【正文】 通過設(shè)計所得裝置與前人成果的對比得出，真空降膜式異形豎板蒸發(fā)器與其他類型蒸發(fā)器相比，具有傳熱效率高、物料受熱時間短、掛料量少、不易結(jié)垢且結(jié)垢易清洗等諸多優(yōu)點。 （3）管件因為回流管兩端口徑不同，所以需按裝異徑套，其規(guī)格查文獻(xiàn)[6]得 ：DN4020 , 在管路折向處安裝彎頭。（2）緊固件查文獻(xiàn)[8]，根據(jù)操作條件選用等長雙頭螺柱，其具體規(guī)格如下 ：HG20613 雙頭螺柱 M1060 40MnB 螺柱數(shù)量 ：4 ；配用螺母 ：GB6170 螺母 M10 A3 ；配用彈簧墊片 ：M10 40MnB 。法蘭墊片 ：石棉橡膠墊片 DN40 。（2）接管選型。根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由公式（）計算得 ：d = mm 。1．接管（1）計算管路內(nèi)徑取內(nèi)徑與第二效蒸發(fā)器物料進(jìn)口內(nèi)徑相同 ；另外 ，= kg/s 。（2）緊固件。附件的設(shè)計與選型（1）法蘭查文獻(xiàn)[8]，根據(jù)操作條件選用突面板式平焊鋼制管法蘭 ，其具體規(guī)格與重量如下 ：HG 20592 法蘭 PL40 – RF A3法蘭理論重量 ： kg 。（2）接管選型查文獻(xiàn)[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 ：32 mm ； 鋼管理論重量 P = kg/m 。根據(jù)已知數(shù)據(jù)，由公式（）計算得 ：d = mm 。1．接管（1）計算管路內(nèi)徑由文獻(xiàn)[5]得：；由文獻(xiàn)[6]得 ：u = m/s ；另外 ，ms = S = 1800 kg/h = kg/s 。三通Fig. The 90176。由已知數(shù)據(jù)計算得 ：d = mm 。根據(jù)文獻(xiàn)[12]由以下公式進(jìn)行計算 ： （）式中 : Wad——絕熱壓縮機(jī)動力 ； P1——壓縮前壓力 ：kN/㎡ ； P2——壓縮后壓力 ：kN/㎡ ； ν1——壓縮前流量 ：m3/s ； r——絕熱系數(shù) ：r = cp/cv = ；由文獻(xiàn)[4]得：P1 = 22 kN/㎡（ 62℃情況下的水蒸汽 ） ； P2 = kN/㎡（ 78℃情況下的水蒸汽 ）；另外，ν1 = ，由文獻(xiàn)[4]得： = kg/m3（ 62℃情況下的水蒸汽 ）。其主要技術(shù)參數(shù)如下 ： m3/min（304 mmHg時） ；極限真空度122 mmHg 。由已知數(shù)據(jù)計算得 ：h = m 查文獻(xiàn)[4]取標(biāo)準(zhǔn)分離器筒體高度為1m 。由公式（）計算得 ：預(yù)熱器的換熱面積A = ㎡ 。根據(jù)設(shè)備內(nèi)為真空環(huán)境，查文獻(xiàn)[5]選用真空視鏡 ：組合視鏡 ⅠPN ，DN100A HG215051992 。（7）布液器 G7 = 480 kg 。其中雙層套管起緩沖進(jìn)料與導(dǎo)流作的用，物料最后由收集槽通過溢流堰、導(dǎo)向折板流到換熱板面上。 由已知數(shù)據(jù)得 ：δ = MPa ； A = 236 mm2 。由于總管又是同筒體上的接管以法蘭連接的，所以最終換熱板組能夠固定到蒸發(fā)器中。 第一效蒸發(fā)器換熱板設(shè)計中空的異形豎板換熱板是該型蒸發(fā)器的核心元件 ()，材料選用1Cr17Ni14Mo2不銹鋼鋼板， mm 。由已知數(shù)據(jù)計算得 ： = 33 MPa 。B、應(yīng)力校核a．極限壓力由于是短圓筒，根據(jù)文獻(xiàn)[9]由以下公式進(jìn)行計算 ：Pcr = ()式中：Pcr——筒體臨界壓力 ：Pa ； 由已知數(shù)據(jù)計算得 ：Pcr = MPa 。(1)筒體直徑內(nèi)徑因為筒體內(nèi)安裝的換熱板選用六塊板的尺寸為 ：寬度b = 1000 mm ；厚度 tb = mm ；兩板焊接后中空鼓泡高度 f = 20 mm ； 板間距c = 120 mm ，另外考慮到換熱板組要安裝蒸汽進(jìn)口與不凝性氣體和冷凝水出口的聯(lián)合接口。查文獻(xiàn)[6]得 ω= 95% 。 Ｓmin1（1）第一效蒸發(fā)器最小回流量 Gmin1 根據(jù)文獻(xiàn)[5]由以下公式進(jìn)行計算 ： ()由已知數(shù)據(jù)計算得 ： Gmin = kg/s ，又因為換熱板為雙面蒸發(fā)，則Gmin1 = 2 Gmin = kg/s 。因為 Re2 = ＜ 500 ，故根據(jù)文獻(xiàn)[5]由公式() 、()、 ()進(jìn)行計算：查文獻(xiàn)[3]得 ：δ = N/m ；ρν = kg/m3 ；另外 ，T = 62 + 273 = 335 k 。 Pr2 ；查文獻(xiàn)[3]得 ： = kcal/（kgＥ．第一效蒸發(fā)器傳熱面積A1的校核與取值（2）第一效蒸發(fā)器熱負(fù)荷q1　　故根據(jù)文獻(xiàn)[5]由以下公式進(jìn)行計算：　　　q1 = Q1/ ()由已知數(shù)據(jù)計算得 ：q1 = j/㎡ 。查文獻(xiàn)[3]得 ：νl= ℃）；λl——液相的導(dǎo)熱系數(shù) ：Pas 。（2）第二效蒸發(fā)器初步傳熱面積 ：經(jīng)實驗測得： K = K2 = 1800 W/（㎡ 由已知數(shù)據(jù)計算得 ： Q1 = kj 。 Da根據(jù)文獻(xiàn)[2]由以下公式進(jìn)行計算： （）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)[2]得：=1；β2 =； = 。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)計中，將濃縮設(shè)備作為主要設(shè)計對象，因此首先要對其進(jìn)行選型。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情況。因此本人以《奶粉生產(chǎn)設(shè)備的成套設(shè)計》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。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，具有傳熱效率高傳熱效率高、物料受熱時間短、掛料量少、不易結(jié)垢且結(jié)垢易清洗等諸多優(yōu)點。 這種新型設(shè)備必將會有更大發(fā)展。只要我們解決了異性板與蒸汽進(jìn)口和冷凝水出口的活動連接問題，我們就可以在一臺蒸發(fā)器內(nèi)安裝2~3組加熱元件，根據(jù)生產(chǎn)需要任意調(diào)節(jié)傳熱面積，而且在一臺設(shè)備內(nèi)可以同時處理不同物料或不同濃度的物料，大大減少了生產(chǎn)的投資費用，而且在處理結(jié)垢時無需停車，從而保持了蒸發(fā)器的高效運轉(zhuǎn)，提高了效益，同時方面了操作。多效降膜蒸發(fā)設(shè)備有許多優(yōu)點，其濃縮比大、粘度范圍大、傳熱效果好、蒸汽和水的耗量少、處理量大。根據(jù)牛乳的特性，對牛乳的濃縮提出了各種方案，其中最突出的是管式蒸發(fā)器和板式蒸發(fā)器。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(jìn)行乳液的濃縮。試驗測定，如果生產(chǎn)能力一定所需的加熱面積與管式相比可減少25—30%，因而大大提高了加熱蒸發(fā)的熱效率。而板式蒸發(fā)器卻很好地解決了這些問題，適用范圍比較廣，因此漸漸被人們所認(rèn)可。在奶粉的生產(chǎn)過程中，約有84%的水分通過濃縮除去。異型豎板式降膜蒸發(fā)器的畢業(yè)設(shè)計一、原始依據(jù)（文獻(xiàn)綜述等）現(xiàn)今社會的乳制品行業(yè)已達(dá)到空前的繁榮，有消毒牛乳、酸牛乳、淡煉乳、甜煉乳、奶粉、麥乳精、奶油、干酪等，還有各種飲料和冷食。由此可見，用于濃縮的蒸發(fā)設(shè)備是奶粉生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。蒸發(fā)濃縮過程需要消耗大量的熱能，為了節(jié)約能量，國內(nèi)外大部分乳品廠家已采用了多效降膜蒸發(fā)設(shè)備，并采用了二次蒸汽再利用技術(shù)。同時，板式降膜蒸發(fā)器的物料走板的外側(cè)，只要適當(dāng)設(shè)置觀察孔，就可以方便地觀察物料的流動情況，便于隨時檢查和調(diào)整，因此這種設(shè)備為我們的操作和管理帶來了方便；而且也便于隨時觀察加熱面的結(jié)垢情況，并及時加以清洗，因此，這種設(shè)備又為我們清洗污垢帶來了方便。多效降膜蒸發(fā)設(shè)備有許多優(yōu)點，其濃縮比大、粘度范圍大、傳熱效果好、蒸汽和水的耗量少、處理量大。近期，板式蒸發(fā)器的研究有了很大的突破，大有代替管式蒸發(fā)器的趨勢。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。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。三．本題目研究的理論依據(jù)及現(xiàn)有條件：本題目研究的理論依據(jù)主要是各種過程裝備設(shè)計要求、原理、準(zhǔn)則等，現(xiàn)有條件是涉及到本題目的有關(guān)參考文獻(xiàn)，以及一些用于繪圖、計算的計算機(jī)軟件。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。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。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間短且掛料少的降膜式異形豎板蒸發(fā)器。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。該流程是料液與蒸汽的流向始終相同，具有的優(yōu)點是在：溶液在各效間的流動不需要用泵來輸送；其次，由于前一效溶液的沸點比后一效高，因此當(dāng)前一效料液進(jìn)入后一效時，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、高效蒸發(fā)。 查文獻(xiàn)[3]得： = kcal/（kg查文獻(xiàn)[3]得 ： = kcal/（kg（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)行計算：A = （）式中： K ——蒸發(fā)傳熱總系數(shù) ：W/（㎡℃）( 70 ℃ 的情況下 ) 。 ()式中：n ——該效蒸發(fā)器換熱板數(shù) 。s 。105 ㎡/s ；另外 ，取 g = m/s2 。（3）第一效蒸發(fā)器傳熱面積A1的校核與取值因為q1＜ qm1 = j/㎡ = j/㎡ ,故設(shè)計合理 ，并將A1圓整為24 ㎡ ?！妫? 62 ℃ 情況下的全脂乳 ) ；λl = w/（m由已知數(shù)據(jù)計算得 ：X2 = ㎡ ；Y2 = ㎡ ；qm2 = j/㎡ 。 （2）判定第一效蒸發(fā)器是否需要回流因為第一效蒸發(fā)器換熱板下部的流量 ： = = kg/h = kg/s Gmin1 , 所以不需要回流。由已知數(shù)據(jù)計算得 ：= = kj ；= 54㎡ ；W = kj/㎡ 。所以，換熱板組尺寸為 : 10009002500 mm 。b．極限壓力根據(jù)文獻(xiàn)[9]由以下公式進(jìn)行計算 ： ()由于是短圓筒，m = 3 ，則由已知數(shù)據(jù)計算得 ：[P] = MPa 。查文獻(xiàn)[8]得 ： 則 , 故第Ⅰ效蒸發(fā)器筒體水壓實驗合格。其制造工藝是由兩塊長方形不銹鋼薄板周邊縫焊 (留一充壓管嘴)后，對鋼板按一定分布規(guī)則(如 ：菱形、 正方形)進(jìn)行點焊，再放置于特別的胎具中，由正好對著點焊點的一系列端柱夾持，最后經(jīng)充壓管嘴充脹，使之成形為表面凹凸相間具有酒窩狀波紋表面的中空式元件，換熱板的各點焊點，可增加傳熱元件的剛度與強(qiáng) 度，而凸凹相間的酒窩狀，則大大強(qiáng)化了傳熱。圖 換熱板[10]Fig. The Heattransfer board 第二效蒸發(fā)器換熱板設(shè)計由工藝計算可確定，除換熱板尺寸為 ：1m ，其它同第一效蒸發(fā)器的換熱板。查文獻(xiàn)[6]得 ：B = mm 。 圖 布液器Fig. The Ware of distributingliquid 為了保證濃縮液能夠連續(xù)的進(jìn)入排管中，并且緩沖降液液流，在下封頭焊接漿液收集器（如圖3..6）。（8）水壓試驗所裝水重G8 = V玻璃材質(zhì)為鋼化硼硅玻璃，耐熱急變溫度為180℃，允許介質(zhì)溫度均為0℃～200℃。查文獻(xiàn)[2]，預(yù)熱器選用 ：標(biāo)準(zhǔn)系列（JB114571237）的固定管板式換熱器 CS159 Ⅰ 。因為第二效分離器的處理量與第一效分離器的處理量相近，故第二效分離器的規(guī)格同第一效分離器的規(guī)格。其配用電機(jī)為 ：JO2414型電機(jī) ,其主要技術(shù)參數(shù)為 ：功率為4 kw ；轉(zhuǎn)數(shù)為 1450 r/min ；耗水量為 10L/min ；總重量為140 kg 。由已知數(shù)據(jù)計算得 ：Wad = 。（2）接管選型查文獻(xiàn)[8]，根據(jù)操作條件選用熱拔不銹鋼無縫鋼管，其具體規(guī)格與重量如下 ：鋼管材料 ：1Cr18Ni9Ti ； 鋼管壁厚 t = 10 mm ； 鋼管外徑 ：219 mm ； 鋼管理論重量 P = kg/m 。Teejoint1．接管