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量，保持良好的色、香、味。二、設(shè)計內(nèi)容和要求：（說明書、專題、繪圖、試驗結(jié)果等） ：本設(shè)計主要是根據(jù)板式蒸發(fā)器的特點，總結(jié)前人的經(jīng)驗，設(shè)計出新型的板式蒸發(fā)器，已達到牛奶濃縮的目的。另外，這種裝置的一大突出的優(yōu)點就是節(jié)能。它采用了波紋狀的異性板片來代替了傳統(tǒng)的長管式加熱元件，液體自上而下自由流動，且降膜蒸發(fā)。與此同時，科技工作者還致力于提高降膜蒸發(fā)器設(shè)計的合理性，這也是節(jié)能措施的一個重要方面。并且也便于實現(xiàn)過程的自動化。由于乳液為熱敏性物料，這就要求其蒸發(fā)過程中溫度不宜過高，乳液在蒸發(fā)設(shè)備中的停留時間也不宜太長。此次畢業(yè)設(shè)計就是根據(jù)板式蒸發(fā)器的特點，總結(jié)前人的經(jīng)驗，設(shè)計出新型的板式蒸發(fā)器。牛乳之所以深受人們的喜愛，是因為它有以下特點：牛乳經(jīng)殺菌后不需要進行任何調(diào)理劑可使用；牛乳可以被人體幾乎全部消化吸收；牛乳含有各種營養(yǎng)成份，適合人體生理需要；牛乳還有能促進人體生長發(fā)育以及維持健康水平的幾乎一切必需的營養(yǎng)成份；為了取得與牛乳同等量的營養(yǎng)成份，若用其他谷物提供，在數(shù)量上要比牛乳多消耗好幾倍。因此，牛乳可以被認為是迄今為止的一種比較理想的營養(yǎng)食品。濃縮是許多乳制品生產(chǎn)過程中的一個重要工序。為了適應(yīng)這一要求，真空降膜蒸發(fā)設(shè)備被廣泛用來進行乳液的濃縮。但對于管式降膜蒸發(fā)器，卻存在不少的缺點，主要有：物料不能循環(huán)；當(dāng)管內(nèi)流體速度較大時，會引起液體分布不均，造成傳熱系數(shù)下降，并有干壁現(xiàn)象發(fā)生，這在食品加工行業(yè)中是絕對不允許的。降膜板式蒸發(fā)器目前還處于探索階段。由于布液器的均勻布液，加熱面的有效利用率高。和強制循環(huán)的其他設(shè)備相比，循環(huán)泵所需動力只是強制循環(huán)的1/3的，如果在配置一定的節(jié)能裝置，如在二次蒸汽的出口處配置合適的水力噴射裝置，重新利用二次蒸汽，從而可使蒸汽的用量減少，節(jié)省了加熱能源。 由于乳液為熱敏性物料，這就要求其蒸發(fā)過程中溫度不宜過高，乳液在蒸發(fā)設(shè)備中的停留時間也不宜太長。并且也便于實現(xiàn)過程的自動化。二．本題目國內(nèi)、外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢：牛乳深受人們的喜愛，這是因為它有以下特點：牛乳經(jīng)殺菌后不需要進行任何調(diào)理劑可使用；牛乳可以被人體幾乎全部消化吸收；牛乳含有各種營養(yǎng)成份，適合人體生理需要；牛乳還有能促進人體生長發(fā)育以及維持健康水平的幾乎一切必需的營養(yǎng)成份；為了取得與牛乳同等量的營養(yǎng)成份，若用其他谷物提供，在數(shù)量上要比牛乳多消耗好幾倍。濃縮是許多乳制品生產(chǎn)過程中的一個重要工序。為了適應(yīng)這一要求，真空降膜蒸發(fā)設(shè)備被廣泛用來進行乳液的濃縮。但對于管式降膜蒸發(fā)器，卻存在不少的缺點，主要有：物料不能循環(huán)；當(dāng)管內(nèi)流體速度較大時，會引起液體分布不均，造成傳熱系數(shù)下降，并有干壁現(xiàn)象發(fā)生，這在食品加工行業(yè)中是絕對不允許的。這種設(shè)備不僅具有如此多的優(yōu)點，而且還隱藏著巨大的發(fā)展?jié)摿?。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)。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)備因為已有較成熟的規(guī)范及設(shè)計手冊，在本設(shè)計中僅作這些設(shè)備的選型設(shè)計，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)。預(yù)期目標是根據(jù)指導(dǎo)老師的指導(dǎo)思路，結(jié)合現(xiàn)有條件獨立設(shè)計出題目所要求的蒸發(fā)設(shè)備。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。關(guān)鍵詞：異型豎板式 降膜 蒸發(fā)器Design on Falling Film Evaporator in Irregularshaped RiserABSTRACTOur country is the world production of products of the big country, breast milk powder products processing and production, especially in the food processing industry in our country has the important position. Therefore, in order to create higher modity value and the production efficiency, our country39。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)計及其規(guī)范仍處初步發(fā)展階段，尚待研究與發(fā)展。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。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。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)備因為已有較成熟的規(guī)范及設(shè)計手冊，在本設(shè)計中僅作這些設(shè)備的選型設(shè)計。第一章流程設(shè)計本設(shè)計內(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)備進行了逐一設(shè)計，并且形成了一全套設(shè)備的工藝流程。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。用于液態(tài)奶蒸發(fā)的單效其濃縮比較小，蒸發(fā)時間短、降膜管周邊潤濕量較大。在本次設(shè)計中，鮮牛奶的設(shè)計數(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[1]，并通過實驗測量?！妫?。W = = W1 + W2 （）根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由（）、（）計算得 ：W1 = kg/h ；W2 = 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 。由已知數(shù)據(jù)計算得 ： Da = 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[2]由以下公式進行計算： （）查文獻[4]得： = kcal/kg （ 78 ℃ 情況下的水蒸汽 ） ；另外 ，D = D1 = kg/h 。經(jīng)實驗測得： K = K1 = 2200 W/（㎡ 根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由公式（）計算得 ： Q2 = kj 。根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由公式（）計算得 ： = ㎡ 。 Re 根據(jù)文獻[5]由以下公式進行計算： ()式中：Re ——牛奶的處理量 ：kg/h ；——換熱板單面上的牛奶處理量 ：kg/h ；b ——換熱板寬度 ：m ； μ l——液相的動力粘度 ：Pas ( 70 ℃ 情況下的全脂乳 ) 。 Pr1 ；根據(jù)文獻[5]由以下公式進行計算 ： Pr = ()式中：——平均比熱 ：kcal/（kg℃）( 70 ℃ 情況下的全脂乳 ) ；λl = w/（mk）；νl——液相的動力粘度 ：㎡/s ；g ——重力加速度 ：m/s2 。k） 。根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由公式（）、()、 ()計算得 ：X1 = ㎡ ；Y1 = ㎡ ；qm1 = j/㎡ 。（1）第二效蒸發(fā)器極限熱負荷qm2 Re2查文獻[3]得： μl = Pa根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由公式（）、()計算得 ：2 = kg/h ； Re2 = 。根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由公式（）計算得 ：Pr 2 = 。k） 。（3）第二效蒸發(fā)器傳熱面積A1的校核與取值因為q2＜ qm2 = j/㎡ = j/㎡ ,故設(shè)計合理 ，并將A2圓整為30 ㎡ 。因此，當(dāng)判定會發(fā)生“干壁現(xiàn)象”時，要通過計算得出需要的回流量來補充換熱板單面上流動的液相。 （2）判定第二效蒸發(fā)器是否需要回流因為第二效蒸發(fā)器換熱板下部的流量 ： = = 540 kg/h = kg/s Gmin2 ,所以第二效蒸發(fā)器需要計算回流量Smin2 。 W根據(jù)文獻[3]由以下公式進行計算 ：W = ()式中： ω——傳熱安全系數(shù) 。s) ； （2）第二效 u2 = 103 kg/(㎡鋼板經(jīng)冷卷機卷制而成筒體。(2) 筒體長度考慮到換熱板及布液器的高度， m 。故：因為L=2600＜Lcr 所以為短圓筒。(1)水壓試驗設(shè)計根據(jù)文獻[9]選用水作為試驗介質(zhì)，試用水應(yīng)當(dāng)控制Cl≤25106（質(zhì)量）。查文獻[8]得 ： 。，其他同第二效蒸發(fā)器的選取結(jié)果。根據(jù)文獻[9]，選用 ：JB57764 人孔DN450 。根據(jù)試驗測定，焊點的排列方式為等腰三角形時的傳熱效果較佳。各板接管以法蘭與總管連接，因而成為換熱板組。圖 圓形平蓋封頭[9]Fig. The roundness cover ellipse head1. 第二效蒸發(fā)器下封頭的選型根據(jù)各效蒸發(fā)器的操作條件，查文獻[9]，各效蒸發(fā)器上封頭選用 ：JB115473 橢圓封頭DN16006 16MnR（如圖 ）其規(guī)格為 ：h1 = 400 mm ；h2 = 25 mm ；S = 6 mm ；總重量為 137 kg 。厚度 ，因為材料為 ：1Cr17Ni14Mo2 根據(jù)文獻[6]得 ：[ ；c= ； ，則 ：d = di + 2c = 1600 + 。異形豎板降膜蒸發(fā)器能否充分發(fā)揮其性能，在相當(dāng)程度上取決于液體的分布狀況。本設(shè)計根據(jù)該蒸發(fā)器的蒸發(fā)操作條件，自行設(shè)計配用的異形豎板降膜蒸發(fā)器鮮牛奶進料分布器（）。（2）筒體封頭質(zhì)量 G2 = G上 + G下 = kg 。（6）換熱板 G6 = 112 = 1185 kg 。（9）保溫層 因為保溫材料重量過輕，所以保溫層的重量忽略不計。為了能夠在操作中了解到操作中的一些現(xiàn)象，并很好的預(yù)防一些不良現(xiàn)象的出現(xiàn)，需要在筒體上部直徑兩端，正對降液板的位置安裝一對視鏡。 其主要技術(shù)參數(shù)如下：在使用單泵情況下的生產(chǎn)能力為1500L/h ；牛奶進口溫度為4℃；殺菌溫度115℃；保溫時間3s；蒸汽進口78℃；；工作蒸汽壓力；設(shè)備重395kg，主機外形尺寸 ?！? ； Δtm = = ℃ 。㎡，㎡ ， 流量 m3/h 。s) 。查文獻[3]，三個泵皆選用RpgE6A型奶泵。根據(jù)蒸發(fā)器的操作條件，查文獻[5]，選用 ：SZ1型水環(huán)真空泵。在蒸發(fā)器換熱板中空內(nèi)內(nèi)會有大量不凝性氣體的存在，這會極大影響換熱板的熱效率，故換熱板中空需要真空泵從中空室內(nèi)抽出不凝性氣體。本設(shè)計根據(jù)操作條件的需要，選用壓縮式熱泵將第二效分離器產(chǎn)生的二次蒸汽的品位提高到與第一效蒸發(fā)器通入蒸汽品位相同的生蒸汽。其主要技術(shù)參數(shù)如下：；轉(zhuǎn)速為5600 r/min ；功率為 185 kw 。由文獻[4]得： （ 78℃情況下的水蒸汽 ） ；由文獻[6]得 ：u = 25 m/s ；另外 ，ms = D1 = kg/h = kg/s 。法蘭密封墊片 ：石棉橡膠墊片 DN200 。 圖 90176。（2）接管選型查文獻[8]，根據(jù)操作條件選用冷拔不銹鋼無縫鋼管，其具體規(guī)格與重量如下 ：鋼管材料 ：1Cr18Ni9Ti ； 鋼管壁厚 t = mm ； 鋼管外徑 ：89 mm ； 鋼管理論重量 P = kg/m 。（3）管件在管路折向處安裝彎頭。附件的設(shè)計與選型（1）法蘭查文獻[8]，根據(jù)操