7食工原理以热量传递为特征的单元操作.docVIP

第六章 以热量传递为特征的单元操作 总学时：3学时 【】【考核知识点和考核要求】理解：【】【具体讲授内容】 蒸发操作的目的 ① 获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品。 ② 脱除溶剂，将溶液增溶至饱和状态，随后加以冷却，析出固体产物，即采用蒸发，结晶的联合操作以获得固体溶质。 ③? 除杂质，获得纯净的溶剂。 蒸发进行的条件： （1）溶剂可挥发，溶质不可挥发 （2）供给汽化用的热量 （3）除去二次蒸汽（防止闷罐） 作为一种传热过程，蒸发具有以下特点： （1）一侧沸腾，另一侧冷凝，T，t均为常数链接：蒸发的过程 （二）压力蒸发、常压蒸发和真空蒸发（掌握） 根据二次蒸汽的压强将蒸发分为压力蒸发、常压蒸发和真空蒸发。 压力蒸发：二次蒸汽进行加压处理，提高它的品质。（温度） 常压蒸发：二次蒸汽等于或略高于常压（一般物料） 真空蒸发：适用于热敏性物料，使物料的沸点相应降低。 真空蒸发的特点 （1）在加热蒸汽温度不变的情况下，真空蒸发使物料的沸点下降，从而加大了传热的温差。 （2）由于物料的沸点降低，可以利用低温低压的蒸汽作为热源，有利于节能。 （3）低温防止了热敏性物料的变性和分解，但增大了溶液的黏度，使传热系数降低。 （三）单效蒸发和多效蒸发（掌握） 多效蒸发：若将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为加热蒸气，则可提高加热蒸气（生蒸气）的利用率，这种串联蒸发操作称为多效蒸发。 单效蒸发时，蒸发1kg水大约需要消耗1kg加热蒸汽。使用多效蒸发时，由于二次蒸汽的多次利用，消耗1kg加热蒸汽所能蒸发的水量成倍增加。（由此可见，多效蒸发使热能得到了更为有效的利用） 在多效蒸发中，前面的蒸发器通常是压力蒸发，后面的蒸发器通常是真空蒸发。（为了保证足够的温差） （四）多效蒸发的加料流程（掌握） 分为三种：并流加料、逆流加料、平流加料 1、并流加料 优点：各效压强递降，物料自动过效；存在自蒸发，节约加热蒸汽；操作方便。（工业中常用） 缺点：末效浓度高，温度低，黏度高，加热蒸汽温度低，故传热差。 2、逆流加料 优点：首效浓度高，温度高，黏度不会很高，传热较好。 缺点：各效间需用泵；自蒸发为负；操作麻烦。 适合于高黏度物料。 3、平流加料 优点：各效浓缩程度大致相同，适合于易结晶的物料。 缺点：各效间需用泵。 （五）食品工业蒸发的特点（了解） （1）食品物料多为热敏性物料。避免物料被热破坏的措施有：限制加热温度采用“高温短时”蒸发、改善蒸发器内的流动以消除死角等。 （2）某些食品物料是酸性的，会腐蚀设备。 （3）许多食品含蛋白质、多糖、果胶等大分子，黏度较高，蒸发时的传热系数较低。 （4）食品中的Ca2+、Mg2+等离子在浓缩时可能会沉淀下来，蛋白质、糖、果胶等物质受热过度时会变性、结焦，这些都是造成结垢的因素。 （5）某些食品物料在沸腾时会形成泡沫。 二、蒸发设备（了解） 分为：循环式蒸发器和降膜式蒸发器。（自我看书） 三、蒸发器的传热温差和温差损失（理解） （一）蒸发器的视传温差和温差损失 加热蒸汽温度T和二次蒸汽温度之差称为视传温差 而溶液真正的沸点要高于二次蒸汽的温度，所以蒸发器的有效传热温差要小于视传温差。 视传热温差与有效传热温差之差值称为温差损失（沸点升高） 所以=- （二）溶液的沸点升高 蒸发器内的溶液沸点高于二次蒸汽的温度，这种现象称为溶液的沸点升高。造成溶液沸点升高的原因有两个：一是溶液的蒸汽压降（），另一是液体静压头（）： =+ 注意：有时还要计算因管路流体阻力而引起的温度差损失 1、溶液蒸汽压降低而导致的沸点升高 由于难挥发溶质的存在，使溶液的蒸汽压降低，从而导致沸点升高。 t ——溶液的沸点，℃ ——与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的饱和温度，℃ 溶液沸点的升高，可用下列两种方法估算。 （1）吉辛科公式 ——常压下溶液的沸点升高； 手册中，可以查到常压（1atm）下某些溶液在不同浓度时的沸点数据。如书上蔗糖溶液。 ——操作条件下溶液的沸点升高，℃； f——校正系数，无因次。 ——操作压强下水的汽化潜热 例： 已知蒸发器中的蔗糖溶液质量浓度为50%，蒸发的操作压强（绝对）为0.7bar，相应的水的沸点（二次蒸汽温度）为90℃。问该溶液浓度效应的沸点升高是多少？ 解：由饱和蒸汽性质查得，在压强为0.7bar时，水的汽化潜热为2283kJ/kg，则校正系数f为： =0.935 由表得，1个标准大气压下50%的蔗糖溶液的浓度沸点升高值为2℃，于是有 =1.87℃ （2）杜林法则 某溶液（或液体）在两种不同压力下两沸点之差与另一标准液体在相应压力下两沸点之差，其比值为一常数，即