摘 要

降膜式蒸发器是一种重要的单元操作设备。与其他类型的蒸发器相比，降膜蒸发器具有连续进出料、蒸发速度快、物料在蒸发器内停留时间短等优点，从而最大限度地减少了原料液中有益元素的破坏，所以降膜式蒸发器在乳品、果汁、蛋奶制品、饮料、医疗、咖啡等方面用途广泛。降膜蒸发系统可以采用多效蒸发，使得二次蒸汽也成为了加热能源，节能效果很可观，在实际的生产运用中有着很好的经济效益。

本文设计了一套年产量为9.6万吨的双效果汁浓缩用降膜蒸发系统，总结了工作原理、工艺流程及主要设计步骤。查阅文献得到了果汁在不同温度、不同浓度下的各种物性参数，根据工艺计算结果确定了换热管的规格、排列方式，换热管规格采用6米长、内径50mm、壁厚1.5mm的不锈钢管。确定了一效和二效蒸发器的换热面积分别为97.6m²和97.2m²，选用盘式分布器作为布膜器。设计出一台列管冷凝器用来回收多余的水蒸汽，最终形成可回收利用的系统，并绘制出该系统的流程图。之后通过SW6-2011的校核，得出设计计算书，用CAD2010画出其中的蒸发器、冷凝器的总装配图以及布膜器、管板、拉杆等零部件图，最后进行了经济效益的评估。

关键词：降膜蒸发器 双级 果汁 结构设计

Abstract

Falling film evaporator is a kind of important unit operating equipment. Compared with other types of evaporators, the continuous access to material, the evaporation speed, the material in the evaporator residence time is short, it minimizes the loss of beneficial elements in the raw material, so falling film evaporator is widely used in milk, fruit juices, egg milk , beverages, medical care and coffee products. Falling film evaporation system can be used as multi-effect evaporation, making the secondary steam to be the heating energy, energy saving effect is very impressive, in the actual production and use has a very good economic benefits.

In this paper, a set of double - effect fruit juice concentrate with falling capacity of 96,000 tons was designed. The working principle, technological process and main design steps are summarized. According to the calculation results of the process, the specifications and arrangement of the heat transfer tubes were determined. The specifications of the heat transfer tubes were 6 meters long, 50 mm in inner diameter and 1.5 mm in wall thickness. The parameters of the heat transfer tubes were determined according to the calculation results of the juice at different temperatures and different concentrations. stainless steel pipe. The heat transfer area of the one-effect and the second-effect evaporator was 97.6m² and 97.2m² respectively, and the disc distributor was used as the cloth distributor. Designed a tube condenser used to recover excess water vapor, and ultimately the formation of recyclable system, and draw the system flow chart. And then by the SW6-2011 check, draw the design calculation book, with CAD2010 to draw one of the evaporator, the assembly of the assembly and the distribution of the film, tube, rod and other parts and components, and finally the economic benefits evaluation.

Key words: Falling film evaporator Two–stage Fruit juice Structural design

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 降膜式蒸发器的基本结构 1

1.3 国内外研究现状和发展情况 2

1.4 课题的设计内容 3

第二章 工艺流程设计 4

2.1 料液的物性参数 4

2.2 降膜式蒸发器的工艺简介 5

2.2.1 降膜式蒸发器的工作原理 5

2.2.2 降膜式蒸发器的主要设计流程 5

2.2.3 降膜式蒸发器工艺流程简介 5

2.3 降膜式蒸发器的工艺计算 6

2.3.1 设计初始条件 6

2.3.2 热量平衡和物料平衡 7

2.3.3 效数的确定 7

2.3.4 有效温差的确定 8

2.3.5 加热蒸汽量的确定 8

2.3.6 各效温度差的分配 8

2.3.7 数值的校正 9

2.4 本章小结 9

第三章 结构设计及强度校核 10

3.1 降膜式蒸发器的换热管设计 10

3.2 降膜式蒸发器的器体设计 10

3.3 料液分布器的设计 10

3.4 壳程结构的设计 11

3.5 强度校核 13

3.5.1 选材校核 13

3.5.2 压力与应力校核 13

3.5.3 封头最小厚度校核 13

3.5.4 换热管校核 13

3.6 分离器的设计 14

3.7 冷凝器的设计 15

3.8 本章小结 15

第四章 经济效益 17

4.1双级降膜式蒸发系统装置的投资估算 17

4.1.1单元设备价格的估算 17

4.1.2总的投资估算 17

4.2总的成本费用估算分析 18

4.2.1原料液的外购 18

4.2.2燃料的外购 18

4.2.3电力的消耗 18

4.2.4工人薪水福利 18

4.2.5固定资产的折旧费用 18

4.2.6杂费 19

4.2.7纳税 19

4.3盈利能力分析 19

4.4盈亏平衡的分析 19

4.5 本章小结 20

第五章 总结与展望 21

参考文献 22

致谢 24

附录 25

第一章 绪论

1.1 课题背景

蒸发这一常见的单元操作分为加压蒸发、常压蒸发和减压蒸发三种，由于在蒸发空间内减压会降低物料的沸点，使得达到蒸发条件所需的燃料消耗降低，因此，减压蒸发在工业上用途最为广泛。减压蒸发在降低料液沸点的同时，也会增加蒸发潜热，见如下计算式^[1]：

r=607-0.708t (1-1)

式中 r——水的蒸发潜热，kcal/kg；

t——蒸发温度，℃。

因此，不宜单纯一味减压来进行单元操作，而是需要反复利用蒸汽的潜热来介入蒸发过程，即多效蒸发来达到更高的经济效益^[2][3]。

降膜式蒸发器在果汁浓缩方面起着举足轻重的作用，专家指出：饮料业是我国的高成长型产业之一，今后在这一行业方面对降膜式蒸发器的性能要求会更严格，该类蒸发器的产能将继续不断扩大^[4][5]，本课题将在果汁的浓缩方面进行深入的探讨。通常而言，果汁的蒸发温度是不宜超过65℃的，超过了这一临界数值即会大幅破坏果汁中的营养成分，从而影响到果汁的品质^[6]。随着人们生活水平的提高，对日常饮料方面提出了更高的要求，尤其是营养价值方面。目前，适用于饮料领域的蒸发器有强制循环蒸发器、外循环蒸发器、混合式蒸发器、降膜式蒸发器、板式蒸发器等等。其中，降膜式蒸发器在果汁浓缩这一方面的应用最为广泛^[7]。

1.2 降膜式蒸发器的基本结构

降膜式蒸发器结构简图见图1-1。