日处理-30吨鲜奶的脱脂乳粉厂设计大学论文.doc

目 录
摘要……………………………………………………………………I
ABSTRACT……………………………………………………II
1 引言…………………………………………………………1
1.1 脱脂乳粉产业特点及市场分析…………………………2
2 脱脂乳粉的标准……………………………………………
2.1
3 脱脂乳粉的生产工艺流程及工艺要点……………………
3.1 脱脂乳粉的生产工艺流程………………………………
3.2 脱脂乳粉的生产工艺要点………………………………
3.2.1 原料乳的验收…………………………………………
3.2.2 预处理…………………………………………………
3.2.3 脱气……………………………………………………
3.2.4 预热……………………………………………………
3.2.5 分离……………………………………………………
3.2.6冷却……………………………………………………
3.2.7预热杀菌………………………………………………
3.2.8 浓缩……………………………………………………
3.2.9 喷雾干燥………………………………………………
3.2.10 出粉、冷却……………………………………………
3.2.11 筛粉……………………………………………………
3.2.12 称量与包装……………………………………………
3.2.13 设备清洗程序…………………………………………
3.3 检验乳粉的质量……………………………………………
4 物料衡算及设备计算、选型…………………………………
4.1 物料衡算……………………………………………………
4.1.1物料质量计算……………………………………………
4.1.2 浓缩过程的物料计算 …………………………………
4.1.3 干燥过程的物料计算 …………………………………
4.1.4 包装所需物料 …………………………………………
4.2 浓缩阶段计算………………………………………………

摘要
关键词 脱脂乳粉；工艺设计；双效真空浓缩罐；离心式喷雾干燥塔
本设计主要是进行日处理 30吨鲜奶的脱脂乳粉厂的设计。
首先，在了解资源和市场的基础上，提出了建厂的可行性研究报告;其次，对日处理鲜奶30吨脱脂乳粉进行了配方设计以及工艺条件的选择和论证；另外，对生产车间进行了物料和能量衡算，并且对车间的工艺设计和设备选型也进行了计算，特别采用了离心式喷雾干燥塔，大大节约了能源，并且单独设计了双效真空浓缩罐。第三，本设计对辅助设施进行了计算及选型；同时，对公用系统和人员定额也进行了估算;最后，本设计还作了必要的成本核算及经济效益分析。
整个设计充分考虑了目前的经济状况和今后发展的需要，从节能的角度出发选择设备。生产流程充分考虑到机械化、自动化水平，技术上先进、可靠，布局上合理、规范。

1 引言
1.1 脱脂乳粉产业特点及市场分析
乳含有丰富的高质量蛋白、 乳脂肪、 糖类化合物以及几乎全部已知的维生素、 大量的矿物质、 免疫活性因子等营养成分。营养学家研究表明 ,乳中的钙和蛋白质是人体最重要的基本营养素 ,其它物质也是人体生命活动所需的重要成分 ,乳的生物学价值(人体生理上的利用率)为 85 % ,消化率为 98 %。因其营养全面且易被吸收 ,乳及乳制品被认为是 “接近完善的食品”。
　　脱脂乳粉以乳为原料，添加或不添加食品营养强化剂，经脱脂、浓缩、干燥制成的蛋白质不低于非脂固体的34%，脂肪不低于2%的粉末状产品。因脱脂乳粉含脂率很低，产品不易氧化，耐贮藏，脱脂乳粉是一种广受欢迎的健康速溶粉体食品，它的产量保持上升趋势。另外，由于食品工业的发展，作为食品加工原辅料的脱脂乳粉需求量也在增加。
牛乳中含大量的水分及脂肪，容易滋生腐败微生物，储存期短。将其加工成脱脂乳粉后可以很好的延长货架期，并且保留了牛乳中大量的营养物质，对人体有很重要的营养作用。
牛奶脱脂后加工而成，口味较淡，适于中老年、肥胖和不适于摄入脂肪的消费者。牛乳的浓缩干燥单元操作是乳品工业中消耗热源最多的工程。在能源日益匮乏的今天，研究浓缩、喷雾干燥过程中的节能技术也有着长远意义。本设计即是对中小液体乳生产企业的规划设计进行探讨。

2 脱脂乳粉的标准
2.1 脱脂乳粉的理化指标
项目
蛋白质%
脂肪，%
蔗糖，%
复原乳酸度，OT
水分，%
不溶度指数，ml
杂质度，mg/ml
脱脂乳粉
≥ 非脂乳固体的34

≤ 2.0

—

≤ 20.0

≤ 5.0

≤ 1.0

≤ 16
非脂乳固体=100（%）-脂肪实测值（%）-水分实测值（%）
2.2 脱脂乳粉的卫生指标
项目
铅mg/kg
铜mg/kg
硝酸盐（以NaNO3计）mg/kg
亚硝酸盐（以NaNO2计）mg/kg
酵母和霉菌cfu/g
脱脂乳粉

≤ 0.5

≤ 10

≤ 100

≤ 2

≤ 50
项目
黄曲霉毒素M1 μg/kg
菌落总数cfu/g
大肠菌群MPN/100g
致病菌（指肠道致病菌和致病球菌）
脱脂乳粉

≤ 5.0

≤ 50000

≤ 90

不得检出
2.3 脱脂乳粉的感官特征
项目
色泽
滋味和气味
组织状态
冲调性

脱脂乳粉
成均匀一致的乳黄色
具有纯正的乳香味
干燥、均匀的粉末
经搅拌可迅速溶解于水中，不结块

3 脱脂乳粉的生产工艺流程及工艺要点
3.1 脱脂乳粉的生产工艺流程
原料乳的验收
预处理
初次杀菌
离心净乳
脱脂乳
预热杀菌
冷 却
浓 缩
喷雾干燥
出粉、冷却
筛 粉
称量与包装
入 库
稀奶油
杀菌
冷冻
贮藏
分离
灌装

3.2 脱脂乳粉的生产工艺要点
3.2.1 原料乳的验收
（1）感官指标
色泽：正常牛乳应为乳白色或微带黄色，不得有红色、绿色或其他颜色。
滋气味：正常牛乳具有新鲜牛乳固有的香味，无其他异味。
组织状态：正常牛乳呈均匀的胶态流体，无沉淀、无凝块、无杂质、无异物等。
（2）理化指标
项目
指标
脂肪质量分数（%）
蛋白质质量分数（%）
相对密度（20℃/4℃）
酸度（以乳酸计）（%）
杂志度/（mg·kg-1）
汞质量分数/（mg·kg-1）
六六六、滴滴涕质量分数/（mg·kg-1）
≥3.10
≥2.95
≥1.0280
≤0.162
≤4
≤0.01
≤0.1
（3）微生物指标
分级
细菌总数/（104 cfu·ml-1）
I
≤50
II
≤100
III
≤200
IV
≤400
一般原料乳的相对密度为1.028~1.032（20℃），酸度不超过20oT，含脂率不低于3.1%，乳固体不低于11.5%，杂菌总数不超过200000cfu/ml。
3.2.2 预处理
（1）原料乳的冷却
将乳迅速冷却是获得优质原料乳的必要条件。刚挤出的牛乳，其温度为32~36℃，最适合微生物生长繁殖。如果不及时处理，乳中的微生物将会大量繁殖，酸度迅速升高，牛乳的品质降低，使牛乳变质。因此，刚挤出的牛乳应迅速冷却，以保持其新鲜度。
（2）原料乳的净化
原料乳验收后必须净化。其目的是去除乳中的机械杂质并减少微生物的数量，可以采用过滤净化或离心净化等。简单的粗滤是在受乳槽上装有过滤筛网并铺上多层纱布进行，进一步过滤则采用双联过滤器，滤布应经常清洗灭菌。使用离心净乳机可以显著提高净化效果，有利于提高制品质量。离心净乳机还能将乳中的乳腺体细胞和某些微生物除去，净乳机放在粗滤之后，冷却之前。本设计中牛乳先经过双联过滤器，然后再经过净乳机，从而实现原料乳的净化。本工厂采用管式过滤器，目数在80目左右。
3.2.3 脱气
刚挤出的牛乳约含5.5%~7%的气体；经过贮存、运输和收购后，一般增加到10%以上，而且大部分为非结合的分散气体。这些气体对乳品加工过程和产品质量会产生一些不良影响：①影响牛乳计量的准确性；②使巴氏杀菌机中结垢增加；③影响分离效率；④影响奶油的产量；⑤使脂肪球聚合；⑥使牛乳中的乳清析出等。
3.2.4 初次杀菌
在许多大型乳品厂，不可能在收购鲜奶后立即进行巴氏杀菌或加工。因此，有一部分乃必须得在大贮乳罐中贮存数小时或数天。在这种情况下，虽然有现代化的制冷技术，但微生物有足够的时间繁殖并产生酶类，而且微生物产生的副产物有时是有毒的；此外，微生物还会引起牛乳中某些成分分解，使PH下降。因此，当原料乳到达乳品厂时必须尽快的进行热处理，尤其是原料质量比较差时。
3.2.5 分离
牛乳中脂肪的比重平均为0.93，脱脂乳的比重为1.060，要使牛乳中3%~5%的脂肪分离出来，则可根据乳脂肪与脱脂乳比重的不同采取离心分离法进行分离。牛乳预热温度达到50℃上下既可分离，脱脂乳的含脂率要求控制在0.1%以下。牛乳的离心分离是藉牛乳分离机分离钵的高速旋转所产生的离心力,将比重不同的脱脂乳和稀奶油分开，分出的稀奶油储存在储罐中。配置1台15.0t/h牛奶分离机组成预处理生产线。
3.2.6 预热杀菌
杀菌方法一般采用高温短时间杀菌法，或超高温瞬时杀菌法。如果采用板式或管式杀菌器时，通常使用的杀菌条件为80~85℃，保持30s或90℃，保持24s。如果采用超高温瞬时杀菌装置，则为120~150℃，保持1~2s。
3.2.8 浓缩
原料乳经过杀菌后，应立即进行真空浓缩。一般大约浓缩到原料乳体积的1/4，这时牛乳的浓度约为12~16oBe′（50℃），乳固体物含量约为40%~50%，通常当浓缩到终了时都要测定浓度或黏度，最后确定浓缩终点。
浓缩的优点：
1）经济效益好，成本低
真空浓缩锅中，蒸发1kg 水分需要消耗约1.1kg 加热蒸汽；双效降膜蒸发器需0.39kg加热蒸汽；喷雾干燥室内每蒸发1 kg 水分，需要2.5-3.0kg加热蒸汽
2) 真空浓缩对乳粉的物理性状有显著影响
浓缩后乳粉粒子粗大，有良好的分散性和冲调性
3) 真空浓缩可改善乳粉的保藏性
4) 浓缩后，乳粉颗粒致密，密度大对包装有利
3.2.9 喷雾干燥
在喷雾干燥设备内，浓缩乳依靠机械力（离心力）的作用，通过雾化器成为雾状微粒（其直径约为10~10000μm），并与干燥介质接触，在接触的瞬间进行强烈的热交换与物质交换，使浓缩物料中的水分绝大部分在短时间内被干燥介质带走，完成干燥。
特点及原理：
① 喷雾干燥是喷雾和干燥的密切结合，用单独一次工序将浓缩乳干燥成乳粉。
② 采用机械力量，通过雾化器将浓缩乳在干燥室内喷成极细小的雾状乳滴，使比表面积大大增加，同时与热空气接触，水分瞬间大量蒸发。
③ 可将物料中含有50-70%水分迅速干燥成为水分为2.0% 左右的粉状成品
优点
① 干燥速度快，物料受热时间短
② 干燥过程温度低，乳粉品质好
③ 调节工艺参数，可以控制成品的质量指标
④ 在密闭空间内干燥，产品不易受污染，产品杂质度很低
⑤ 操作控制方便，适合于连续化、自动化、大型化生产
3.2.10 出粉、冷却
在喷雾干燥室内的乳粉，要求迅速连续不断的卸出并即使冷却，不应长时间积存在干燥室内，以免受热过久，降低乳品质量。
乳粉要求迅速卸出、及时冷却（30℃以下），其原因
① 受热过久导致游离脂肪过多，易氧化
② 还会影响乳粉的溶解度和色泽
③ 乳粉在高温状态下放置，水分含量高
3.2.11 筛粉
通过筛粉可以去除乳粉中的杂志、焦粉或硬块、潮粉粒块；同时可以使乳粉自然冷却，乳粉中的粗、细粉混合均匀。
3.2.12 称量与包装
乳粉很容易吸湿、结块，以致变质。所以经过冷却、筛粉的乳粉必须进行称量包装。其包装不仅限于乳粉的吸湿因素，还有其他目的，如便于携带、利于运输和储藏、防止乳粉的香味散失、防止一切的外界污染、利用包装的图画吸引消费者等。用自动称量机采取重量法包装。包装容器使用前应消毒，内外表面保持清洁。包装应严密，不发生渗漏或破裂，不得二次污染。
包装室：18-20℃，空气相对湿度75%以下
包装过程中影响产品质量的因素
① 乳粉的温度——28 ℃以下
② 包装室内湿度的影响
③ 包装时除去空气的重要性
3.2.13 稀奶油的杀菌
稀奶油的杀菌温度与时间有以下几种方法：72℃，15min；77℃，5min；82~85℃，30s;116℃，3~5s。
3.2.14 稀奶油的灌装
　　将稀奶油冷却后立即进行装瓶，本设计选用的是玻璃瓶。
3.2.15 冷冻
　　将灌装后的稀奶油用传送带式冻结装置进行冻结。冻结有利于保持稀奶油的质量和风味。
3.3乳粉的质量检验
成品由检验员根据产品标准要求，对产品进行有关感官、理化、冲调性、复原乳酸度和微生物指标进行检测。符合标准后方可出厂。
4 物料衡算及热量衡算
4.1 物料衡算
4.1.1 牛乳中主要化学成分及质量分数
表4-1牛乳中主要化学成分及质量分数
水分 总乳固体 脂肪 蛋白质 乳糖 无机盐
87.0% 13% 4% 3.4% 4.8% 0.8%
脱脂乳粉中主要物质及质量分数：
表4-2脱脂乳粉中主要物质及质量分数
水分 总乳固体 脂肪 蛋白质 乳糖 无机盐
4% 96% 1.5% 35.15% 53.45 5.9%
工厂实行三班制，有效工作时间为18h，则每小时工作量
Fo=30000/18=1666.67 kg/h
脱脂乳粉的总质量：=2857.14 kg
分离出含脂率30%的稀奶油的质量：
=3857.14 kg
稀奶油流量： kg/h
4.1.2 浓缩过程物料衡算
浓缩前水分的量：V=30000×87%-2857.14×1.5%=23400kg
浓缩前水分含量：W=
浓缩前物料的流量：F=1666.67-214.29=1452.38kg/h
设浓缩后乳固形物的浓度为48%，水分含量52%
浓缩后物料的量： kg/h
蒸发的水量： kg/h
4.1.3 干燥过程物料衡算
设干燥后乳固形物的浓度为96%，水分含量为4%
干燥后物料的量： kg/h
蒸发水量： kg/h
4.1.4 包装
（1）稀奶油：包装采用玻璃瓶250g/瓶，大包装12瓶/箱
小包装：瓶
大包装：箱
（2）脱脂乳粉包装采用500g/袋，大包装为24袋/箱
小包装：袋
大包装：箱

5 热量衡算及传热面积计算
5.1 浓缩阶段计算
混合料液原浓度为13%，浓缩至干物质为48%
设第一效出料浓度为27.5%，二效出料浓度为48%
一效蒸发水量：kg/h
二效蒸发水量：kg/h
5.1.1物料比热计算
牛乳中各干物质含量如下表所示
表4-3 牛乳中各干物质含量
名称 蛋白质 脂肪 糖 水
质量kg 1020 1200 1440 26100
比热 0.5 0.5 0.3 1
则原料的比热为：
=0.9214 kcal/kg﹒℃
5.1.2 自蒸发系数
一效：进料温度TF1=90℃
加热温度TS1=85℃
蒸发温度T1=70℃
相应汽化热r1=555.05 kcal/kg
二效：进料温度TF2=65℃
加热温度TS2=70℃
蒸发温度T2=48℃
相应汽化热r2=566.21 kcal/kg

5.1.3 蒸发器传热面积的计算
一效：传热系数k1=1400 kcal/h﹒m2﹒℃
传热量:
kcal/h
温差△T1= TS1- TS2=85-70=15℃
传热面积m2
选用Φ45×2mm长5m的不锈钢管做蒸发管，取加热管余量系数为1.1 则d=45-2×2=41mm
所需蒸发管数：根
二效：传热系数k2=700 kcal/h﹒m2﹒℃
传热量:
kcal/h
温差△T2= T1- T2=70-48=22℃
传热面积m2
选用Φ45×2mm长5m的不锈钢管做蒸发管，取加热管余量系数为1.1 则d=45-2×2=41mm
所需蒸发管数：根
5.1.4 面积蒸发倍数
一效：kg/m2﹒h
二效：kg/m2﹒h
5.1.5 物料预热、杀菌及传热面积的计算
（1） 第一段预热是以盘管形式在混合冷凝器内或专门预热器内
进料温度t1=6℃，出料温度t2=40℃
加热蒸汽温度t3=45℃，传热系数k1′=1250 kcal/h﹒m2﹒℃
则传热量Q1=FC(t2- t1)=1452.38×0.9214×（40-6）=45499.58 kcal/h
温差△t1′= t3- t1=45-6=39℃ △t2′= t3- t2=45-40=5℃
对数平均温差℃
传热面积m2
使用Φ25×2mm不锈钢管，则管长m取37m
（2） 第二段传热面积
第二段预热是以盘管形式在二效加热器内
进料温度t2=40℃，出料温度t4=60℃
加热蒸汽温度TS2=70℃，传热系数k2′=1300 kcal/h﹒m2﹒℃
则传热量kcal/h
温差△t1″= TS2 – t2=70-40=30℃ △t2″= TS2- t4=70-60=10℃
对数平均温差℃
传热面积m2
使用Φ25×2mm不锈钢管，则管长m取19m
（3） 第三段传热面积
第三段是以盘管形式在一效加热器内
进料温度t4=60℃，出料温度t5=70℃，
加热蒸汽温度TS1=85℃，传热系数k3′=1300 kcal/h﹒m2﹒℃
则传热量kcal/h
温差△t13= TS1 – t4=85-60=25℃ △t23= TS1- t5=85-70=15℃
对数平均温差℃
传热面积m2
使用Φ25×2mm不锈钢管，则管长m取9m
（4） 第四段传热面积、
第四段是以列管式换热器，即为杀菌管
进料温度t5=70℃，出料温度t6=94℃
加热蒸汽温度t7=10445℃，传热系数k4′=1600 kcal/h﹒m2﹒℃
则传热量 kcal/h
温差△t14= t7- t5=104-70=34℃ △t24= t7- t6=104-94=10℃
对数平均温差℃
传热面积m2
使用Φ25×2mm不锈钢管，则管长m取18m
5.1.6 热压泵的计算
已知：工作蒸汽压Po=6atm
大气压力P=760mmHg
吸入气体压力P1=235mmHg=0.309atm
排出气体压力P2=540mmHg=0.71atm
则（1）吸入热压泵气体量（二效加热蒸汽取30%余量）
kg/h
（2）压缩比
（3）膨胀比
（4）抽气系数：根据K=2.3，E=19.4，查得μ=0.8
工作蒸汽消耗量kg/h
5.1.7 水力喷射器尺寸的计算
（1）喷嘴各部分尺寸
咽部直径mm
入口处直径d1=5d=5×13=65mm
出口处直径d2=cd
∵c=0.54lgE2.64=1.84，取c=2
∴d2=cd=2×13=26mm
咽部长度L=1.2d=1.2×13=15.6mm取L=16mm
收缩部长度mm，取46mm
扩张部长度mm，取50mm
（2）扩散管各部分尺寸
咽部直径mm，取D=54mm
入口处直径D1=1.5D=1.5×54=81mm
出口处直径D2=1.8D=1.8×54=97.2mm
咽部长度L＇=3D=3×54=162mm
收缩段长度L1＇=5D=5×54=270mm
扩张段长度L2＇=5D=5×54=270mm
（3）喷嘴出口到扩散管入口距离A值的计算
蒸汽自由喷射流长度
其中α—实验常数，对弹性介质取0.07~0.09，本设计取0.09
∴mm
蒸汽喷射流在距离喷嘴出口Lc处的截面直径
dc=1.55d2（1+μ）=1.55×26×（1+0.6）=64.48mm取dc=65mm
5.1.8 冷却水用量
设冷却水初温为20℃，终温为40℃
已知一效、二效不凝气体由不凝气管进入冷凝器的量均为
Vˊ=100kg/h
第一段预热管传热量为Q1=45499.58 kcal/h
45℃时二效二次蒸汽热焓为I1=613.76 kcal/h
70℃时二效二次蒸汽热焓为I2=631.5 kcal/h
二效二次蒸汽热焓的量为V2=293.23 kg/h
冷却水消耗量

kg/h
5.1.9 热量平衡
5.1.9.1 给热
已知加热蒸汽温度在104℃时相应潜化热为r3=536.3 kcal/kg
则杀菌器的蒸汽消耗量为
热压泵蒸汽耗量为Go=514.25 kg/h
工作蒸汽热焓为I3=655.6 kcal/kg（Po=6atm）
则 kcal/h
5.1.9.2 耗热
1、冷凝水带出的热量Q1ˊ:
已知：一效蒸发水量为V1=765.80kg/h
加热蒸汽量：W1= Go+Wˊ=574.12kg/h
冷凝水排出的温度：t一效=88℃，t二效=78℃
冷凝水的排出量：
一效杀菌器：W2=Go+W′+Gm=514.25+59.87+411.40=985.52kg/h
二效杀菌器：W3=V1-Gm=765.80-411.40=354.40 kg/h
则Q1ˊ=W2t一效+W3t二效=985.52×88+345.4×78=114368.96 kcal/h
取114000 kcal/h
2、物料带出热量Q2ˊ
出料温度为t出=50℃
出料量为W=F-V=1452.38-1059.03=393.35 kg/h
浓缩后各物质含量如表4-4所示
表4-4 浓缩后各物质含量
名称 蛋白质 脂肪 乳糖 水分
质量kg 1020 42.86 1440 3681.76
比热 0.5 0.5 0.3 1
则浓缩后物料的比热为：
kcal/h
则Q2ˊ=Wt出Cˊ=393.35×50×0.6561=12903.85 kcal/h
3、冷却水带走的热量Q3ˊ：
冷却水排出量WL=8871.40kg/h取9000kg/h
初温为20℃，终温为40℃
Q3ˊ=WL（40-20）=9000×20=180000 kcal/h
4、设备散热Q4ˊ
按设备蒸发耗热的5%计算
Q4ˊ=（V1r1+V2r2）×5%
=（765.80×555.05+293.23×566.21）×5%
=29554.35 kcal/h 取30000 kcal/h
5、总耗热为：
Q耗= Q1ˊ+ Q2ˊ+ Q3ˊ+ Q4ˊ
=114000+12903.85+180000+30000
=336903.85 kcal/h
Q给＞Q耗 所以设计合理
5.2 干燥阶段计算
5.2.1 喷雾干燥塔空气消耗量计算
计算依据：新鲜空气的温度t0=20℃
相对湿度
热风温度t1=150℃
排风温度t2=78℃
由t0、在I-X图上查得新鲜空气的湿含量为X0=0.0118 kg水/kg干，
其热焓为I0=11.25kcal/kg
∵空气在预热过程中不变
∴进入干燥塔时热空气的湿含量为X1=X0=0.0118 kg水/kg干
由t1、t2在I-X图上查得进入干燥塔的热空气焓I1=44 kcal/kg
排出干燥塔的废气湿含量X2=0.039 kg水/kg干
1、通过干燥设备的绝对干燥的空气量为
kg干/h
2、单位绝干空气耗量（一千克干空气为基准）
kg干/h
3、喷雾干燥消耗的湿空气体积为V0=v0G
v0为冷空气的比热容

m3/h
∴V0=v0G=0.862×7230.88=6233.02 m3/h
4、离开喷雾干燥器的湿空气体积为V2=v2G
v2为废气的比容

m3/h
∴V2=v2G=1.076×7230.88=7780.43 m3/h
5、进排风量的比较
∵
∴排风量比进风量大24.8%，符合乳品生产中干燥塔负压的要求，是合理的。
5.2.2 喷雾干燥设备的热量衡算
1、总的给热量kcal/h
2、耗热
（1）蒸发水分所需热量为
式中 为乳进料温度45℃
∴q1=196.68×（595+0.46×78-45）=115230.88 kcal/h
（2）将奶（48%）由45℃升至60℃所需的热量（壁温取60℃）

式中Cm=Cs+C2Cw，
其中 kcal/h
∴ kcal/kg·℃
∴q2=196.68×0.748×（60-45）=2206.75 kcal/kg·℃
（3）干燥塔热损失为q3=kwFw△t
kw为干燥器壁的表面同空气之间的传热系数
kcal/kg·℃
Fw为干燥器与周围空气接触的表面积
m2
△t=t壁-t空=60-20=40℃
∴q3=9.9×62.8×40=24868.8 kcal/h 取24869 kcal/h
（4）废气带出的热量
q4=G（0.24+0.46X0）(t2-t0)
=7230.88×（0.24+0.46×0.018）×（78-20）=104119.21kcal/h
（5）Q耗=q1+q2+q3+q4=115230.88+2206.75+24869+104119.21
=246425.84 kcal/h
Q给≈Q耗，∴本设计的干燥塔热量基本平衡。

6 设备尺寸计算及选型
6.1蒸发罐的结构尺寸计算
6.1.1 加热管和管板设计
1、管径和管数
经计算，已知选Φ45×2mm，长5m的不锈钢无缝钢管作为蒸发管，一效的蒸发列管数为Z1=33根，二效的蒸发列管数为Z2=18根
2、排列方法：正三角形排列
6.1.2 验算实际传热面积和余量
1、实际传热面积
一效：F实1=33×0.041π×5=21.24m2
二效：F实2=18×0.041π×5=11.59m2
2、验算余量
一效： 有12%的余量
二效： 有14%的余量
∴一、二效均符合要求
6.1.3 预热部分管子规格和盘管计算
1、尾部预热器
本设计采用Φ25×2mm的不锈钢管，经计算知管长l1=37m设混合冷凝容器的内径为700mm,则蛇管的外管直径 Do=d-200=700-200=500
每组蛇管间距t=2d外=2×25=50mm
同一组中各蛇管间的垂直距离h=1.5d外=1.5×25=38mm
内圈蛇管直径do=Do-2t=500-2×50=400mm
∴每圈蛇管长度：mm=1.57m
mm=1.27m

又∵蛇管总长度为l1=37m
则 m , m
蛇管圈数 圈
数管高度H=nh=31×38=1178mm=1.18m
2. 一、二效预热管的设计计算
（1）一效壳径的计算
由于采用胀管法，则管间距t＇=1.3d外=1.3×45=58.5mm，则最外圈直径（中心圈）：
D1=2×5tˊ×cos30°=2×5×58.5×cos30°≈507
最外管中心到壳体内径距离为h1=1.3d外=1.3×45=58.5mm
则壳体内径为D内1=D1+2h1=507+2×70=647mm
壁厚取8mm，则D内为700mm。
（2）一效预热盘管的设计由以上可知取Φ25×2mm的不锈钢管长l3=9m则d2=D+2d＇=507+2×70=647mm
每圈蛇管长度 m
∴盘管圈数，取5根
蛇管高度ho=2d外=2×25=50mm
H＇=n＇ho=5×50=250mm
壳体外径：盘管距壳体100mm，壳厚8mm
则D外1＇=d2+2×100+2×8=647+2×100+2×8=863mm 取900mm
（3）二效壳径
胀管法t＂=1.3d外=1.3×45=58.5mm
D内2= t＂（b-1）+2 t＂=58.5×（7-1）+2×58.5=468mm取470mm其中b取7
盘管外圈中心直径为d3= t＂（b-1）=58.5×（7-1）=351mm
D外2= D内2+2×8=426+16=484mm，壁厚取8mm，D外2取500mm
（4）二效预热管
由上计算可知，l2=19m则d4=d3+2×50=351+100=451mm，每圈蛇管度
∴蛇管圈数 取14。蛇管高度ho＇=2×25=50mm
壳体外径到壳体内径距离100mm，壳厚8mm
则D内2＇=d4+100×2=451+200=651mm
D外2＇= D内2＇+2×8=651+16=667mm，取700mm
6.1.4 加热室与分离室之间的汽热混合物管计算
本设计中此通道采用长方形截面通道（b=2a）
汽液流速ω=25m/s=90000m/h
1、一效：V1=765.80kg/h，蒸发温度T1=70℃，相应的比热容为C1=5.502m3/kg
则相应的二次蒸汽体积V一效=V1C1=765.80 ×5.502=4213.43 m3/h
面积： m3/h
则 mm，b1=2a1=306 mm
2、二效：V2=293.23kg/h，蒸发温度T2=45℃，相应的比热容为C2=15.28 m3/kg
则相应的二次蒸汽体积V二效=V2C2=765.80 ×5.502=4213.43 m3/h
面积： m2
则 b2=2a2=316 mm
6.1.5 二效整齐管径的计算
1、一效：气体流速ω1=25m/s=90000m/h
加热蒸汽量G1=Go+Gm=514.25+411.40=925.65kg/h
加热蒸汽温度TS1=85℃，相应的比容C1′=3.065 m3/kg
则二次蒸汽体积V1′=G1C1′=925.65×3.065=2837.12 m3
m2 ，∴直径 m
2、二效：气体流速ω2=16m/s=57600m/h
加热蒸汽量G2=V1-Gm=765.80-411.40=354.4kg/h
加热蒸汽温度TS2=70℃，相应的比容C2′=5.502 m3/kg
则二次蒸汽体积V2′=G2C2′=354.4×5.502=1949.91 m3
m2 ， ∴直径 m
6.1.6 杀菌器的计算
1、根据以上计算，杀菌器长l4=18m，取每根长5m，则所需管，取4根
2、排布：采取同心圆排布
管间距t0取1.3d外，则t0=1.3×25=32.5 mm
6.1.7 保温管的计算
取物料的密度为1.032，物料在保温管中停留的时间取24s，设管长3.5m，则m/s=525m/h
体积流量dm3/h=1.407m3/h
传热面积m2
∵∴m
D＇=2R=2×0.029=0.058=58mm
6.1.8 蒸发罐的强度计算
本设计的双效降膜蒸发器为真空条件操作属于外压容器，其强度计算如下：
1、一效蒸发器
上部：外径D上=900mm，壁厚=8mm，长L=2000mm
则mm
∴L＞L上，蒸发器为短圆筒式
真空容器为外压容器，p=1atm
临界壁厚
其中：E——弹性模数（材料的）不锈钢件，E=2.1×106kg/cm2
C——腐蚀强度，不锈钢取0
则cm=3.9mm
∴＜ ∴本设计是合理的
2、二效蒸发器
上部：外径D上＇=700mm，壁厚=8mm，长L上＇=2000mm
则mm
∴，蒸发器为短圆筒式
真空容器为外压容器，p=1atm
临界壁厚：cm=3.39mm
∴， ∴本设计是合理的
下部：
外径=500mm，壁厚=8mm，长=3000mm
则mm
∴，本设计为短圆筒式
临界壁厚
cm=3.3mm
∴，∴本设计是合理的。

6.2 喷雾干燥塔尺寸计算
6.2.1离心喷雾设备液滴的大小与射程
设计依据：本设计采用沟槽式离心盘
孔眼直径d=0.003m
孔眼数目n=24
进料量G1=393.35 kg/h
转盘转数n=10000转/分=167 r/s
离心盘半径R=140mm
液滴表面张力α=0.005kg/m·s
物料密度ρn=1076kg/m3
（1）液滴的射程
m
（2）雾滴直径的计算

式中：x——由Mp确定的系数
ρ——物料密度
σ——料液表面张力
Z——沟槽的数目
h——沟槽的高度
μ——料液的黏度
Mp——沟槽的周边润湿率
，l——润湿周边长度l=ndπ
kg/s·m
离心盘的进料温度为45℃。浓度为48%
则μ=0.0015pa/s，σ=0.07N/m,h=d/2=0.0015m,ρ=1124kg/m3
由于Mp＞0.33，∴x取0.4

（3）液滴离开离心盘的速度
a、径向速度

b、切向速度
m/s
c、合速度
m/s
6.2.2干燥室尺寸计算
（1）干燥室直径D=2.25S=2.25×2.18=4.91m，取5m
（2）干燥室有效容积，式中q为干燥时的容积干燥强度
q=0.03TB-1=3.5kg/m2·h （TB为进入干燥室的热风温度）
∴m3
（3）干燥室截面风速
m2
∵
其中：v1——热空气的比容
v