天津理工大学本科毕业设计（论文）选题审批表
届：2011 学院（系）：机械工程学院专业：过程装备与控制工程 2010年10 月 20 日
学生姓名学号
指导教师职称讲师
所选题目异型竖板式降膜蒸发器的设计
题目来源生产实践（科学技术、生产实践、实验室建设、社会经济、自拟、其它）选题理由（选题意义、拟解决的问题、对专业知识的综合训练情况等）：
浓缩是许多乳制品生产过程中的一个重要环节，因此，浓缩的蒸发设备是牛奶生产过程中的关键设备。考虑到其耗能量较大，故从节能的角度出发，我们对蒸发设备进行了研究。本课题主要是设计一种新型高效的蒸发设备——异型竖板式降膜蒸发器。这种蒸发设备不仅传热效率高，而且可以连续操作。此次设计对工程生产具有一定的指导意义。
这次毕业设计所涉及的范围涵盖了大学四年来所修的主要课程内容，通过这次设计可以提高学生对专业知识的综合应用能力，将所学到的知识运用得更加灵活自如，为将来参加工作、独立解决问题打下良好的基础。
签字：年月日指导教师意见院（系）专家组意见教研室（研究所）意见
签字：
年月日签字：
年月日
签字：
年月日
注：（1）“选题理由”由拟题人填写。
（2）本表一式二份，一份院系留存，一份发给学生，最后装订在毕业设计说明书（毕业论文）中。
天津理工大学教务处制表
天津理工大学
本科毕业设计任务书
题目：异型竖板式降膜蒸发器的设计
学生姓名届2011
学院机械工程学院专业过程装备与控制工程指导教师职称讲师
下达任务日期2010年11月10日
一、原始依据（文献综述等）
现今社会的乳制品行业已达到空前的繁荣，有消毒牛乳、酸牛乳、淡炼乳、甜炼乳、奶粉、麦乳精、奶油、干酪等，还有各种饮料和冷食。牛乳之所以深受人们的喜爱，是因为它有以下特点：牛乳经杀菌后不需要进行任何调理剂可使用；牛乳可以被人体几乎全部消化吸收；牛乳含有各种营养成份，适合人体生理需要；牛乳还有能促进人体生长发育以及维持健康水平的几乎一切必需的营养成份；为了取得与牛乳同等量的营养成份，若用其他谷物提供，在数量上要比牛乳多消耗好几倍。因此，牛乳可以被认为是迄今为止的一种比较理想的营养食品。
根据牛乳的特性，对牛乳的浓缩提出了各种方案，其中最突出的是管式蒸发器和板式蒸发器。近期，板式蒸发器的研究有了很大的突破，大有代替管式蒸发器的趋势。此次毕业设计就是根据板式蒸发器的特点，总结前人的经验，设计出新型的板式蒸发器。
浓缩是许多乳制品生产过程中的一个重要工序。在奶粉的生产过程中，约有84%的水分通过浓缩除去。浓缩蒸发水分是干燥蒸发水分的5.4倍。由此可见，用于浓缩的蒸发设备是奶粉生产的关键设备。
由于乳液为热敏性物料，这就要求其蒸发过程中温度不宜过高，乳液在蒸发设备中的停留时间也不宜太长。为了适应这一要求，真空降膜蒸发设备被广泛用来进行乳液的浓缩。多效降膜蒸发设备有许多优点，其浓缩比大、粘度范围大、传热效果好、蒸汽和水的耗量少、处理量大。而且在降膜蒸发器中，乳液的蒸发温度低，受热时间短，营养成份损失少，有利于提高产品的质量，保持良好的色、香、味。并且也便于实现过程的自动化。
但对于管式降膜蒸发器，却存在不少的缺点，主要有：物料不能循环；当管内流体速度较大时，会引起液体分布不均，造成传热系数下降，并有干壁现象发生，这在食品加工行业中是绝对不允许的。而板式蒸发器却很好地解决了这些问题，适用范围比较广，因此渐渐被人们所认可。
蒸发浓缩过程需要消耗大量的热能，为了节约能量，国内外大部分乳品厂家已采用了多效降膜蒸发设备，并采用了二次蒸汽再利用技术。与此同时，科技工作者还致力于提高降膜蒸发器设计的合理性，这也是节能措施的一个重要方面。
降膜板式蒸发器目前还处于探索阶段。从生产来看，各项技术指标均达到了预期的满意效果，是一种新型的高效节能蒸发设备。因此，它将以全新的姿态出现在各食品加工行业里。它采用了波纹状的异性板片来代替了传统的长管式加热元件，液体自上而下自由流动，且降膜蒸发。由于布液器的均匀布液，加热面的有效利用率高。试验测定，如果生产能力一定所需的加热面积与管式相比可减少25—30%，因而大大提高了加热蒸发的热效率。同时，板式降膜蒸发器的物料走板的外侧，只要适当设置观察孔，就可以方便地观察物料的流动情况，便于随时检查和调整，因此这种设备为我们的操作和管理带来了方便；而且也便于随时观察加热面的结垢情况，并及时加以清洗，因此，这种设备又为我们清洗污垢带来了方便。另外，这种装置的一大突出的优点就是节能。和强制循环的其他设备相比，循环泵所需动力只是强制循环的1/3的，如果在配置一定的节能装置，如在二次蒸汽的出口处配置合适的水力喷射
装置，重新利用二次蒸汽，从而可使蒸汽的用量减少，节省了加热能源。
这种设备不仅具有如此多的优点，而且还隐藏着巨大的发展潜力。只要我们解决了异性板与蒸汽进口和冷凝水出口的活动连接问题，我们就可以在一台蒸发器内安装2~3组加热元件，根据生产需要任意调节传热面积，而且在一台设备内可以同时处理不同物料或不同浓度的物料，大大减少了生产的投资费用，而且在处理结垢时无需停车，从而保持了蒸发器的高效运转，提高了效益，同时方面了操作。
二、设计内容和要求：（说明书、专题、绘图、试验结果等）
1.设计内容：
本设计主要是根据板式蒸发器的特点，总结前人的经验，设计出新型的板式蒸发器，已达到牛奶浓缩的目的。
由于乳液为热敏性物料，这就要求其蒸发过程中温度不宜过高，乳液在蒸发设备中的停留时间也不宜太长。为了适应这一要求，真空降膜蒸发设备被广泛用来进行乳液的浓缩。多效降膜蒸发设备有许多优点，其浓缩比大、粘度范围大、传热效果好、蒸汽和水的耗量少、处理量大。而且在降膜蒸发器中，乳液的蒸发温度低，受热时间短，营养成份损失少，有利于提高产品的质量，保持良好的色、香、味。并且也便于实现过程的自动化。
研究步骤：
(1)牛奶的生产工艺流程，蒸发系统流程的选取
1)牛奶的生产工艺流程的确定
2)蒸发器的选型
3)蒸发器流程的选取
4)蒸发器操作流程图的确定
(2)工艺计算
1)原始数据处理
2)蒸发系统的物料衡算和热量衡算
3)蒸发器传热面积计算
4)蒸发器强度和效率的计算
5)临界热负荷的校和
6)管路的计算
7)附属设备的设计和选型
(3)结构设计与强度计算
1)加热元件的结构设计
2)布液装置的结构设计
3)蒸发器各部件的强度计算
4)气液分离器的设计与计算
5)杀菌器、预热器的设计计算与选型
6)法兰的选取
7)其他零件的选取
2.设计要求：
外文翻译
填写设计任务书
撰写毕业设计开题报告
进行相关计算后绘制工艺流程图、零件图和装配图
编写设计说明书
设计（论文）进度计划表
序号起止日期计划完成内
容实际完成内容
检查日期
检查人签名
1 2010.11.16~2011.01.20 熟悉课题，收集资料，检索相关设计内容
2 2011.04.5~2011.04.15 拟定设计方案，确定技术路线，绘制结构草图
3 2011.04.16~2011.04.2
4 方案设计（确定方案），完成设计必要的计算
4 2011.04.25~2011.05.1
5 详细的零件设计，论文的初步拟稿
5 2011.05.16~2011.05.25 结构设计，零件设计，工程图的绘制
6 2011.05.26~2011.06.10 整理设计资料，撰写论文，总结分析过程和结果
7 2011.06.11~2011.06.14 准备毕业答辩资料
指导教师批准日期：年月日签名：
注：1.本任务书一式二份，一份院或系留存，一份发给学生，任务完成后附在说明书内。
2.“检查人签名”一栏和“指导教师批准日期”由教师用笔填写，其余各项均要求打印，打印字体
和字号按照《天津理工大学毕业设计说明书（毕业论文）撰写规范》执行。
天津理工大学本科生毕业设计开题报告
届：2011 学院（系）：机械工程学院专业：过程装备与控制工程2011年 3 月 15 日
课题名称奶粉生产设备的成套设计
学院名称机械工程学院专业名称过程装备与控制工程
学生姓名指导教师
一．本题目研究的目的及意义：
这次毕业设计所涉及的范围涵盖了我大学四年来所修的主要课程内容，通过
这次设计可以提高我对专业知识的综合利用能力，将所学到的知识运用得更加灵
活自如，为将来参加工作、独立解决问题打下良好的基础。
二．本题目国内、外研究现状、水平和发展趋势：
牛乳深受人们的喜爱，这是因为它有以下特点：牛乳经杀菌后不需要进行任
何调理剂可使用；牛乳可以被人体几乎全部消化吸收；牛乳含有各种营养成份，
适合人体生理需要；牛乳还有能促进人体生长发育以及维持健康水平的几乎一切
必需的营养成份；为了取得与牛乳同等量的营养成份，若用其他谷物提供，在数
量上要比牛乳多消耗好几倍。根据牛乳的特性，对牛乳的浓缩提出了各种方案，
其中最突出的是管式蒸发器和板式蒸发器。近期，板式蒸发器的研究有了很大的
突破，大有代替管式蒸发器的趋势。此次毕业设计就是根据板式蒸发器的特点，
总结前人的经验，设计出新型的板式蒸发器。
浓缩是许多乳制品生产过程中的一个重要工序。在奶粉的生产过程中，约有84%的水分通过浓缩除去。浓缩蒸发水分是干燥蒸发水分的5.4倍。由此可见，
用于浓缩的蒸发设备是奶粉生产的关键设备。
由于乳液为热敏性物料，这就要求其蒸发过程中温度不宜过高，乳液在蒸发
设备中的停留时间也不宜太长。为了适应这一要求，真空降膜蒸发设备被广泛用
来进行乳液的浓缩。多效降膜蒸发设备有许多优点，其浓缩比大、粘度范围大、
传热效果好、蒸汽和水的耗量少、处理量大。而且在降膜蒸发器中，乳液的蒸发
温度低，受热时间短，营养成份损失少，有利于提高产品的质量，保持良好的色、香、味。并且也便于实现过程的自动化。
但对于管式降膜蒸发器，却存在不少的缺点，主要有：物料不能循环；当管
内流体速度较大时，会引起液体分布不均，造成传热系数下降，并有干壁现象发
生，这在食品加工行业中是绝对不允许的。而板式蒸发器却很好地解决了这些问
题，适用范围比较广，因此渐渐被人们所认可。
蒸发浓缩过程需要消耗大量的热能，为了节约能量，国内外大部分乳品厂家
已采用了多效降膜蒸发设备，并采用了二次蒸汽再利用技术。与此同时，科技人
天津理工大学教务处制表
员提高降膜蒸发器设计的合理性，这也是节能措施的一个重要方面。
这种设备不仅具有如此多的优点，而且还隐藏着巨大的发展潜力。只要我们
解决了异性板与蒸汽进口和冷凝水出口的活动连接问题，我们就可以在一台蒸发
器内安装2~3组加热元件，根据生产需要任意调节传热面积，而且在一台设备内
可以同时处理不同物料或不同浓度的物料，大大减少了生产的投资费用，而且在
处理结垢时无需停车，从而保持了蒸发器的高效运转，提高了效益，同时方面了
操作。
降膜式异形竖板蒸发器，亦称外流板式降膜蒸发器或自由流板式降膜蒸发器，
它在轻工业及食品工业具有广泛的应用前景。目前，在我国异形竖板降膜蒸发器
多用于造纸行业，在食品发酵行业已用于酒糟废液和味精废液的浓缩。又由于降
膜式异形竖板蒸发器具有处理高热敏性和高粘度物料的突出优势，因此，该设备
极适用于乳类的加工生产。
降膜式异形竖板蒸发器是根据薄膜传热理论和板式换热器原理发展起来的一
种高效，节能、新型蒸发设备,它与管式降膜蒸发器相比，具有传热效率高、物料
受热时间短、挂料量少、不易结垢且结垢易清洗等诸多优点。此外，特别值得指
出的是这种蒸发器一改传统的物料走管内，使蒸汽走管外的方式，物料在传热元
件外表面自由降膜蒸发浓缩。不仅给与物料接触的加热元件表面的精加工提供了
极为有利的条件，而且便于观察液膜的流动情况。
其次，除降膜式异形竖板蒸发器外，其他的工艺操作的设备因为已有较成熟
的规范及设计手册，在本设计中仅作这些设备的选型设计，这些设备包括了鲜牛
奶的杀菌设备、预热设备以及干燥成粉设备，另外还有加热蒸汽的部分供应系统。
这种新型设备必将会有更大发展。
三．本题目研究的理论依据及现有条件：
本题目研究的理论依据主要是各种过程装备设计要求、原理、准则等，现有
条件是涉及到本题目的有关参考文献，以及一些用于绘图、计算的计算机软件。四．本题目研究内容及预期目标：
本题目研究内容主要是蒸发器的发展趋势，并要求在设计中保持其工艺性，
以及诸如蒸发工艺操作流程怎样合理安排、设计使整个系统工作更协调等等。预
期目标是根据指导老师的指导思路，结合现有条件独立设计出题目所要求的蒸发
设备。
五．本题目研究思路及步骤：
天津理工大学教务处制表
首先进行调研、对课题所涉及到的内容、数据等进行分析、计算，通过一
系列分析比较得出最佳方案；然后进入正式设计，严格根据设计所要求的步骤
逐步进行；在设计总体完成后对某些局部的地方进行必要的修改、校正。
六．主要参考文献和资料：
[1] 刘殿宇、田永红.单效降膜式蒸发器在液态奶生产中的设计及应用.化
工设备与管道，2004，41（2）：7～9
[2] 钱颂文.换热器设计手册.北京：化学工业出版社，2002.8
[3] [日]林弘通著、陶云章译.乳粉制造工程.北京：轻工业出版社，1980
[4] 毕明树.工程热力学.北京：化学工业出版社，2001.5
[5] 李克永.化工机械手册.天津：天津大学出版社，1991.5
[6] 国家医药管理局上海医药设计院.化工工艺设计手册. 北京：化学工业
出版社，1996.1
[7] 姚玉英.化工原理（上、下册）. 天津：天津大学出版社，2003.7
[8] 化工部设备设计技术中心站.化工设备设计手册（材料与零件分册）.
上海：上海科学技术出版社，1982.7
[9] 贺匡国.化工容器及设备简明设计手册. 北京：化学工业出版社，1989.12
[10] 高丽兰等.异形竖板降膜蒸发器浓缩大黄浸提液的初步实验研究.医
药工程设计杂志，2003，24（5）：1～3
[11] 张裕中.食品加工技术装备.北京：中国轻工业出版社，2000.3
[12] 赵元军.乳品机械设计选用与节能.中国乳品工业，2002，30（5）：150～152
[13] 宋继田等.葡萄糖溶液板式外流降膜蒸发布液装置实验研究.食品与
机械，2002，2（88）：21～23
[14] 上海市教育委员会.化工制图.上海：上海科学技术文献出版社，2000.6
[15] 化学工业部化工工艺配管设计技术中心站.化工管路手册. 北京：化
学工业出版社，1988.7
[16] 潘红良等.过程设备机械设计.上海：华东理工大学出版社，2006.7
[17] 刘广文.干燥设备选型及采购指南.北京：中国石化出版社2004
指导
教师
意见
签字：年月日
天津理工大学教务处制表
异型竖板式降膜蒸发器的设计
摘要
我国是世界上生产乳类产品的大国，特别是奶粉产品的加工生产在我国的食品加工行业内具有重要地位。因此，为了创造更高的商品价值和生产效率，我国的食品机械设计人员不断实现加工设备的技术创新与改进。近年来，降膜式异形竖板蒸发器脱颖而出，在奶粉加工设备的浓缩环节被广泛使用，并且获得好评。降膜式异形竖板蒸发器是根据薄膜传热理论和板式换热器原理发展起来的一种高效，节能、新型蒸发设备,它与管式降膜蒸发器相比，具有传热效率高传热效率高、物料受热时间短、挂料量少、不易结垢且结垢易清洗等诸多优点。但是，由降膜式异形竖板蒸发器为浓缩设备的全套奶粉生产设备的设计及其规范仍处初步发展阶段，尚待研究与发展。本文核心以降膜式异型竖板蒸发器为浓缩设备的全套奶粉生产设备进行结构与选型设计。
关键词：异型竖板式降膜蒸发器
Design on Falling Film Evaporator in Irregular-shaped
Riser
ABSTRACT
Our 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 commodity value and the production efficiency, our country's food machinery design personnel continuously realizes processing equipment of technology innovation 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 comments. 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, compared 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
目录
前言 (1)
第一章流程设计 (2)
1.1全套奶粉生产设备的工艺流程设计 (2)
1.2浓缩设备的生产工艺流程设计 (2)
第二章工艺计算 (4)
2.1设计要求 (4)
2.1.1加工对象 (4)
2.1.2操作条件 (4)
2.2浓缩设备传热面积的计算 (5)
2.2.1各效二次蒸汽蒸发量计算 (5)
2.2.2第二效蒸发器进料浓度B1的计算 (5)
2.2.3通入生蒸汽量的计算 (6)
2.2.4传热面积的初步计算 (7)
2.2.5传热面积的校核与取值 (8)
2.3换热板上液相回流量的计算 (12)
2.3.1判定原理 (12)
2.3.2回流量的计算 (12)
2.4全套设备的热性能 (13)
2.4.1蒸发效率η (13)
2.4.2蒸发强度 W (14)
2.4.3蒸汽的生产强度 u (14)
2.4.4热效率 Hμ (14)
第三章主体设备的结构设计 (15)
3.1蒸发器筒体的结构设计 (15)
3.1.1 第二效蒸发器筒体设计 (15)
3.1.2 第一效蒸发器筒体设计 (17)
3.1.3人孔的设计 (17)
3.2蒸发器换热板的结构设计 (17)
3.2.1 第一效蒸发器换热板设计 (17)
3.2.2 第二效蒸发器换热板设计 (18)
3.3蒸发器封头的结构设计 (18)
3.3.1第一效蒸发器封头的选型 (18)
3.3.2第二效蒸发器封头的选型 (19)
3.4蒸发器容器法兰的选取 (19)
3.5开孔补强的计算 (20)
3.6布液器的结构设计 (21)
3.7降液收集器的结构设计 (22)
3.8蒸发器支座的结构设计 (23)
3.8.1第一效蒸发器支座 (23)
3.8.2第一效蒸发器支座 (24)
3.9视镜的设计与选型 (25)
第四章附属设备的设计与选型 (26)
4.1杀菌设备的设计与选型 (26)
4.2预热设备的设计与选型 (26)
4.3分离器的设计与选型 (26)
4.3.1第一效分离器的设计与选型 (26)
4.3.2第二效分离器的设计与选型 (27)
4.4奶泵的设计与选型 (27)
4.5真空设备的设计与选型 (28)
4.5.1蒸法室真空设备的设计与选型 (28)
4.5.2换热板中空室真空设备的设计与选型 (28)
4.6蒸汽压缩设备的设计与选型 (28)
4.6.1蒸汽压缩设备的选型 (28)
4.6.2蒸汽压缩设备的选型计算 (29)
4.6.3蒸汽压缩设备的规格 (29)
4.7干燥设备的设计与选型 (29)
第五章附件的设计与选型 (30)
5.1接管及其配用附件的设计与选型 (30)
5.1.1蒸汽包与第一效蒸发器蒸汽进口之间的管路 (30)
5.1.2原料储罐与原料泵入口之间的管路 (31)
5.1.3原料泵出口与第一效蒸发器物料进口之间的管路 (32)
5.1.4第一效蒸发器冷凝水排出口与冷凝水储罐之间的接管 (33)
5.1.5第一效蒸发器物料出口与分离器进口之间的接管 (34)
5.1.6第一效分离器物料出口与第二效输送泵进口之间的接管 (35)
5.1.7第一效分离器二次蒸汽出口与第二效蒸发器蒸汽进口之间的接管 (35)
5.1.8第二效蒸发器物料进口接管 (36)
5.1.9第一效分离器物料出口与三通接口之间的接管 (37)
5.1.10第二效蒸发器冷凝水排出口与冷凝水储罐之间的接管 (37)
5.1.11 第二效蒸发器物料出口与分离器进口之间的接管 (38)
5.1.12 第二效分离器物料出口与产品输出泵之间的接管 (38)
5.1.13 产品输出管上三通与浓缩液储罐之间的接管 (39)
5.1.14第二效蒸发器物料回流管 (40)
5.1.15第二效分离器二次蒸汽出口与蒸汽压缩机进口之间的接管 (41)
5.1.16蒸汽压缩机出口与第一效蒸发器进口管上三通之间的接管 (41)
5.2保温层的设计与选型 (41)
5.3阀门设计与选型 (42)
5.4流量计的选型 (42)
结论 (43)
参考文献 (44)
致谢 (45)
前言
我国是世界上生产乳类产品的大国，特别是奶粉产品的加工生产在我国的食品加工行业内具有重要地位。因此，为了创造更高的商品价值和生产效率，我国的食品机械设计人员不断实现加工设备的技术创新与改进。近年来，降膜式异形竖板蒸发器脱颖而出，在奶粉加工设备的浓缩环节被广泛使用，并且获得好评。
但是，由降膜式异形竖板蒸发器为浓缩设备的全套奶粉生产设备的设计及其规范仍处初步发展阶段，尚待研究与发展。因此本人以《奶粉生产设备的成套设计》为题，对于以降膜式异形竖板蒸发器为浓缩设备的全套奶粉生产设备进行了结构与选型设计。在此论文中，本人对于全套奶粉生产设备中，不同工艺操作的设备分为主要设备和此要设备，有主次地做出了论述与说明。
首先，降膜式异形竖板蒸发器作为该套奶粉生产设备的浓缩设备，本人将其视为本设计的主要设备进行结构设计及其附属部件的设计。
降膜式异形竖板蒸发器，亦称外流板式降膜蒸发器或自由流板式降膜蒸发器，它在轻工业及食品工业具有广泛的应用前景。目前，在我国异形竖板降膜蒸发器多用于造纸行业，在食品发酵行业已用于酒糟废液和味精废液的浓缩。又由于降膜式异形竖板蒸发器具有处理高热敏性和高粘度物料的突出优势，因此，该设备极适用于乳类的加工生产。
降膜式异形竖板蒸发器是根据薄膜传热理论和板式换热器原理发展起来的一种高效，节能、新型蒸发设备,它与管式降膜蒸发器相比，具有传热效率高、物料受热时间短、挂料量少、不易结垢且结垢易清洗等诸多优点。此外，特别值得指出的是这种蒸发器一改传统的物料走管内，使蒸汽走管外的方式，物料在传热元件外表面自由降膜蒸发浓缩。即异形竖板降膜蒸发器中物料在加热元件外表面靠重力自由降膜蒸发浓缩，这不仅给与物料接触的传热元件外表面的精加工带来有利的条件，而且更为重要的是加热表面易于清洗，对易结垢的物料十分有利；不仅给与物料接触的加热元件表面的精加工提供了极为有利的条件，而且便于观察液膜的流动情况。
降膜式异形竖板蒸发器对于处理热敏性物料具有明显的优势，因此，正是由于鲜牛奶的热敏性强及粘度高，近年来我国的奶粉生产企业逐渐青睐于物料受热时间短且挂料少的降膜式异形竖板蒸发器。另外，乳粉的浓缩设备是消耗能源最多的单元之一，因此在今天节能第一的时代，降膜式异形竖板蒸发器可以大大减少奶粉生产设备的耗能。
其次，除降膜式异形竖板蒸发器外，其他的工艺操作的设备因为已有较成熟的规范及设计手册，在本设计中仅作这些设备的选型设计。这些设备包括了鲜牛奶的杀菌设备、预热设备以及干燥成粉设备，另外还有加热蒸汽的部分供应系统。为满足这些设备能够高效地同降膜式异形竖板蒸发器配合工作，本人查找了大量参考文献，经过全面对比，选用了合理的配套设备，并详尽地叙述了选型依据、过程以及参考文献。
最后，对于部分附件如：接管、监测仪表、保温层及阀门作了简略选型。
第一章流程设计
1.1全套奶粉生产设备的工艺流程设计
本设计内容是由鲜牛奶的杀菌开始，逐步对于预热设备、浓缩设备和干燥成粉设备进行了逐一设计，并且形成了一全套设备的工艺流程。该工艺流程的流程草图见下图（图1.1）：
图 1.1 工艺流程
Fig. 1.1 The Technical process
1.2浓缩设备的生产工艺流程设计
本设计中，将浓缩设备作为主要设计对象，因此首先要对其进行选型。蒸发器的结构型
式很多，应按生产过程的要求选择适宜的蒸发器型式。选型时一般应考虑以下原则：（1）满足生产要求，保证产品质量；（2）生产能力较大；（3）构造简单操作维修方便；（4）经济实用。另外，要充分考虑到加工对象的性质，鲜牛奶是该设备的加工对象，其具有高热敏性和高粘度的特性。而膜式蒸发器的特点为：溶液沿加热管壁呈膜状流动而进行传热及蒸发，而溶液只通过加热室一次即达到浓缩要求，由于蒸发速度快溶液在蒸发器内停留时间短，故特别适用于处本设计。降膜式蒸发器在液态奶的前处理阶段主要作用是经过巴氏灭菌(灭菌温度78℃)和预热（预热温度70℃）的奶液进入到中蒸发器中可充分蒸发出水分。另外，当蒸发温度为60～65℃时，奶液浓度一般可从11.5％提高到12.7％，即经过浓缩提高奶液干物质含量，同时去除奶液中的膻味及不良气味。用于液态奶蒸发的单效其浓缩比较小，在1.1左右，蒸发时间短、降膜管周边润湿量较大。
最后，为了更好的达到节能高效的目的，本设选用真空并流双效流程。该流程是料液与蒸汽的流向始终相同，具有的优点是在：溶液在各效间的流动不需要用泵来输送；其次，由于前一效溶液的沸点比后一效高，因此当前一效料液进入后一效时，便呈过热状态而立即蒸发，产生更多的二次蒸汽，增加了蒸发器的蒸发量；并且真空的条件下，使物料保持低沸点、高效蒸发。
第二章 工艺计算
2.1设计要求
2.1.1加工对象
加工对象为鲜牛奶，其具有：粘度大、热敏性强和易产生泡沫的特性。在本次设计中，鲜牛奶的设计数据如下：
（1） 鲜牛奶的比重 ：1.031 ；
（2） 鲜牛奶的粘度 ：1.23 cp ( 40 ℃ 情况下的全脂乳 ) ；
（3） 鲜牛奶蒸发量 W ：1260 kg/h ；
（4） 鲜牛奶的初始浓度 B 0 ：12﹪ ；
（5） 鲜牛奶的终了浓度 B 2 ：40﹪ ；
2.1.2操作条件
考虑到鲜牛奶的特性，根据文献
[1]，并通过实验测量，最终确定操作条件的如表2.1。
蒸发室 设备类型 蒸汽与物料温差 Δt （℃）
蒸汽温度（℃） 物料温度（℃） 真空度（Mp ） 加热压力（Mp ） 杀菌器 套管管式
超高温瞬
时灭菌机
74 78 4 0.0702 0.0312 预热器 固定管板
式换热器
18 78 60 0.0702 0.0312 第一效蒸发室 异形竖板
8 78 70 0.0702 0.0312 第二效蒸发室 异形竖板 8 70 62 0.0811 0.0202
表2.1 操作条件
Table 2.1 Operating Condition
实 验 项 目
实 验 结 果
2.2浓缩设备传热面积的计算
2.2.1各效二次蒸汽蒸发量计算
1.物料衡算
根据文献[2]由以下公式进行计算 ：
W = S ( 1－B 0 / B 2 ) （2.1） 式中：S ——牛奶的处理量 ：kg/h ；
B 0——物料初始浓度 ；
B 2——物料终了浓度 。
由已知数据计算得 ：S = 1800 kg/h 。
2.热量衡算
根据文献
[2]由以下公式得到第一效二次蒸汽蒸发量W 1与第二效二次蒸汽蒸发量W 2的
关系：
W 2 = ] )W -C (S D [221p 22ηβ+α （2.2） 式中：2α——蒸发系数 ；
2β——自蒸发系数 ；
2η——热损失系数 ； p C ——平均比热 ：kcal/（kg ·℃）
。 查文献
[2]得：2α=1；β2 =0.01； 2η=0.98 。 查文献[3]得： p C = 0.912 kcal/（kg ·℃）( 70 ℃ 情况下的全脂乳 ) 。
W =
∑W = W 1 + W 2 （2.3） 根据已知数据，由（3.1）、（3.2）计算得 ：W 1 = 631.36 kg/h ；W 2 = 628.64 kg/h 。
2.2.2第二效蒸发器进料浓度B1的计算
根据文献
[2]由以下公式进行计算 ：
B 1 =1
0W S SB - （2.4） 由已知数据计算得 ： B 1 = 18.48℅ 。
2.2.3通入生蒸汽量的计算
1.通入第一效蒸发器的生蒸汽量 D 1
根据文献[2]由以下公式进行计算：
11p 111SC /W D αβη-=
（2.5） 查文献[2]得 ：α 1 = 1 ； 1η= 0.98 ； β1= 0 。
由已知数据计算得：D 1 = 644.24 kg/h 。
2.通入第二效蒸发器的生蒸汽量 D 2
D 2 = W 1 = 631.63 kg/h
3.通入双效蒸发系统的生蒸汽量 D 0
由于采用双效蒸发系统，则第二效二次蒸汽通入到第一效蒸发器，故通入双效蒸发系统的生蒸汽量 ：
D 0 = D 1 － W 2 = 15.6 kg/h 。
4.通入杀菌器的生蒸汽量 D a
根据文献
[2]由以下公式进行计算： γ
m s t M Cp =D Δ （2.6） 式中：D ——通入生蒸汽量 ：kg/h ；
M s ——物料处理量 ：kg/h ；
m t ?——对数平均温差 ：℃ ；
γ ——水蒸汽汽化潜热 ：kcal/kg 。