第四章 蒸发.pptVIP

蒸发 定义：使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作。 食品中大多指水溶液的蒸发。 目的：浓缩食品，提高制品浓度，增加制品的保藏性，延长制品的有效保藏期；脱去食品中的大量水分，减少包装、贮藏和运输费用。 过程：1溶液受热（利用新鲜饱和水蒸汽间壁式加热） 2溶剂汽化 3蒸汽移出冷凝---单效蒸发 4二次蒸汽利用---作为下一蒸发器的热源---多效蒸发 单效蒸发过程示意 双效蒸发工艺流程图 中央循环管式蒸发器的工作原理 在食品工业中的特性 物料具有热敏性，所以要控制加热温度和时间； 物料具有腐蚀性，所以蒸发器多采用不锈钢材制作,国外常用材料304，中国常用材料 0 G r18Ni9; 物料具有粘稠性，使传热速率降低；物料具有结垢性，须采用强制循环，以提高料液流速，降低热阻； 物料具有泡沫性，所以在蒸发器顶部设置除沫器等装置，以避免物料损失和污染冷凝设备； 物料含有易挥发组分，芳香成分和风味成分同时被蒸发，所以要加以回收，然后重新加入产品。 与传热的不同之处 1管壁两侧都有相变：管内溶液中的溶剂（水）被汽化，管外蒸汽放热被冷凝； 2溶液沸点升高：在相同压强下，溶液的沸点高于纯水的沸点，溶液浓度高时更为显著，而蒸发时传热的推动力为加热蒸汽的温度与溶液沸点之间的差值； 3能源利用：合理利用二次蒸汽，设计中可采用双效蒸发。 蒸发器内的温差损失 纯水的沸点与饱和蒸汽的温度是相等的，水在发生相变变成水蒸汽时吸收的是潜热，自身的温度并不发生变化，但溶液不同，在溶液的沸点和二次蒸汽之间存在着温差损失： 式中t为溶液的沸点，t’g为二次蒸汽的温度 溶液的沸点高于二次蒸汽的温度。 温差损失产生的原因 蒸发器内的温差损失包含三个内容： 其中， 由溶液的浓度引起， 由液层的静压效应引起， 由蒸汽的流动阻力引起。 温差损失的计算 1溶液的浓度引起的温差损失 溶质的存在使溶液的蒸汽压降低，说明挥发能力降低，从而沸点升高。浓度越高，沸点升高越大。 手册中可以查到常压下不同浓度溶液沸点升高的数据，非常压下的沸点升高值可用吉辛柯公式6-4加以换算。 食品工业中的溶液沸点升高值可参考糖液数据 表6-1P.303 2由液层的静压效应引起的温差损失 由流体静力学基本方程可知，在液面下不同深度处静压强不同，因此沸点不同。实际上，蒸发器底层的溶液并不沸腾，而是随着溶液向上流动到某一高度后才开始沸腾，膜式蒸发器减少了这一温差损失，因此无 存在是膜式蒸发器的一大优点。 求取：公式6-7 3由蒸汽流动阻力引起的温差损失 采用多效蒸发时，二次蒸汽在由前效蒸发器的蒸发室流入后效蒸发器的加热室时需要克服管道中的阻力，引起蒸汽温度下降。一般此值取0.5~1.5°C。 例题6-2 P.304 思路：1由吉辛柯公式（6-4）求 2由式6-6求液体平均压强pm,然后求tm，求 3由 和 求? 4由6-1式求总温差? t 0 5由6-3式求实际传热温差? t，也就是有效温差 6求相对误差? 由例题可知，温差损失占有效温差的百分比很大，不能忽略。温差损失中 最大，即由于静压效应引起的温差损失最大。为提高传热推动力，降低温差损失，采用膜式蒸发器。 料液被加热到接近沸点进入蒸发器底部，管内料液被管外蒸汽加热，其中的溶剂部分汽化，蒸汽高速上升带动料液在管壁上形成液膜，到达加热室顶部已达到所需浓度，在分离室中汽液两相经旋液分离器分离。这就是升膜式蒸发器的工作原理。图6-11 P.319 如图所示： 单效蒸发计算 已知条件：操作条件和处理量 求 取：蒸发水量q mw (kg/s 、t/h) 加热蒸汽消耗量q mg ( kg/s 、t/h) 蒸发器所需传热面积A (m2) 方 法：物料衡算、热量衡算和传热速率方程 蒸发水量 qmw 的计算 因为在整个蒸发过程中，只有挥发度强的溶剂汽化被移出系统，而不挥发的溶质在溶液中的含量始终不变，所以对溶质进行物料衡算： 其中，qmF 为原料液流量； qmw 为蒸发水量； ?0 为原料液中溶质的质量分数； ?1 浓缩液中溶质的质量分数。 整理得 及 加热蒸汽消耗量q mg的计算 对蒸发器做热量衡算，可得 即