【文章內(nèi)容簡介】 2％濃縮到 48％。本設(shè)計采用較為先進(jìn)的理論與技術(shù)，完成液濃度 基本恒定。且設(shè)置熱能壓縮器抽取一效汁汽進(jìn)行壓縮使其升溫升壓后，再次送入一效蒸發(fā)罐作為加熱蒸汽作用。 牛乳由蒸發(fā)器頂部經(jīng)布液裝置均勻分配于各效蒸發(fā)罐內(nèi)，在重力和真空的作用下，沿著蒸發(fā)罐內(nèi)壁進(jìn)行熱交換，使水分蒸發(fā)，由于產(chǎn)生的二次蒸汽流向與料液的流向一致從而促進(jìn)液膜的形成和均勻分布，增大液膜向下的運(yùn)動速度，提高傳熱系數(shù)加速了蒸發(fā)過程。 第一效產(chǎn)生的二 次 蒸汽初步分引入第 三 效蒸發(fā)器作為第 三 效蒸發(fā)水分的熱源外，其余部分熱壓泵增壓后再作為第一效的熱源，第 三 效產(chǎn)生的二次蒸汽引入第 二 效蒸發(fā)器作為第 二 效政法水分的熱源，第 二 效產(chǎn) 生的二次蒸汽則導(dǎo)入冷凝器后由排液泵排出。 全套設(shè)計包括第一、二、三效蒸發(fā)器，第一、二、三、旋流分離器，混合式冷凝器，熱壓泵，物料泵以及水環(huán)式真空泵等部分。 改造思路 由于研究過程中采用降膜蒸發(fā)器，必要遇到均勻成膜的問題，蒸發(fā)器操作的關(guān)鍵在于料液的分配均勻，料液膜是否均勻連續(xù)。為使料液能均勻進(jìn)入每根管并形成連續(xù)均勻成膜，最好是每根換熱管的上端設(shè)置一個分配頭的結(jié)構(gòu)，若采用分配板分配，其分布孔與管子間距最好相同，呈等距不止方式，使分布孔與管子中心錯開，避免料液落在空孔中自由落下，達(dá)不到成膜的目的，同事 要求每根換熱管的上端口出再同一水平位置上。熱能壓縮器的選擇也很重要，他是把處于低溫位的熱能輸送之高溫位的機(jī)械。但由于能量相同、形式不同的能再品位上，即能量轉(zhuǎn)化能力上是不等價的，電能、機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為熱能，而熱能不可能全部轉(zhuǎn)化為電能或機(jī)械能，熱能的溫度愈接近環(huán)境溫度，其轉(zhuǎn)化能力愈低。因此對于壓縮器的工作原理、設(shè)計計算、噪音消除等方面要仔細(xì)研究，打到最好的節(jié)能效果。 蒸發(fā)器選型論述 在乳品工業(yè)生產(chǎn)中，選用先進(jìn)合理的 蒸發(fā)器 設(shè)備，對于 提高 產(chǎn)品質(zhì)量， 增加產(chǎn)量，降低 生產(chǎn) 和維護(hù)費(fèi)用，提高 市場 競爭力和經(jīng)濟(jì)效 益，促進(jìn)乳品工業(yè)的發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 很有意義 。 在液體奶方面，選擇無菌灌裝設(shè)備和工藝顯得尤為突出，但也存在配套設(shè)備選型降低操作費(fèi)用的問題。 鮮奶的蒸發(fā)過程中需要大量的熱量，采用多效蒸發(fā)可以提高蒸汽的利用率。 熱泵在降膜蒸發(fā)器中的應(yīng)用采用機(jī)熱壓縮式熱泵壓縮裝置可為離心式和容積式壓縮機(jī)。壓縮溫差較大，一般在 11℃ 左右，這就限制采用機(jī)械壓縮式熱泵的效數(shù)一般最多不超過三效，對沸點升高較高的溶液蒸發(fā)時又受到限制，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，維護(hù)費(fèi)用高，耗電量大，因此機(jī)械壓縮式熱泵應(yīng)用很少。采用蒸汽噴射式熱泵蒸汽噴射式熱泵形似文吐里管 ，無傳動裝置，構(gòu)造較簡單，應(yīng)用較多。帶熱泵與不帶熱泵相比，可相當(dāng)于增加一效。 所以選用三效錯流蒸發(fā)系統(tǒng) [2]。 流程論述 首先，要對原料鮮乳進(jìn)行預(yù)熱處理。流程為：原料乳→粗濾→稱量紀(jì)錄→離心凈乳→冷卻（ 5℃以下）→注入儲奶罐→標(biāo)準(zhǔn)化→儲存或使用。然后，進(jìn)入蒸發(fā)工段。在多效蒸發(fā)操作中，根據(jù)加熱蒸汽與料液的流向關(guān)系，可采用多種操作方式，以適合不同料液的濃縮。本設(shè)計采用錯流流程。錯流加料即料液與蒸汽流向不同，料液由第一效到第三效最后到第二效。蒸汽由第一效經(jīng)第二效最后到第三效。這種流程也是多效中常見的流程 。料液在各效間流動時，因此，當(dāng)料液自前一效進(jìn)入后一效的蒸發(fā)室時，物料即自行蒸發(fā)，進(jìn)而產(chǎn)生較多的二次蒸汽。同時，前一效中通過分離器產(chǎn)生的汁汽進(jìn)入下一效，作為加熱蒸汽，進(jìn)而實現(xiàn)節(jié)能。 重點設(shè)備的選擇 降膜蒸發(fā)器由布液裝置、蒸發(fā)器體、預(yù)熱器、殺菌器、熱壓泵及冷凝器等組成。 蒸發(fā)罐采用降膜式蒸發(fā)罐，加熱室為盤管式換熱形式，本設(shè)計應(yīng)力及溫度差不大，不需要用不易清洗的焊接形式固定管與板管，可采用脹接形式。 降膜式蒸發(fā)器中加熱管內(nèi)物料分布是否均勻 ,不但影響到設(shè)備的傳熱效果 ，蒸發(fā)能力和操作的穩(wěn)定性，而且還會影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，必須在管子頂部設(shè)置液體分布器，對液體分布器的基本要求是布液均勻，流體阻力小，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，而且不易堵塞，便于清洗。本設(shè)計中選用漩流式布液器，并在加熱管上方設(shè)置兩層篩板，布液堰上的篩板孔與布膜盤上的篩板孔是相互錯開的，下層篩板上的孔與加熱管口錯開。 降膜蒸發(fā)器要求沸點進(jìn)了，因而需對牛乳預(yù)熱。各效預(yù)熱溫度為：牛奶經(jīng)預(yù)熱器由 5186。C 預(yù)熱至 38186。C，在三效預(yù)熱盤管中由 38186。C預(yù)熱至 50186。C，在二效預(yù)熱盤管中由 50186。C預(yù)熱至 60186。C，而在 一效預(yù)熱盤管中由 60186。C預(yù)熱至 70186。C。為了節(jié)省蒸汽用量，各效預(yù)熱盤管中所通蒸汽均為本效二次蒸氣。 乳品屬于食品，其生產(chǎn)必須保證衛(wèi)生，故設(shè)備中凡與物料接觸軍采用不銹鋼 0Cr18Ni10Ti 制造，對于鮮奶本身也要進(jìn)行處理保證其衛(wèi)生條件，所以在蒸發(fā)器操作前應(yīng)對其進(jìn)行殺菌處理。殺菌器應(yīng)設(shè)置于一效蒸發(fā)罐前，殺菌后為保證其殺菌效果，設(shè)置一保溫管，物料于殺菌器中 92186。C下殺菌后在保溫管中保存 24 秒，使殺齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 菌徹底，保證安全衛(wèi)生生產(chǎn)。 殺菌器外殼采用較便宜的碳素鋼制造，加熱管采用一根長管在器中彎成幾段，使物料 在管中流動方向經(jīng)一定距離即發(fā)生變化。 熱壓泵的全稱叫蒸汽噴射式熱壓縮泵。 它是以較高的一次蒸汽為動力，把低壓二次蒸氣壓縮提高其溫度，為一效蒸發(fā)提供熱能，其效能就是回收二次蒸氣，是一種節(jié)能器。它主要由蒸汽噴嘴、混合室和擴(kuò)壓管組成。 工作原理：壓力較高的工作蒸汽，經(jīng)噴嘴高速噴射出來，在噴嘴處將位能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，壓力降低，速度提高，將被抽入混合室?nèi)和工作蒸汽接觸，接受動能，隨工作蒸汽一起進(jìn)入擴(kuò)散管喉部，在這里兩種介質(zhì)充分進(jìn)行混合，并進(jìn)行熱量交換，然后混合液體在擴(kuò)散管段內(nèi)，降低速度升高壓力，最后由出口 排出。 蒸汽噴射器具有結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，操作穩(wěn)定，效率持久等優(yōu)點。目前在蒸發(fā)、結(jié)晶、精鎦、空調(diào)、制冷、冶金等行業(yè)中獲得應(yīng)用。 分離器全部用不銹鋼制造，內(nèi)外表面拋光，在上部有燈孔，下部開有視孔。由于溶液的發(fā)泡性，二次蒸氣對溶液的機(jī)械破壞性和溶液的閃蒸使溶液成為霧沫狀，并被二次蒸氣夾帶離開蒸發(fā)器。這種霧沫狀的溶液于二次蒸氣在分離器中進(jìn)行分離，從而建設(shè)料液的損失，同時防止污染管道與其他蒸發(fā)器的加熱面。分離器又稱捕集器除沫器，有慣性型、離心型及表面型三大類。其原理為帶有液滴的二次蒸氣沿分離室的殼壁 成切線方向進(jìn)入，使氣流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。液滴在離心力作用下被甩到分離器面而分離出來，二次蒸氣則由頂部出口排出。 由末效蒸發(fā)罐排出的蒸汽進(jìn)入冷凝器凝縮，形成真空而使這些設(shè)備獲得足夠低的壓力和沸點，在蒸發(fā)中，還可使首效和末效之間溫度差增大，提高蒸發(fā)效能。冷凝器有多種形式，從冷凝方式殼分為接觸式和表面式兩種。接觸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觸，用金屬壁分開，由此金屬壁進(jìn)行交換，其效能較低。接觸式冷凝又分為干式和濕式，干式式不凝氣和冷凝水分別排出，由干式往復(fù)式真空泵抽走。濕式式 不凝氣與冷凝水一起由水環(huán)式真空泵排出，或用水噴射器一起抽走，干式冷凝器的蒸汽和冷水互為逆流，而濕式多為順流即蒸汽與水同方向流動。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 第 4 章 設(shè)計計算 物料衡算 總蒸發(fā)水量： 010 . 1 21 1 3 5 0 0 /0 . 4 8XW F F K g hX?? ??? ? ? ? ? ??? ?????? 解得： /F Kg h? 式中： 0X —— 鮮奶入料濃度， 12％ 1X —— 鮮奶出料濃度， 48% F —— 原料液流量 (Kg/h) W —— 總蒸發(fā)量 (Kg/h) 總蒸發(fā)量 W 應(yīng)等于各效蒸發(fā)量總和： 321 WWWW ??? 式中： 1W —— 一效蒸發(fā)量 (Kg/h) 2W —— 二效蒸發(fā)量 (Kg/h) 3W —— 三效蒸發(fā)量 (Kg/h) 熱量衡算 熱壓泵的噴射系數(shù) 被吸入的低壓蒸汽與高壓引射蒸汽的質(zhì)量比 GGZ?? 式中： ZG 低壓汁氣， kg/h 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 G 高壓引射蒸汽 kg/h 計算熱壓泵噴射系數(shù) ? : 21 ?? hh? 式中 : 1h —— 高壓引射蒸汽與其絕壓絕熱膨脹到吸入低壓汁汽壓力時的焓值差 2h —— 低壓吸入汁汽由其絕壓絕熱濃縮到混合蒸汽的絕壓時的焓值差 查焓熵圖得： 1 142h? ， 2 22h? 則 ： 121420 . 8 5 1 0 . 8 5 1 1 . 1 622hh? ? ? ? ? ? 39。 ???? ?????????????GGGGDzz?1 1 (1 ) 2. 1D G G G? ? ?? ? ? ? ? 所以：111 0 .4 72 .1G D D?? G D D?? ? ? ? 1 2 1 2233 1 2 1 2 3 zW G D D DWDW W W W D D D? ? ? ????????? ? ? ? ? ? ??? （ 1） 式中 : 0D —— 進(jìn)入殺菌器的蒸汽量（ hKg/ ） D1 —— 進(jìn)入一效蒸發(fā)罐的蒸汽量（ hKg/ ） D2 —— 進(jìn)入二效蒸發(fā)罐的蒸汽量（ hKg/ ） 3D —— 進(jìn)入三效蒸發(fā)罐的蒸汽量（ hKg/ ） G —— 高壓引射蒸汽量 （ hKg/ ） 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 zG —— 低壓汁汽量 （ hKg/ ） 各溫度下蒸汽和液體焓值 溫度（℃） 液焓 h（ kJ/kg） 汽焓 H（ kJ/kg） 5 35 44 45 55 57 65 70 83 92 105 殺菌器的熱量衡算 殺菌器用汽量經(jīng)傳熱后，全部冷凝為同溫度下的水，其排入一效蒸發(fā)罐以 利用部分余熱 [1]。 對殺菌器進(jìn)行熱量衡算： 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 Fh 65Fh 92D 0 H 105D 0 h 105 輸入系統(tǒng)的能量 =輸出系統(tǒng)的能量： )()( 65921051050 hhFhHD ??? 代入數(shù)值得： 9 2 6 501 0 5 1 0 5() 4 6 6 6 . 7 ( 3 8 5 . 1 9 2 7 2 0 1 4 )2 6 8 5 4 4 0 . 0 3F h hD Hh ? ????? 解得 ： 0 235 /D Kg h? 一效蒸發(fā)罐的熱量衡算 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 Fh 92 2D 1 H 83D 1 H 83W 1 H 70(F W 1 )h 70(D 0 +D 1 )h 83 3D 1 H 83D 0 h 105Fh 60Fh 70 9 2 6 0 1 8 3 0 1 0 51 7 0 1 7 0 7 0 0 1 8 3 1 8 3( ) ( ) 0 . 0 5F h F h D H D hF W h W H F h D D h D H+ + += + + + + + 代入數(shù)值得： 11 2 1 214 6 6 6 . 7 ( 3 8 5 . 1 9 2 5 1 . 2 1 ) 2 6 4 7 . 6 0 3 4 0 . 8 8 2 3 5( 4 6 6 6 . 7 0 . 4 7 ) 2 9 3 . 0 8 ( 0 . 4 7 ) 2 6 2 4 . 3 04 6 6 6 . 7 2 9 3 . 0 8 3 4 7 . 5 ( 2 3 5 ) 0 . 0 5 2 6 4 7 . 6 0DD D D DD? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 整理得： 217DD?? （ 2） 效間加熱器 熱量衡算 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 D s h 105D s H 105( F W W 3 )h 65(FW 1 W 3 )h 44 輸入系統(tǒng)的能量 =輸出系統(tǒng)的能量： s 1 0 5 1 0 5 1 3 6 0 4 4( ) ( )D H h F W W h h? ? ? ? ?（ ） 代入數(shù)值得： 6 0 4 41 3 31 0 5 1 0 5() 2 5 1 . 2 1 1 8 6( ) ( 4 6 6 6 . 7 3 5 0 0 ) 2 6 8 5 4 4 0 . 0 3s hhD F W W DHh ? ?? ? ? ? ? ??? 解得： ( )sDD?? （ 3） 三效蒸發(fā)罐的熱量衡算 齊