食品工程原理—第六章

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1、第六章蒸发和一般的传热过程相比，蒸发操作具有哪些特点，对蒸发设备及蒸发工艺过程有何特殊要求；蒸发器的基本结构，操作特性及适用场合；蒸发过程计算（以单效计算为重点，包括溶液沸点升高、物料衡算、热量衡算、传热面积计算等）；蒸发操作的强化及节能途径；本章重点和难点：一、蒸发的定义二、加热蒸气和二次蒸气使含有不挥发性溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸气，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发，所用的设备称为蒸发器。蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水蒸气，而蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸气也是水蒸气。为了易于区

2、别，前者称为加热蒸气或生蒸气，后者称为二次蒸气。第一节概述三、分类1、按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发单效蒸发：将二次蒸气不在利用而直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸发操作。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。2、按二次蒸气的利用情况分：单效和多效蒸发四、蒸发操作的特点1、传热性质：属于壁面两侧流体均有相变化的恒温传热过程。2、溶液性质：热敏性、腐蚀性、结晶性、结垢性、泡沫、粘度等。3、沸点升高：当加热蒸气一定时，蒸发溶液的

3、传热温度差要小于蒸发纯水的温度差。4、泡沫挟带：二次蒸气中带有大量泡沫，易造成物料损失和冷凝设备污染。5、能源利用：二次蒸气的利用是蒸发操作中要考虑的关键问题之一。溶液的沸点升高：一定压强下，溶液的沸点较纯水高，两者之差，称为溶液的沸点升高。稀溶液或有机溶液沸点升高值较小，无机盐溶液较大。对于同一种溶液，沸点升高值随溶液浓度及蒸发器内液柱高度而异，浓度越大，液柱越高，沸点升高值越大。第二节单效蒸发一、溶液的沸点升高和温度差损失溶液沸点升高的计算公式：式中Δ——溶液的沸点升高，℃t——溶液的沸点，℃T/——与溶液压强相等

4、时水的沸点，即二次蒸气的饱和温度，℃（1）因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失Δ′；（3）因管路流体阻力而引起的温度差损失。（2）因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失Δ″；总温度差损失为：蒸发过程中引起温度差损失的原因有：1.蒸汽压下降引起的温度差损失式中——常压下溶液的沸点升高，可由实验测定的tA值求得，℃；Δ′——操作条件下溶液的沸点升高，℃；f——校正系数，无因次。其经验计算式为：式中T′——操作压强下二次蒸气的温度，℃；r′——操作压强下二次蒸气的汽化热，kJ/kg。液层内的溶液的沸点高于液面的，液层内部沸点

5、与表面沸点之差即为因液柱静压强而引起的温度差损失。式中pm——液层中部的平均压强，Pap′——液面的压强，即二次蒸气的压强，Pal——液层深度，m简化处理：计算时以液层中部的平均压强pm及相应的沸点tAm为准，中部的压强为：2液柱静压强引起的温度差损失常根据平均压强pm查出纯水的相应沸点tpm，故因静压强而引起的温度差损失为：Δ″=tpm-tp′式中tpm——与平均压强pm相对应纯水的沸点，℃tp′——与二次蒸气压强p′相对应的水的沸点，℃影响Δ″的因素：（1）沸腾时液层内混有气泡，液层的实际密度较计算公式所用的纯液体

6、密度要小，使得算出的Δ″值偏大；（2）当溶液在加热管内的循环速度较大时，就会因流体阻力使平均压强增高。采用多效蒸发时，二次蒸气在离开前一效蒸发室流往后一效加热室的过程中要克服管道的流动阻力，从而导致蒸汽温度下降。此项温度差损失与蒸汽的流速、物性和管道的尺寸有关，一般取0.5~1.5℃。3.管路流体阻力而引起的温度损失单效蒸发的计算项目有：（1）蒸发量；（2）加热蒸气消耗量；（3）蒸发器的传热面积通常生产任务中已知的项目有：（1）原料液流量、组成与温度；（2）完成液组成；（3）加热蒸气压强或温度；（4）冷凝器的压强或温度

7、。二、单效蒸发的计算加热室蒸发室F,x0,t0,h0D,T,HW,T’,H’D,T,hw(F-W),x1t1,h1QL式中F—原料液流量W—蒸发量x0—原料液的质量组成x1—完成液的组成对单效蒸发器作溶质衡算，得1蒸发量w蒸发操作中，加热蒸气的热量一般用于将溶液加热至沸点，将水分蒸发为蒸气以及向周围散失的热量。对于某些溶液，如CaCl2、NaOH、H2SO4等水溶液稀释时释放出热量，则当其蒸发浓缩时应考虑供给和稀释热相当的浓缩热。2加热蒸气消耗量D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

8、。若原料液预热至沸点再进入蒸发器，且忽略热损失，上式简化为：式中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