第11章_蒸发.pptVIP

第11章 蒸发 1．蒸发操作与特点 使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽的单元操作称为蒸发，所采用的设备称为蒸发器。 分离的基础：溶质与溶剂的挥发性不同。 蒸发操作有两个目的： 1）浓缩溶液（即脱除溶剂，制取浓缩液）； 2）净化溶剂（即脱除溶质，制取纯净的溶剂）。 蒸发操作中的几个概念 生蒸汽：从系统外引来用作加热的水蒸汽。 二次蒸汽：蒸发操作中产生的蒸汽。 单效蒸发：将二次蒸汽直接冷凝，不再利用其冷凝热的蒸发操作。 多效蒸发：将前一效的二次蒸汽引入下一效（蒸发器）作为加热热源的串联蒸发操作。 额外蒸汽：多效蒸发中，将某一效的二次蒸汽引出一部分用作其他加热目的的蒸汽（这部分蒸汽不再引入下一效）。 蒸发可以在不同的压强下进行，如果在减压下进行，则称为真空蒸发。真空蒸发多用于热敏性物料的浓缩。 蒸发操作是一个传热过程，其传热特点是传热壁面一侧的蒸汽冷凝与另一侧的溶液沸腾间的恒温差传热过程。 2．单效蒸发 2．1溶液的沸点和温度差损失 一定压强下，溶液的沸点较纯水的高，两者沸点之差，称为溶液的沸点升高。溶液的沸点由压强、溶液浓度和溶质性质所决定。一般的稀溶液或有机胶体溶液的沸点升高较小，而无机盐溶液沸点升高较大。 设加热蒸汽的温度为T，二次蒸汽温度为T′，溶液的沸点为t，则总温差为： Δt0=T- T′ 实际传热温差（有效温差）为： Δt＝T-t 两者之差称为蒸发器的温度差损失： Δ＝Δt0-Δt＝t-T′ 或 t=Δ+T′ 造成温度差损失的原因有3个方面： 因溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失Δ′ Δ′的计算有两种方法： 用吉辛柯公式： 式中：-常压下由于溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失，℃； T′-操作压强下二次蒸汽的温度，℃； r′-操作压强下二次蒸汽的汽化潜热， kJ/kg。 对于一般食品工业所处理的溶液，的数值可参考糖液的数据，表11-1。 应用杜林规则：杜林规则指出溶液的沸点和相同压强下溶剂沸点之间呈线性关系。因此，只要有了杜林线（即t=ktw+b），即可求得不同浓度、压强下的溶液沸点。 由液层静压效应而引起的温度差损失Δ″ 设液面上方的压强为p0，溶液液层高度为h，溶液密度为ρ，则溶液中层的压强，亦即溶液中部的平均压强为： 设对应于p0和pm溶液的沸点分别为T′和tm，则由液层静压引起的温度差损失为： 一般T′和tm可直接由p0和pm查水的饱和温度（即水的沸点）。 由于管路流动阻力而引起的温度差损失 。 多效蒸发中二次蒸汽由前效经管路送至下效作为加热蒸汽，因管道流动阻力使二次蒸汽的压强稍有降低，温度也相应下降，这种温度降即为因管路流动阻力而引起的温度差损失， 一般可取为1℃。 温度差损失： 需要注意的是：对于单效蒸发，若指定的是蒸发器内的操作压强，则不计入温度差损失中。 ［例11-2］ 用连续真空蒸发器将桃浆从含固形物11%浓缩至40%。蒸发器内真空度为93.3 kPa，液层深度为2 m，采用100 ℃蒸汽加热，桃浆的密度为1180 kg/m3。求温度差损失、蒸发器的有效温差及溶液的沸点。 (1)93.3 kPa真空度下，绝对压强为8.0 kPa。在此绝对压强下，水蒸气的饱和温度（T′）为41.6℃，在该温度下水的汽化潜热r′＝2 400 kJ/kg，参考糖液的数据，常压下沸点的升高Δa′为1.0℃。由吉辛柯公式： ＝0.668℃ (2)液体平均压强： 查附录饱和水蒸汽表得：tm＝59.6℃，则： Δ″＝59.6-41.6＝18.0 ℃ (3)有效温差： Δ＝ +Δ″＝0.668+18.0=18.7 ℃ Δt0 ＝100-41.6＝58.4 ℃ Δt＝Δt0-Δ＝58.4-18.7＝39.7 ℃ （4）溶液的沸点： t=Δ+ =18.7+41.6=60.3℃ 2.2 单效蒸发的计算 2.2.1 蒸发器的物料衡算 单效蒸发如图所示，作溶质的衡算，有： Fx0＝(F-W)x1 整理得： 或 式中：F-进料量，kg/s； W-水分蒸发量，kg/s； x0-原料液中溶质的质量分数； x1-完成液(即浓缩液)中溶质的质量分数 2．2．2 蒸发器的热量衡算 对蒸发器作焓衡算，有：DH+Fh0＝WH′＋（F-W）h1+DhW+QL或 Q＝D(H-hW)＝WH′+(F-W)h1-Fh0+QL 由于食品生产中的溶液大多为有机溶液，稀释热很小，可略去不计，则溶液的焓可用比热容计算，取0℃的液体的焓值为零，则有： hW＝CPWT0； h0＝CP0t0；h1＝CP1t1 D(H- CPWT0)＝WH′+(F-W) CP1t1-FCP