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1.2 设备的选择和设计
1.2.1设备生产工艺要求
1.设备的生产能力符合生产规模要求；效率高、运转稳定，保证在一定时间内处理当日收进的全部原乳；
2.采用这些设备上产出来的成品或半成品，符合产品质量要求，性能稳定，安全卫生；
3.具有合理的技术经济指标，生产成本低，单耗少，劳动上产率高，设备价格合理；
4.坚固耐用，易于清洗检修，运转安全可靠，操作方便，占地面积小。
1.2.2设备材料要求
接触原乳，在制品和制成品的材料需要具有耐腐蚀的性能并符合食品安全卫生的要求，一般采用不锈钢、铝材、玻璃和无毒性橡胶、工程塑料等关于这些材料的性能数据可在有关手册中查到。
选择制造设备的材料必须了解材料的机械性能，化学性质和加工工艺，同时考虑到材料的来源、价格和取得这些材料的可能性。
在食品加工过程中为了防止加工设备的材料对食品的污染，必须选择一种特殊的材料，制造乳品加工设备的材料最常用的就是不锈钢。
不锈钢一般是不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢是指耐大气、蒸汽和水耐酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。
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第2章 技术经济基础
在实际生产中，要综合考虑各种因素和问题，在满足技术经济基础之上，使设计具备一定的可实施性，经济性，从而促进生产的发展，提高生产技术水平，创造更大的价值，由此对该设计进行技术经济分析。
2.1 设备自身因素的影响
衡量蒸发装置性能有两大经济指标：加热蒸汽的经济程度和蒸发设备的生产强度，即蒸发强度。提高蒸发效率，必须提高总传热系数或增大温差。增大温差是提高蒸发强度的有力措施。通常可采用如下方法来提高蒸发强度。
1.提高加热蒸汽的压力。增大首罐的蒸汽压力，对提高蒸发强度有很大作用，可提高汁汽温度充分利用汁汽。但蒸汽压力不能太高以免破坏奶的成分；
2.提高末效真空度。冷凝器真空度低，导致末效沸点较高，总温差小，蒸发水量因而减少；
3.减少各效温度差损失。首先减少沸点升高，降低循环次数。本次设计原料液进行单循环膜式蒸发，减少沸点升高。其次是静压效应，这可通过降低液面来减少，对液面的控制应以沸腾后盖过汽鼓的最低液面为原则。再次是导管中的温度差损失。应充分考虑减少蒸汽阻力，而操作管理和维修中也要注意清洗；
4.提高传热系数。本次设计任务中确定了传热系数，但影响传热系数的因素如流速，流动阻力等问题也要同时考虑到。
2.2 外界因素的影响
除设备自身外，其它外界因素对经济技术基础也有一定的影响。如原料来源的确定、建厂地址的选择、交通运输等方面。
1.奶源与厂址的确定。乳制品的原料为鲜奶，奶源的多少决定厂址的选择和工厂规模的大小。乳品厂的厂址应选择在奶源集中的地区，应考虑到产奶点的密集程度，收奶方式，鲜奶的保藏等根据原料的选择，依据国家基本建设的总方针正确的选择厂址。
2.交通运输。乳制品业的运输量最大处是原料乳，燃料产品乳及辅助材料，为了节约能源消耗，工厂必须设置在交通方便之处。
3.水源及水质。乳制品业必须有足够的供水，以保证它的生产和生活用水，对于有自来水网的城市，乳品厂使用现成的供水是较方便的。与此同时因地下水温度低，而且水质一般都可以达到饮用水标准，因此也被乳品厂广泛采用，可以使乳品厂在使用自来水同时还用地下水供给制冷设备。
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第3章 专题设计与论证
3.1 设计论述
本设计为热压泵的三效错流浓缩系统。处理量：3500kg/h。干物质量由12％浓缩到48％。本设计采用较为先进的理论与技术，完成液浓度基本恒定。且设置热能压缩器抽取一效汁汽进行压缩使其升温升压后，再次送入一效蒸发罐作为加热蒸汽作用。
牛乳由蒸发器顶部经布液装置均匀分配于各效蒸发罐内，在重力和真空的作用下，沿着蒸发罐内壁进行热交换，使水分蒸发，由于产生的二次蒸汽流向与料液的流向一致从而促进液膜的形成和均匀分布，增大液膜向下的运动速度，提高传热系数加速了蒸发过程。
第一效产生的二次蒸汽初步分引入第三效蒸发器作为第三效蒸发水分的热源外，其余部分热压泵增压后再作为第一效的热源，第三效产生的二次蒸汽引入第二效蒸发器作为第二效政法水分的热源，第二效产生的二次蒸汽则导入冷凝器后由排液泵排出。
全套设计包括第一、二、三效蒸发器，第一、二、三、旋流分离器，混合式冷凝器，热压泵，物料泵以及水环式真空泵等部分。
3.2 改造思路
由于研究过程中采用降膜蒸发器，必要遇到均匀成膜的问题，蒸发器操作的关键在于料液的分配均匀，料液膜是否均匀连续。为使料液能均匀进入每根管并形成连续均匀成膜，最好是每根换热管的上端设置一个分配头的结构，若采用分配板分配，其分布孔与管子间距最好相同，呈等距不止方式，使分布孔与管子中心错开，避免料液落在空孔中自由落下，达不到成膜的目的，同事要求每根换热管的上端口出再同一水平位置上。热能压缩器的选择也很重要，他是把处于低温位的热能输送之高温位的机械。但由于能量相同、形式不同的能再品位上，即能量转化能力上是不等价的，电能、机械能可以全部转化为热能，而热能不可能全部转化为电能或机械能，热能的温度愈接近环境温度，其转化能力愈低。因此对于压缩器的工作原理、设计计算、噪音消除等方面要仔细研究，打到最好的节能效果。
3.3 蒸发器选型论述
在乳品工业生产中，选用先进合理的蒸发器设备，对于提高产品质量，增加产量，降低生产和维护费用，提高市场竞争力和经济效益，促进乳品工业的发展与技术进步
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很有意义。在液体奶方面，选择无菌灌装设备和工艺显得尤为突出，但也存在配套设备选型降低操作费用的问题。鲜奶的蒸发过程中需要大量的热量，采用多效蒸发可以提高蒸汽的利用率。热泵在降膜蒸发器中的应用采用机热压缩式热泵压缩装置可为离心式和容积式压缩机。压缩温差较大，一般在11℃左右，这就限制采用机械压缩式热泵的效数一般最多不超过三效，对沸点升高较高的溶液蒸发时又受到限制，而且结构复杂，造价高，维护费用高，耗电量大，因此机械压缩式热泵应用很少。采用蒸汽喷射式热泵蒸汽喷射式热泵形似文吐里管，无传动装置，构造较简单，应用较多。带热泵与不带热泵相比，可相当于增加一效。所以选用三效错流蒸发系统[2]。
3.4 流程论述
首先，要对原料鲜乳进行预热处理。流程为：原料乳→粗滤→称量纪录→离心净乳→冷却（5℃以下）→注入储奶罐→标准化→储存或使用。然后，进入蒸发工段。在多效蒸发操作中，根据加热蒸汽与料液的流向关系，可采用多种操作方式，以适合不同料液的浓缩。本设计采用错流流程。错流加料即料液与蒸汽流向不同，料液由第一效到第三效最后到第二效。蒸汽由第一效经第二效最后到第三效。这种流程也是多效中常见的流程。料液在各效间流动时，因此，当料液自前一效进入后一效的蒸发室时，物料即自行蒸发，进而产生较多的二次蒸汽。同时，前一效中通过分离器产生的汁汽进入下一效，作为加热蒸汽，进而实现节能。
3.5 重点设备的选择
降膜蒸发器由布液装置、蒸发器体、预热器、杀菌器、热压泵及冷凝器等组成。 1.蒸发罐 蒸发罐采用降膜式蒸发罐，加热室为盘管式换热形式，本设计应力及温度差不大，不需要用不易清洗的焊接形式固定管与板管，可采用胀接形式。
2.布液装置 降膜式蒸发器中加热管内物料分布是否均匀,不但影响到设备的传热效果，蒸发能力和操作的稳定性，而且还会影响到产品的质量。因此，必须在管子顶部设置液体分布器，对液体分布器的基本要求是布液均匀，流体阻力小，结构简单，安装方便，而且不易堵塞，便于清洗。本设计中选用漩流式布液器，并在加热管上方设置两层筛板，布液堰上的筛板孔与布膜盘上的筛板孔是相互错开的，下层筛板上的孔与加热管口错开。
3.预热器 降膜蒸发器要求沸点进了，因而需对牛乳预热。各效预热温度为：牛奶经预热器由5oC预热至38oC，在三效预热盘管中由38oC预热至50oC，在二效预热盘管中由50oC预热至60oC，而在一效预热盘管中由60oC预热至70oC。为了节省蒸汽用量，各效预热盘管中所通蒸汽均为本效二次蒸气。
4.杀菌器 乳品属于食品，其生产必须保证卫生，故设备中凡与物料接触军采用不锈钢0Cr18Ni10Ti制造，对于鲜奶本身也要进行处理保证其卫生条件，所以在蒸发器操作前应对其进行杀菌处理。杀菌器应设置于一效蒸发罐前，杀菌后为保证其杀菌效果，设置一保温管，物料于杀菌器中92oC下杀菌后在保温管中保存24秒，使杀
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菌彻底，保证安全卫生生产。
杀菌器外壳采用较便宜的碳素钢制造，加热管采用一根长管在器中弯成几段，使物料在管中流动方向经一定距离即发生变化。
5.热压泵 热压泵的全称叫蒸汽喷射式热压缩泵。
它是以较高的一次蒸汽为动力，把低压二次蒸气压缩提高其温度，为一效蒸发提供热能，其效能就是回收二次蒸气，是一种节能器。它主要由蒸汽喷嘴、混合室和扩压管组成。
工作原理：压力较高的工作蒸汽，经喷嘴高速喷射出来，在喷嘴处将位能转变为动能，压力降低，速度提高，将被抽入混合室内和工作蒸汽接触，接受动能，随工作蒸汽一起进入扩散管喉部，在这里两种介质充分进行混合，并进行热量交换，然后混合液体在扩散管段内，降低速度升高压力，最后由出口排出。
蒸汽喷射器具有结构简单，制造容易，操作稳定，效率持久等优点。目前在蒸发、结晶、精镏、空调、制冷、冶金等行业中获得应用。
6.分离器 分离器全部用不锈钢制造，内外表面抛光，在上部有灯孔，下部开有视孔。由于溶液的发泡性，二次蒸气对溶液的机械破坏性和溶液的闪蒸使溶液成为雾沫状，并被二次蒸气夹带离开蒸发器。这种雾沫状的溶液于二次蒸气在分离器中进行分离，从而建设料液的损失，同时防止污染管道与其他蒸发器的加热面。分离器又称捕集器除沫器，有惯性型、离心型及表面型三大类。其原理为带有液滴的二次蒸气沿分离室的壳壁成切线方向进入，使气流产生旋转运动。液滴在离心力作用下被甩到分离器面而分离出来，二次蒸气则由顶部出口排出。
7.冷凝器 由末效蒸发罐排出的蒸汽进入冷凝器凝缩，形成真空而使这些设备获得足够低的压力和沸点，在蒸发中，还可使首效和末效之间温度差增大，提高蒸发效能。冷凝器有多种形式，从冷凝方式壳分为接触式和表面式两种。接触式是蒸汽和水直接混合，效能很高，表面式是蒸汽和冷水不接触，用金属壁分开，由此金属壁进行交换，其效能较低。接触式冷凝又分为干式和湿式，干式式不凝气和冷凝水分别排出，由干式往复式真空泵抽走。湿式式不凝气与冷凝水一起由水环式真空泵排出，或用水喷射器一起抽走，干式冷凝器的蒸汽和冷水互为逆流，而湿式多为顺流即蒸汽与水同方向流动。
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