食工原理-第6章蒸发与结晶解剖.pptVIP

(F-W)cp1=Fcp0-Wcpw r —加热蒸气的汽化热，kJ/kg； r′—二次蒸气的汽化热，kJ/kg。 r r′ 上式说明加热蒸气的热量用于将原料液加热到沸点、蒸发水分以及向周围的热损失。 若原料液预热至沸点再进入蒸发器，且忽略热损失 e—蒸发1kg水分时，加热蒸气的消耗量，称为单位蒸气耗量，kg/kg。 单效蒸发操作中e≈1，每蒸发1kg 的水分约消耗1kg 的加热蒸气（由于蒸汽的汽化热随压强变化不大，即r≈r′） ； 实际蒸发操作中e值约为1.1或更大； 1）温度差的损失的存在； 2）二次蒸汽的气化潜热总是大于加热蒸汽的汽化潜热。 e值是衡量蒸发装置经济程度的指标。 3 单位蒸气消耗量 若加热蒸气的冷凝水在饱和温度下排除，且忽略热损失，则蒸发器的热负荷为： 蒸发器的热负荷只是用于将水分汽化。 Q=Dr 3.1 蒸发器的热负荷Q K值约为600~6000W/m2K P t 取决于： 冷凝器压力P、溶液浓度、蒸发室内液层深度，因此，t T。 P? △ =t -T-----传热温度差损失 3.2 传热面积A 蒸发器的传热面积由传热速率公式计算，即： 例: 在单效薄膜式蒸发器内将番茄汁从固形物含量12％浓缩到28％。番茄汁已预热到最高许可温度60℃后进料。采用表压为70kPa的饱和水蒸气加热。设蒸发器传热面积为0.4m2，传热系数为1500w／(m2．K)。试近似估算蒸汽消耗量和原料量。 [解] 根据加热蒸汽的压强，由水蒸气表查得饱和温度为114．5℃，汽化潜热为2210kJ/kg，由传热速率方程计算传热量。 蒸汽消耗量 查水蒸气表，在60℃下水的汽化潜热为2340kJ／kg，则蒸发量： 料液流量 W F D 蒸发器的生产能力用单位时间内蒸发的水分量，即蒸发量表示。其生产能力的大小取决于通过传热面积的传热速率Q，因此也可以用蒸发器的传热速率来衡量生产能力。 根据传热速率方程得单效蒸发时的传热速率为： Q=K AΔt 或 Q=KA(T-t1) 1 蒸发器的生产能力 蒸发器的生产能力和生产强度 三 进料状况影响蒸发器的生产能力： (1)低于沸点进料时，需消耗部分热量将溶液加热至沸点，因而降低了生产能力； (2)沸点进料时，通过传热面的热量全部用于蒸发水分，其生产能力有所增加； (3)高于沸点进料时，由于部分原料液的自动蒸发，使生产能力有所增加。 蒸发器的生产强度是指单位传热面积上单位时间内蒸发的水量，单位为kg/(m2·h)，常采用生产强度U 作为衡量蒸发器性能的标准。 若为沸点进料，且忽略热损失，则： 由上式可以看出，欲提高蒸发器的生产强度，必须设法提高蒸发器的总传热系数和传热温度差。 2 蒸发器的生产强度 传热温度差主要取决于加热蒸气和冷凝器中二次蒸气的压强。 传热温度差的提高是有一定限度的，原因如下： 加热蒸气的压强越高，其饱和温度也越高，但是加热蒸气常受工厂的供汽条件所限。 提高冷凝器的真空度，使溶液的沸点降低，也可以加大温度差，但是冷凝器真空度的提高也是受到限制的，一般冷凝器中的压强不低于10~20 kPa。 为了控制沸腾操作局限于泡核沸腾区，也不宜采用过高的传热温度差。 一般来说，增大总传热系数是提高蒸发器生产强度的主要途径。 总传热系数K值取决于对流传热系数和污垢热阻。 蒸气冷凝传热系数通常比溶液沸腾传热系数大，即传热总热阻中，蒸气冷凝侧的热阻较小。 在蒸发器的设计和操作中，必须考虑及时排除蒸气中的不凝气，否则，其热阻将大大增加，使总传热系数下降。 特点：热阻在管内垢层及管内沸腾传热一方 提高传热系数的措施： 1、定期清理垢层； 2、加快流体的循环速度：自然循环→强制循环 3、加热微量阻垢剂以延缓形成垢层； 在处理有结晶物析出的物料时，可加入少量晶种（结晶 颗粒），使结晶尽可能在溶液主体中进行，而不是在加 热面进行。 添加表面活性剂：表面活性剂降低了相界面之间的张力， 从而产生了润湿、抗再黏附作用。既增 大了沸腾传热系数、又可使沸腾侧的加 热面不生成垢层。 提高传热系数的方法 4、管型改造： 表面多孔管：在普通金属管内或外表面加上一薄层