8000TD大豆浓缩蛋白工艺设计毕业设计论文.pdf

20XX 届毕业生毕 业 设 计 说 明 书20XX 届毕业生毕 业 设 计 说 明 书题目:题目:8000T/D 大豆浓缩蛋白工艺设计8000T/D 大豆浓缩蛋白工艺设计院系名称：粮油食品学院院系名称：粮油食品学院 专业班级：食工 XXX专业班级：食工 XXX学生姓名：XXX学生姓名：XXX学号：XXXXXXXXXXX学号：XXXXXXXXXXX指导教师：XXXXX指导教师：XXXXX教师职称：XXXX教师职称：XXXX20XX 年年XXX月月XX 日日毕 业 设 计 中 文 摘 要（空 1 行）摘要（小 4 号宋体，1.5 倍行距）。（要求 400 字左右）（空 2 行）关键词：（小 4 号宋体）（小 4 号黑体）XXX 吨/年大豆浓缩蛋白工艺设计II毕 业 设 计 外 文 摘 要Title（4 号 Times New Roman）Abstract（小 4 号 Times New Roman，1.5 倍行距，第一个字应顶格写）.（空 2 行）Keywords（小 4 号 Times New Roman）（小 4Times New Roman）河南工业大学毕业设计I目录1 工艺设计说明书.21.1 国内外现状及发展趋势.21.2 课题意义.31.3工艺设计说明.42 计算设计说明书.82.1 物料衡算.82.2 热量衡算.122.3一效蒸发器设计计算.152.4 二效蒸发器设计计算.162.5 精馏塔设计计算.182.6 一效冷凝器设计计算.292.7二效冷凝器设计计算.332.8 真空干燥机冷凝器的设计计算.362.9浸出器的设计计算.392.10 粉碎机选型.402.11 真空干燥机选型.412.12 螺旋卸料离心机的选型.412.13 胶体磨选型.412.14 螺旋输送机设计计算.422.15 暂存罐的设计计算.452.16 泵的选型.472.17 真空泵的设计选型.502.18 管道设计计算.512.19 设备明细表.71致谢.73参考文献.1目录自动生成XXX 吨/年大豆浓缩蛋白工艺设计21 工艺设计说明书1 工艺设计说明书1.1 国内外现状及发展趋势1.1 国内外现状及发展趋势大豆蛋白加工是最近10多年来我国大豆加工利用的新方向。其加工工艺和传统大豆加工工艺的区别在于大豆经过浸出法提取油脂后,豆粕在低温条件下脱除溶剂,大豆蛋白质基本不变性。利用此低温脱溶豆粕(俗称白豆片)可以进一步生产出大豆蛋白粉、大豆组织蛋白、大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白等大豆蛋白产品。我国现今已有30 余家生产大豆蛋白的企业,可以生产大豆组织蛋白、大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白。由于美国是大豆的主要产地，所以其大豆加工业也是规模最大的。根据网上数据统计，目前在美国就有381家企业涉及大豆的加工。世界上加工大豆蛋白的一些企业如ADM、DuPont Protein Technologist(即以前的保利来蛋白公司，现被DuPont 公司收购,该公司已经在我国收购多家企业并开始生产分离蛋白)、Central Soya、International ProteinCorporation 等,其大豆蛋白生产品种基本覆盖了已经成功开发的所有品种,最为重要的是有些公司的产品已经形成序列化、专一化,有不同类型的蛋白质产品来满足不同的食品加工需要。据不完全统计,仅ADM和DuPont公司的蛋白产品就达几十种,产品的应用范围几乎覆盖所有的日常加工食品,同时一些产品的针对性强,有自己的特定使用对象,而这个问题正是我国大豆蛋白加工所存在的问题。从蛋白质产品生产厂商数目上看,大豆蛋白的生产以豆奶类、脱脂豆粉、浓缩蛋白、分离蛋白、组织化蛋白的生产较多,而对水解蛋白的生产较少。它的营养价值与牛乳接近,并且还存在以下几个优势:无乳糖、无胆固醇、富含不饱和脂肪酸、富含异黄酮、含纤维素。在注重健康的今天得到美国消费者逐步认可,消费观念发生了改变所致。在对脱脂豆粉进行加工处理时,产品的风味质量得到改善,特有的豆腥味被去,大豆中含有的所谓“胀气因子”大豆低聚糖也同时被除去,产品中蛋此部分内容可以用开题报告中相应的内容。因为要查重，注意修改和引用标注。河南工业大学毕业设计3白质的含量与原料脱脂豆粉相比明显提高(一般不低于70%),通常1吨脱脂豆粉可以生产出368.9kg的浓缩蛋白。蛋白产品的性状与处理方法有关。脱脂豆粉热变性后水浸提处理,产品的溶解性能低、色泽也较深;醇浸提法生产出的产品溶解度虽然低(NSI为10%15%),但可以保留大豆蛋白的一些功能性质,如粘度、乳化能力等;酸浸提法可以通过后来中和物料中的酸而提高浓缩蛋白的溶解性能。不同方法生产出的浓缩蛋白均可以形成粉状、粒状的产品形式,均可以最终用于生产组织化大豆蛋白。用乙醇生产的大豆蛋白蛋白质含量高，色泽好，容易干燥，风味好；现在正越来越多的被生产厂家所接受。1.2 课题意义1.2 课题意义中国是大豆的原产国,其种植历史长达5000年。大豆经过中国传到东南亚以后,再经过欧洲而传到美洲。目前大豆是世界上最重要的油料作物,在2000 年,大豆产量占油料作物总产量的56%,相比之下处于第二、第三位的油菜籽、棉籽的产量分别只有11%和12%。我国的大豆生产总体趋势为产量有所增加,居世界第四。大豆是一种重要的经济作物,它的脂肪、蛋白质和一些微量成分有重要的利用价值。在大豆的各种化学成分加工、利用中,大豆蛋白质的加工、利用技术一直是加工业和研究者重点注意问题之一,更是我国急需解决的问题。在大豆中蛋白质含量一般不低于38%,它为大豆所含最主要、也是最重要的营养成分。所以大豆蛋白质是当前一个非常重要的、并且有十分廉价的植物蛋白质资源,与其它传统动物蛋白源相比,单位重量的大豆中蛋白质含量要明显高于动物蛋白大豆蛋白作为大豆油脂加工业中的重要副产物,不仅具有良好的营养价值和加工品质,同时蛋白质、异黄酮等成分对现代人类的健康也具有积极的、有益的作用,在食品加工中大豆蛋白质的应用存在极大的潜力。与美国的大豆蛋白加工应用情况相比,我国的大豆蛋白深加工产品的生产、应用开发仍然处于发展的初期,虽然在大豆分离蛋白的生产、应用上已经形成相应的规模,但是对于大豆浓缩蛋XXX 吨/年大豆浓缩蛋白工艺设计4白、组织化蛋白、脱脂豆粉、豆乳等产品,它们更具有市场竞争力、更容易形成大规模的生产与应用,可是这些产品的开发、生产却处于萌芽期,急需在未来进行规模性的开发、生产以及应用。1.3工艺设计说明1.3工艺设计说明1.3.1 设计原则 尽可能采纳当今国内成熟的基本流程和部分规范。国内外先进工艺的应用须通过必需的实验后才能推广。工艺过程连续化属基本要求，同时进可能应用成熟可靠的自动控制仪表，但也不排出必要的简易可行的半连续或间歇式设备的利用。先进性和实用性结合1.3.2 工艺设计原理大豆浓缩蛋白是从脱脂豆粉中除去低分子可溶性非蛋白成分,主要可溶性糖、灰分和各种气味成分等,制得的大豆蛋白制品。目前大豆浓缩蛋白的生产工艺一般有三种,即湿热浸提法、稀酸浸提法和含水乙醇浸提法。此外开始探求用超滤法生产大豆浓缩蛋白。湿热浸提法目前已基本被淘汰,原因是产品风味、色泽和功能性质都极差。稀酸浸提法制得的大豆浓缩蛋白虽然具有较好的功能特性,但蛋白质的得率较低,污水排放造成的环境污染较为严重,综合效益差。超滤法制备的产品功能特性好,蛋白质得率较高,不足之处在于产品无法干燥处理。醇法大豆浓缩蛋白的特点在于:产品的风味、色泽好、蛋白质得率高;生产过程中无污水排放,避免了环境污染;且更有利于对产品进行综合利用。但醇法大豆浓缩蛋白由于使用了60%左右的乙醇溶液,蛋白质变性较为剧烈,功能性较差,且目前醇法大豆浓缩蛋白酒精消耗高达200 kg/t 300 kg/t浓缩蛋白(国际上一般为40 kg/t浓缩蛋白)。以低变性脱脂大豆粕为原料,国内生产醇法大豆浓缩蛋白的工厂常采用间歇河南工业大学毕业设计5式浸出,不仅生产量低,而且原料和乙醇水溶液比之大,每吨醇法大豆浓缩蛋白的乙醇消耗量高达300 kg,且需蒸馏回收的乙醇量也很大、能耗高。因此,生产成本高、效益差。若采用连续式工艺则可以大幅度降低乙醇消耗量,改善大豆浓缩蛋白的功能性质,降低生产成本。在浸提工序中,影响蛋白质溶出率和蛋白质分散指数的因素,除了乙醇浓度和浸提温度外,还有原料的粒度、固液比、浸提时间、pH值以及搅拌强度等。浸提时间主要影响蛋白质的溶出率,但在两个指标中均处最后一位,在一定条件下,浸提时间越长,蛋白溶出率越高,蛋白质分散指数也有增加的趋势,但两个指标增加的幅度均很小。较长的浸提时间,在较高的乙醇浓度下,会导致蛋白质的变性程度发生变化,这种变化可能直接影响到大豆浓缩蛋白的蛋白质分散指数,且当达到一定时间后,蛋白质的溶出率也趋于恒定。因此,综合两项指标,浸提时间以30 min为宜。固液比在两个指标中均处于第三位,低浓度溶剂浸出时17 的固液比有利于大豆浓缩蛋白PDI 的提高。高浓度乙醇溶液浸出时1：4的固液比既可以浸出除去豆粕中与蛋白质结合的脂类物质、风味前体及色素类,又经济适用。浸提温度提高,有利于蛋白质溶出率的增加,但当温度提高时,在较高的乙醇浓度下,蛋白质的变性程度增加,从而使大豆浓缩蛋白的PDI 降低,影响产品的工艺性能。另外高温浸提耗能较多,因而浸提温度建议采用30。乙醇浓度在四个因素中处于首位,属主要因素。从目前的实验结果来看,提高乙醇浓度不利于豆粕中小分子有机物如低聚糖、皂甙等的浸出,从而使大豆浓缩蛋白中的蛋白含量降低。如使用95%的乙醇时,蒸馏回收酒精几乎不产生泡沫,说明皂甙基本上没有被浸出,仍留在大豆浓缩蛋白中。但乙醇浓度的提高,可除去豆粕中与蛋白质结合的脂类物质、风味前体及色素类,使其在醇法大豆浓缩蛋白中的含量明显降低(因为此类物质可溶于乙醇),因而醇洗豆粕可去除异味及其色泽变浅,却是很明显的。另外研究发现,乙醇使蛋白质变性的机理不同于热变性,XXX 吨/年大豆浓缩蛋白工艺设计6热变性使蛋白质松散、无序,而醇变性则使蛋白质分子重新构造,形成了比天然大豆蛋白更加有序的结构,在熵变驱动下伴随自聚集循环形成了蛋白聚集微粒,蛋白聚集微粒的刚性较大、构象力大、构象更紧密,维持这种紧密构象的作用力是键能较低的次级键。综合实践和理论分析,我们提出稀浓乙醇两次浸出方案:首先用60%的乙醇溶液浸提,然后用90%的乙醇溶液二次浸提(工作时间30 min,温度50,固液比分别为17，1：4),从而得到具有较好的气味、色泽、蛋白质分散指数和蛋白含量的大豆浓缩蛋白。1.3.3工艺流程图两次乙醇制取浓缩蛋白工艺流程图60乙醇溶液90乙醇溶液豆粕存料斗环形浸出器上半段沥干环形浸出器下半段胶体磨暂存罐离心分离机双螺杆高湿挤压机真空干燥机粉碎机集料器包装机1.3.4 操作说明大豆浓缩蛋白的加工是从脱溶豆粕开始的，首先把豆粕用刮板输送机送到暂存箱里，箱体的大小应该合理，保证生产过程的连续性。料是通过绞龙送入浸出器。由于溶剂的易挥发性，绞龙要严格封闭。料有绞龙送入以后，环形浸出器内开始浸出，浸出时料是静止的，溶剂通过循环泵来连续浸出。浸出器上半段用60的乙醇溶液浸出，固液比为 1：7，豆粕大部分中小分子有机物如低聚糖、皂甙等被浸出，为了保证两次进出的浓度梯度，必须在上半段进行沥干，沥干液打入暂存罐，然后由暂存罐打入一效蒸发器，上半段沥干以后进入下半段用 90的乙醇溶液提取，固液比为 1：4，提取以后用高压泵将混合物料打入胶体磨，胶体磨打磨以后由于其的大的冲力需设一个暂存罐缓冲。然后进入离心分离机分离，分离以后的溶液打入暂存罐，暂存罐里进行调配，调配成 60的乙醇溶液河南工业大学毕业设计7再循环利用。分离以后的物料通过输送机进入真空干燥机干燥。干燥以后的物料进入粉碎机粉碎，最后集料包装。环形浸出器上半段的沥出溶剂从暂存罐打入一效蒸发器，通过一效加热分离，二效加热分离，进入冷凝器中冷凝，冷凝以后进入稀乙醇罐，用泵再打入精馏塔，精馏冷却以后打入浓乙醇暂存罐。1.3.5平面布置说明厂房使用的为钢筋混凝土结构，总共两层，其中一、二楼长度为 30m，楼宽度为 18 米。根据工艺流程设计的所确定的全部设备，按着工艺生产的要求合理的进行平面布置，以保证生产的顺利进行。冷凝罐所接管路较复杂且所接管路相同，所以集中摆放。楼，分离机放在二楼，冷凝器大部分放在二楼，精馏塔冷凝器放在二楼，胶体磨放在一楼，真空干燥机集中摆放，都放在一楼。蒸汽分配器摆放在二楼。1.3.6 设备选型说明1.浸出器的选择：目前大豆浓缩蛋白的生产工艺一般有三种,即湿热浸提法、稀酸浸提法和含水乙醇浸提法。乙醇浸提是制备的大豆浓缩蛋白是一种高蛋白的大豆制品，其氨基酸组成合理，产品的风味清淡、色泽较浅，蛋白损失较小。乙醇浸提工艺不断发展，现在用两次乙醇溶剂的浸提，通过浓度梯度既解决了高浓度浸提豆粕时中小分子有机物如低聚糖、皂甙难提出的问题，又解决了低浓度浸提豆粕中与蛋白质结合的脂类物质、风味前体及色素类难提出的问题。特别是用环形浸出器的浓度阶梯连续浸提，既可以解决平转浸出器的渗透问题，又可以降低设备的空间布置，便于维修。XXX 吨/年大豆浓缩蛋白工艺设计8通过在上浸提段设沥干段来实现两次浓度梯度，上半段的沥干液用泵打出。下半段在打入新的高浓度溶剂，高浓度的溶剂浸提以后不再打出，而是和物料一起打入胶体磨。设备采用自动保压、自动拉板、程控等功能，操作简单、安全、省力、通过操作控制板上的按钮即可实现浸出器的连续动作，其中配有多种安全装置，确保操作人员的安全和浸出器的正常运行，旁边设平台便于操作人员的观察。2.胶体磨的选择：JM 系列胶体磨由 85 型不锈钢、半不锈钢和 130 型胶体磨组成，该系列胶体磨是对流体、半流体物料进行精细化研磨处理的设备。3.水喷射泵的选择：蒸汽喷射泵是一种具有抽真空、冷凝、排水等三种有效能的机械装置。它是利用一定压力的水流通过对称均布成一定倾斜度的喷咀喷出，聚合在一个焦点上。由于喷射水流速度很高，于是周围形成负压使器室内产生真空，另外由于二次蒸汽与喷射水流直接接触，进行热交换，绝大部分的蒸汽冷凝成水,小量未被凝的蒸汽与不疑结的气体亦由于与高速喷射的水流互相摩擦，混合与挤压，通过扩压管使器室内形成更高的真空。2 计算设计说明书2 计算设计说明书2.1 物料衡算2.1 物料衡算2.1.1 主体物料衡算1原料组成原料的氮溶指数 NSI70蛋白质脂肪水分粗纤维灰分寡聚糖低聚糖56%1%8%5%6%12%12%一些原料的设计数据不得与前人的数据一样，防止重复。原料数据要有来源，不要不切合实际的瞎编，比如参考发表的文章，教材或者实验室结果。河南工业大学毕业设计92.原料数量本工艺设计课题为:8000T/D 大豆浓缩蛋白工艺设计,产率按 65%个,一年按300 个 工 作 日,则 原 料:A=(8000T/Y)/65%=12307.7T/Y=41T/D=1708.3kg/h原料中各组分的含量（单位，kg/h）3.用 60%酒精浸出洗涤时60%浸出洗涤时有 95%蛋白、10%脂肪、90%粗纤维、10%灰分、90%寡聚糖、10%低聚糖转移到蛋白液中,则蛋白液干物质量:B1=95%956.6+10%17.1+85.490%+102.510%+20590%+20510%=908.77+1.71+76.86+10.25+184.5+20.5=1202.6 kg/h用 60%酒精水溶液浸泡后沥干，蛋白含溶 70%，且 60%酒精水溶液按 1：7 加入,设 x 为浸泡后沥干的湿粕中酒精水溶液的量,则%70%1006.1202xx,x=2806.1kg/h湿粕总重:x+1202.6=4008.7kg/h进入一效蒸发器的液体:C=71708.3+1708.3-4008.7=9657.7kg/h与物料中的水混合后酒精浓度:%3.597.1363.17087%603.17087%进入蒸发器的液体浓度%2.56%1007.9657%3.59)1.28063.17087(4.90%酒精水溶液浸出洗涤时90%酒精水溶液 1：4 加入浸出洗涤时，有 99%蛋白，90%的脂肪，90%的粗纤维，90%灰分，90%的寡聚糖，90%低聚糖转移到蛋白液中,则蛋白液干物质量:蛋白质脂肪水分粗纤维灰分寡聚糖低聚糖956.617.1136.785.4102.5205.0205.0XXX 吨/年大豆浓缩蛋白工艺设计10B2=99%908.77+90%1.71+90%76.86+90%10.25+90%184.5+90%20.5=1164.1 kg/h5.进入胶体磨的量:D=1164.1+1708.34+2806.1=10803.4 kg/h6.酒精水溶液量 E=41708.3+2806.1+1202.6-1164.1=9677.8 kg/h7.离心分离后含湿量 70%，%70%1001.1164FF,F=2716.2kg/h8.从离心机分离出的酒精水溶液 H=10803.4-3880.3=7023.1 kg/h9.进入挤压机的量为:G=2716.2+1164.1=3880.3kg/h10.挤压后含溶 45%45%1001.1164LL，L=952.4 kg/h，进入真空干燥机的量 G=L+1164.1=2116.5 kg/h10.从真空干燥机出来成品含水量 6.7%7.61.1164II,I=83.6 kg/hI+1164.1=1247.7 kg/h成品含酒精量 500ppm10000005007.1247JJJ=0.62 kg/h成品量：1247.7+0.62=1248.32kg/h蛋白得率：%1003.1768成品量%1.73%1003.170832.1248进入真空干燥机冷凝器的酒精量 K=2116.5-1248.32=868.18kg/h进入稀乙醇周转罐的量 L=7023.1+K=7023.1+868.18=7891.28kg/h2.1.2 蒸发器物料衡算1.一效蒸发查许开天编酒精蒸馏技术由表：酒精和水的混合物在不同压力下的沸点，设河南工业大学毕业设计11定:一效蒸发器的绝压为 80.0kpa 时在温度 80条件下蒸发查表：水-酒精的气相和液相物理参数，得:蒸汽的酒精浓度为 78.5%进一效蒸发器的糖的浓度:%82.3%1007.96576.12027.1363.1708出一效蒸发器的糖的浓度:6%,则 9657.73.82%=M6%,M=6148.7kg/h一效蒸发器蒸发的酒精水溶液的量:9657.7-6148.7=3509.0 kg/h出一效蒸发器的酒精水溶液的浓度:9657.756.2%=3509.078.5%+6148.7P 得 P=43.5%2.二效蒸发出二效蒸发器的糖的浓度为 14%9657.73.82%=Q14%,Q=2635.2kg/h二效蒸发器蒸发的酒精水溶液的量：6148.7-2635.2=3513.5 kg/h由表:水-酒精的气相和液相物理参数，得出二效蒸发器酒精蒸汽的酒精浓度为75.5%糖浆中酒精浓度%77.0%1002.2635%5.755.3513%5.783509%2.567.9657查许开天编酒精蒸馏技术由表：酒精和水的混合物在不同压力下的沸点，设定二效蒸发器的工作压力 30kpa（真空度），温度 60。2.1.3 精馏塔的物料衡算进精馏塔的酒精水溶液浓度为Xf=%775.35133509%5.755.3513%5.783509Xd=90%设定 Xw=1%原料液流量 F=3509.0+3513.5=7022.5 kg/h总物料衡算F=D+W,则 D+W=7022.5 易挥发组分的物料衡算公式 FXf=DXd+WXw,则 7022.577%=D90%+W1%XXX 吨/年大豆浓缩蛋白工艺设计12F-原料液流量Xf-原料液中易挥发组分的组成D-馏出液流量Xd-馏出液中易挥发组分的组成W-釜残液流量Xw-釜残液中易挥发组分的组成方程和联立可解得:D=5881.3kg/h,W=1141.2kg/h2.2热量衡算热量衡算2.2.1 一效蒸发器热量衡算1.主要参数糖的比热容参考化工原理附录十四常用固体材料的密度和比热容得:C糖糖=0.9630 KJ/Kg乙醇的比热容参考日用化工理化数据手册表 17.12 乙醇液体的热容得:50时，C乙醇乙醇=0.669 卡/克=2.801 KJ/Kg80时，C乙醇乙醇=0.769 卡/克60，C乙醇乙醇=0.702 卡/克水比热容参考化工原理附录水的重要物理性质 50时 C水=4.174kJ/kg；80时 C水=4.195 kJ/kg；50时的汽化热为:2368.1 kJ/kg，60时的汽化热为:2355.1 kJ/kg，80时的汽化热为:2307.8 kJ/kg；一效绝压为 450kpa时，蒸汽温度为 147.7，此时蒸汽潜热 r=2125.4 kJ/kg。查扈文胜编常用食品数据手册由表：各种浓度酒精的沸点和汽化热得:乙醇在 50时的汽化热为:211.6kcal/kg，60时的汽化热为:212.3 kcal/kg 80时的汽化热为:213.4 kcal/kg.2.进入一蒸的物料量糖:9657.7 3.82%=368.9kg/h酒 精:9657.7 56.2%=5427.7kg/h水:9657.7-368.9-5427.7=kg/h河南工业大学毕业设计133.物料带入的总热量 Q进=Q糖+Q乙醇+Q水+Q蒸汽糖带入的热量：Q糖=mct=368.90.963050=17762.5 kJ/h乙醇带入的热量 Q乙醇=mct=5427.72.80150=760149.385 kJ/h水带入的热量：Q水=mct=3861.14.17450=805811.57 kJ/h蒸汽带入的热量:Q蒸汽=D2125.4 kJ/h4物料带出的总热量 Q出=Q1糖+Q1乙醇+Q1水糖带出的热量：Q1糖=368.90.963080=28420.1 kJ/h乙醇带出的热量：Q11 乙醇=（5427.7-3509.078.5%）0.7694.186880=688524.6 kJ/hQ12 乙醇=3509.078.5%0.7694.186880+3509.078.5%213.44.1868=1073598.03+4999480.98=3170600.9 kJ/hQ1乙醇=Q11 乙醇+Q12 乙醇=3859125.5.51 kJ/h水带出的热量：Q11 水=3861.1-3509.0（1-78.5%）4.19580=1042596.8 kJ/hQ12 水=3509.021.5%2307.8+3509.021.5%4.19580=1994273.5 kJ/hQ1水=Q11 水+Q12 水=3036870.3 kJ/h5.用总热量衡算得到直接蒸汽耗量物料带入的总热量 Q进=物料带出的总热量 Q出则，Q进=17762.5+760149.385+805811.57+D2125.4=15837273.5+D2125.4Q出=28420.1+3859125.5.51+3036870.3=6924415.9 kg/h加热蒸汽耗量 D=(6924415.9-15837273.5)/2125.4=2512.8 kg/h设加热蒸汽的热损失为 2%，则 D1=D(1+2%)=2563.0 kg/h2.2.2 二效蒸发器热量衡算1.进入二蒸的物料量XXX 吨/年大豆浓缩蛋白工艺设计14糖:9657.7 3.82%=368.9kg/h酒 精:6148.7 43.5%=2674.7kg/h水:6148.7-368.9-2674.7=3105.1 kg/h2.物料带入的总热量 Q进=Q2糖+Q2乙醇+Q2水+Q2蒸汽糖带入的热量：Q2糖=Q1糖=368.90.963080=28420.1 kJ/h乙醇带入的热量 Q2乙醇=Q11 乙醇=688524.6kJ/h水带入的热量：Q2水=Q11 水=1042596.8 kJ/h二次蒸汽带入的热量:Q2蒸汽3物料带出的总热量 Q出=Q3糖+Q3乙醇+Q3水糖带出的热量：Q3糖=368.90.963060=21315.0 kJ/h乙醇带出的热量：Q31 乙醇=2635.20.77%0.7024.186860=3578.3 kJ/hQ32 乙醇=3513.575.5%0.7024.186860+3513.575.5%212.34.1868=2825663.1 kJ/hQ3乙醇=Q31 乙醇+Q32 乙醇=2829241.4 kJ/h水带出的热量：Q31 水=3105.1-3513.5（1-75.5%）4.17860=562599.2 kJ/hQ32 水=3513.524.5%2355.1+3513.524.5%4.17860=2243075.0 kJ/hQ3水=Q31 水+Q32 水=2805674.2 kJ/h5.用总热量衡算得到直接蒸汽耗量物料带入的总热量 Q进=物料带出的总热量 Q出则，Q进=28420.1+688524.6+1042596.8+Q2蒸汽=1759541.5+Q2蒸汽蒸汽Q出=21315+2829241.4+2805674.2=5656230.6 kJ/h得到：二效蒸发消耗的能量 Q2蒸汽=5656230.6-1759541.5=3896689.1 kJ/h设热量损失为 5%，则修正后 Q2蒸汽=3896689.1（1+5%）=4091523.6 kJ/h河南工业大学毕业设计15查许开天编酒精蒸馏技术由表：酒精和水的混合物在不同浓度下的汽化热得：一蒸二次蒸汽的潜热为：292.46 kcal/kg一效蒸发二次蒸汽所能提供的潜热：3509.0292.464.1868=4296670.6 kJ/h二次蒸汽利用率=%2.95%1004296670.64091523.62.3一效蒸发器设计计算2.3一效蒸发器设计计算1.一效传热面积计算压强为 450kpa 时饱和蒸汽的温度 T 为 147.7；查许开天编酒精蒸馏技术80kpa 时，56.2%酒精溶液沸点为 74.7。参考化工原理表 6-2 各种蒸发器的传热系数，外热式蒸发器取：K1=1200W/（m2K）t1=147.7-74.7=73.0Q1=Dr=25632125.4=5447400.2kJ/h=1513166.7 WS1=Q1/（K1t1）=1513166.7/（120073）=17.27 为安全计 S=17.271.2=20.7 2加热室选用直径为383mm，长为 l=3m 的无缝钢管作为加热管，则管数为：n=S/（dol）=20.7/（0.0383）=58加热管按正三角形排列，则管束中心线上的管数约为：nc=1.1n=1.158=8.3,取为 9取管心距 t 为 70mm，则管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离 b 为1.5do，则加热室的内径为：Di=t（nc-1）+2b=70（9-1）+2（1.538）=560+114=674mm取 Di=700mm（2）循环室由于 D=n)14.0(d，d 为加热管内径，D=217.9mm，取为 220mmXXX 吨/年大豆浓缩蛋白工艺设计16（3）分离室取分离室的高度为 H=1.5m。查扈文胜编常用食品数据手册，绝对大气压下，蒸汽中酒精浓度 78.5%时，蒸汽密度近似为1.200 kg/m3，所以压强为80kpa时二次蒸汽的密度为1.104kg/m3，则二次蒸汽的体积流量为Vs=883.0104.1*360035093600Wm3/s允许蒸发体积强度 Vsy 为 1.11.5 m3/（m2s），取 Vsy=1.1 m3/（m2s），则V=803.01.1883.04VsyVsm3,V=4D2H，而DH=12，取 H=1.8，则 D=753mm，取为 900mm。外热式自然循环管蒸发器的主要数据：表 1 一效蒸发器的主要数据加热管加热室分离室循环管规格 mm长度 m根数直径 mm长度 m直径 m高度 m直径 mm38335870039001.82202.4 二效蒸发器设计计算2.4 二效蒸发器设计计算1二效传热面积计算压强为 80kpa 时饱和蒸汽压的温度 T=74.7二效蒸发器在绝压为 30kpa 时溶液沸点为 52.7Q2=3877852.1kJ/h=1077181.1 wt=73.8-52.7=22故传热面积 S=tKQ参考卷 6-2 各种蒸发器的传热系数化工原理取 K=1200 w/（m2k）S=1077181.1/（120022）=40.8 m2为安全计，取 S=40.81.2=48.96 m22.加热室河南工业大学毕业设计17选用直径383mm，长为 3m 的无缝钢管作为加热室，则管数为：n=S/（dol）=48.96/（0.0383）=136.8，取为 137加热管按正三角形排列，则管束中心线上的管数约为：nc=1.1n=1.1 137=13取管心距 t 为 70mm，则管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离 b 为1.5do，则加热室的内径为：Di=t（nc-1）+2b=70（13-1）+2（1.538）=700+114=954mm取 Di=960mm（2）循环室根据经验循环室的截面积取 80%的加热管总截面积，则循环管总截面积为f=0.8n di2/4=0.83.14137(0.038-20.003)2/4=0.0879 所以，循环管直径为d=mm6.33412.044f，取为 350 mm（3）分离室取分离室的高度为 H=1.8m，(高度与直径之比为 1 到 2)查扈文胜编常用食品数据手册，绝对大气压下，蒸汽中酒精浓度 75.5%时，蒸汽密度近似为 1.1617 kg/m3，所以压强为 30kpa 时二次蒸汽的密度为1.1269kg/m3。压强为 30kpa 时二次蒸汽的密度为 0.30799kg/m3，所以二次蒸汽的体积流量为Vs=866.01269.136005.35133600Wm3/s，1.1SVV 1.1866.0=0.787m3V=4D2H，而DH=12，取 H=1.8，则 D=746，取为 900mm。外热式自然循环蒸发器的主要数据：表 2 二效蒸发器的主要数据XXX 吨/年大豆浓缩蛋白工艺设计18加热管加热室分离室循环管规格 mm长度 m根数长度 m直径 mm直径 mm高度 m直径 mm38339239609001.83502.5 精馏塔设计计算2.5 精馏塔设计计算2.5.1 最小回流比 Rmin 的确定计算公式 Rmin=（XD-Yq）/（Yq-Xq）馏出液质量浓度 XD=90%；原料液质量浓度 XF=77%；塔釜液质量浓度 Xw=1%馏出液摩尔浓度=779.018/1007.46/9007.46/90原料液摩尔浓度=567.018/2307.46/7707.46/77塔釜液摩尔浓度=004.018/9907.46/107.46/1原料液汽化热 I=0.567213.24.186846.07+0.433550.84.186818=41290 kJ有天津大学化工原理下册图 1-3，XF=0.567 时，溶液泡点约为 78，平均温度4922078。由附录查得 49下，乙醇溶液的比热容为 0.645 卡/克，故原料液的平均比热容为 CP=0.6454.186846.070.567+0.645 4.1868180.433=91.6 KJ/kmolq=129.16.412906.41290)2078(6.91mmprrtC，则75.81qq由天津大学化工原理下册图 1-4 作图，在 x=0.567 处作 y 方向直线交 y=x 于点 e,过点 e 作斜率为 8.75 的直线，交平衡线于一点，则 xq=0.61,Yq=0.69,Rmin=qqqDxyyx=61.069.069.0779.0=1.11实际回流比为 R=1.5 Rmin=1.51.11=1.672.5.2蒸汽流量与进入塔板的液体的计算河南工业大学毕业设计19由常用食品数据手册（中国食品出版社）中卷 4-1-18 酒精蒸汽的重度和比容（绝对大气压），查得 rv=1.396kg/m3，又 D=5881.3，W=1141.2，蒸 汽 流 量 Vs=D（R+1）/rv,可 得:Vs=5881.3 (1.67+1)1.396=11248.6m3/h=3.125 m3/s进入塔板的液体:密度=829kg/m3,质量流量Ws=5881.31.67=9821.8kg/h,则体积流量 Ls=9821.8/（8293600）=0.0033 m3/s2.5.3 浮阀精馏塔设计参考刘道德编化工设备的选择与工艺设计采用 F1 型浮阀（重阀）。蒸汽流量 Vs=3.125m3/s蒸汽密度V=1.396kg/m3(查常用食品数据手册)液体流量 Ls=0.0033m3/s液体密度L=829kg/m3平均操作压强 P=1.013105Pa酒精表面张力=22.2710-5N/cm(1)塔径计算取塔板间距 Ht=450mm=0.45m，塔板上液层深度 hL，常压操作 0.050.07m 取hL=0.07m，故分离空间为：Ht-hL=0.45-0.06=0.39m动能参数为：026.0396.1829125.30033.0vlVsLs查天津大学出版社化工原理课程设计图 4-5Smith 关联图，得负荷系数c20=0.084，此图是按液体表面张力=20Mn/m 的物系给出的，而对物系表面张力为其它值时，须按下式校正:C=C20)20(0.2=0.084)2027.22(0.2=0.0858最大允许空塔速度为:Umax=C396.1396.18290858.0vvl=2.09 m/s适宜空塔速度 U 一般为最大允许气速的 0.600.80 倍,取U=0.70Umax=0.702.09=1.46m/s,则塔径:XXX 吨/年大豆浓缩蛋白工艺设计20D=mUVs65.146.1785.0125.3785.0,取 D=2.2m(2)塔板层数查 化工原理 例 1-10 附表，当 xD=0.779 时，yD=0.8（约）；xF=0.567，yF=0.682；xw=0.004,yw=0.044代入汽液平衡方程 yxx)1(1，可得D=1.13，F=1.64,W=11.4全塔平均挥发度m=59.34.1113.1 DW精馏段平均挥发度m=F D=64.113.1=1.36求全塔理论板层数：由芬斯科方程式知：Nmin37.5159.3)004.0004.01()779.01779.0(1)1()1(LgLgLgXXXXLgmFFDD且(R-Rmin)/(R+1)=(1.67-1.11)/(1.67+1)=0.21用化工原理式 1-49 计算：(N-Nmin)/(N+2)=0.545827-0.5914220.0.21+0.0027431/0.21=0.435解得：N=12(不包括再沸器)求精馏段理论板层数：由芬斯科方程式知：Nmin29.2136.1)567.0567.01()779.01779.0(1)1()1(LgLgLgXXXXLgmFFDD且前已算出(R-Rmin)/(R+1)=0.21(N-Nmin)/(N+2)=0.435解得：N=5.9故加料板的位置为：从塔顶往下的第 6 层理论板。(3)标准塔盘选择阀孔动能因数 F0=911，取 F0=11，则河南工业大学毕业设计21U0=smFv/31.91815.111396.1110浮阀孔径取标准 d=39mm=0.039m故浮阀数为N=1.28131.9039.0039.014.3125.3440UddVs按 N=655.1 查化工工艺设计手册第三版下选取塔盘的主要参数列于下表:选取的塔盘的工艺参数项目塔径Dtmm塔 板 间距 Htmm弓 形 降液板 mm浮 阀 数 N（个）浮 阀 排列方式阀 孔 中 心距 t mm行间距 h mm参数2000450L=1456H=314296等 腰 三角形7580按所选浮阀个数，校核功能因素 F0，即U0=84.8296039.0039.014.3125.344NddVsF0=U0v=8.84396.1=10.4(4)塔截面积与溢流装置塔截面积：At=14.34224TTDDm2溢流管截面积 Af及溢流管宽度 Wd，由塔盘工艺参数得：Lw=1.456m，Dt=2.2mLw/Dt=1