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吉林大学
食品工程系统
设计说明书

刮板式热交换器的设计

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导师姓名:

2012 年 9 月
目录
1 绪论………………………………………………………………… 1
选题的目的和意义……………………………………………………….. 1
文献综述………………………………………………………………….. 1
本设计的内容………………………………………………………….. 1
2 总体方案的选择………………………………………………… 2
方案的论证……………………………………………………………….. 2
…………………………………………………………….. 2
3 设计计算……………………………………………………….. 3
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4 结构设计………………………………………………………….. 6
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5 总结…………………………………………………….. 10
参考文献…………………………………………………………………… 11
全套图纸,加153893706
1 绪论

旋转刮板式热交换器,也称旋转刮板式热结晶器,是常用于冷冻浓缩系统的重要设备。冷冻浓缩是将溶液中的一部分水以冰的形式析出,并将其从液相中分离出去,从而使溶液浓缩的方法。对热敏性食品的浓缩特别有利,具有低温操作、气液界面小、微生物增殖少、溶质的劣化及挥发性芳香成分的损失可控制在极低水平的优点。浓缩的制品或直接作为成品,或作为冷冻干燥过程中的半成品使用。
研究和使用现状
同其他技术相比,冷冻浓缩的原理简单,在陈醋生产过程中,我国劳动者就曾使用冷冻浓缩技术。华南理工大学的冯毅、谭展机制作的悬浮式冷冻浓缩装置,在实验室中,利用该装置浓缩中药提取液,连续作业程度高,可连续排出冰晶,工作温度低至-15℃。刘凌等采用渐进式冷冻浓缩和真空蒸发浓缩两种浓缩方式浓缩柠檬汁,试验结果表明,在保持香气成分、Vc含量及原汁的香气协调性等方面,冷冻浓缩优于真空蒸发浓缩。冷冻浓缩实际上分为结晶和分离两个过程。结晶过程要求冰晶有适当大小,其大小与结晶成本和分离都有关系,一般而言结晶成本随晶体尺寸增大而增加。然而冷冻浓缩的关键在于分离分离操作的成本费用以及因晶体夹带所引起的溶质损失,一般随晶体尺寸的减小而大幅度增加,因此必须确定最优冰晶尺寸。工业上目前对冷冻浓缩结晶有两种形式,一种在管板式、板式、转鼓式以及带式设备中进行成为渐进冷冻法;另一种发生在搅拌的冰晶悬浮液中,称为悬浮冻结。分离设备有压滤机、过滤式离心机、洗涤塔,以及这些设备组合而成的分离装置等。
本设计的内容
经过查阅资料和分析,我们发现目前食品料液的冷冻浓缩大多采用的是内冷式的悬浮结晶法。荷兰Eindhoven 大学Thijssen等在70 年代成功地利用奥斯特瓦尔德成熟效应设置了再结晶过程造大冰晶, 并建立了冰晶生长与种晶大小及添加量的数学模型, 从此冷冻浓缩技术被应用于工业化生产。以此为基础制造的Grenco冷冻浓缩设备至今仍被作为冷冻浓缩设备的代表。
本设计的内容是:总体方案的选择,刮板式热交换器的设计计算、结构设计以及热力学计算
2 总体方案的选择
方案的论证
悬浮结晶法既冷却物料使之形成无数自由悬浮于母液中的小冰晶,在带搅拌的低温罐中长大并不断排除,使母液浓度增加而实现浓缩。这种方法的冷冻浓缩系统有三个主要设备:刮板式热交换器、低温搅拌罐、洗涤塔。Grenco冷冻浓缩系统作为悬浮式结晶法的典型,其主要工艺流程如下:
←←←←←←←←←←←←←←←←←←←返冲液
↓↑
进料→冷却结晶→低温搅拌冰晶成熟长大→送入洗涤塔→冰晶分离→融冰排出
↓
浓缩液
结晶器的选择
作为冷冻浓缩系统重要的结晶设备,我们选择了传统的刮板式热交换器。这种热交换器换热效率高,结构相对简单并且易于拆装和清洗,占地面积小,吞吐量高