食品工程原理第五章蒸发

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1、第五章蒸发掌握蒸发浓缩的操作原理、特点及其工艺计算方法；熟悉单效真空的工艺设备的配置；了解多效蒸发流程及计算原理。本章重点和难点：一、蒸发的定义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。第一节概述蒸发进行的条件：（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）。蒸发的基本过程加热室是蒸发器中冷、热流体进行热交换的场所。水分汽化产生二次蒸汽的场所为分离室。为了保证蒸发的正常进行，必须连续不断地将二次蒸汽抽走，以维持二次蒸汽压强及溶液温度的稳定。1—加热室2—中央循环管3—二次

2、蒸汽室4—除沫器5—冷凝器二、加热蒸气和二次蒸气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。为了易于区别，前者称为加热蒸气或生蒸气，后者称为二次蒸气。三、分类1、按操作室压力分：常压、加压、真空（减压）蒸发真空蒸发的特点如下：（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，但增大了溶液的粘度，使传热系数降低。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。

3、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、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；（2）溶液沸点高于溶剂沸点（温差损失）；（3）必须除去二次蒸汽夹带的雾沫；（4）必须考虑溶液的饱和度、粘度等物性；（5）汽化耗能很大。第二节单效蒸发一、溶液的沸点升高和温度差损失（一）蒸发器的视传热温差和温差损失加热蒸汽温度T和二次蒸汽温度T’之差称为视传热温差Dt’：Dt’=T-T’溶液真正的沸点要高于二次蒸汽的温度，所以蒸发器

4、的有效传热温差Dtm要小于视传热温差。视传热温差Dt’与有效传热温差Dtm之差值称为温差损失D：Dtm=Dt’-D（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，一是溶液蒸气压降低（D’），另一是液体静压头（D’’）：D=D’+D”1．溶液蒸气压降低而导致的沸点升高D’由于难挥发溶质的存在，使溶液的蒸气压降低，从而导致沸点升高。一般而言，非电解质溶液的沸点升高远小于电解质溶液的沸点升高。纯水溶液D’=tA-T’（1）吉辛科公式D’=fD’00.1MPa下不同浓度蔗糖溶液的沸点升高D’0浓度/％010203040

5、506070沸点升高/℃00.10.30.71.22.03.35.4[例6-1]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：由饱和水蒸汽性质表查得，在压强（绝对）为0.7bar时，水的汽化热r’为2283kJ/kg，则校正系数f为：由表得，1大气压下50％的蔗糖溶液的浓度效应沸点升高值D’0为2℃，于是有：D’=fD’0=0.935×2=1.87℃（2）杜林法则某溶液在两种不同压强下的沸点差与另一溶液（标准液体）在此两压强下的沸点差之比为一常数。t’A=k(t’w-t

6、w)+tA=kt’w+m对NaOH水溶液k=1+0.142wm=150.75w2-2.71wNaOH水溶液的杜林线图2.溶液静压强引起的沸点升高D“平均压强pm=p’+rgh/2由p’求得相应的沸点tp，由pm求得相应的沸点tpmD”=tpm-tp对于水溶液如果不知道p而只知道T’，则可以由下式求得p：p=133.3e[18.3036-3816.44/(227.03+T’)][例6-2]某食品厂用标准式蒸发器浓缩果汁。已知蒸发器内的果汁密度为1100kg/m3，蒸发产生的二次蒸汽的温度为75℃。假设器内果汁的静止液位在加热管的1m处，试求静压效应的沸点升高D’’。解：p=133

7、.3e[18.3036-3816.44/(227.03+75)]=38568Pa75℃→pPm→？℃[例6-3]糖厂多效蒸发系统的末效蒸发器内的糖浆平均浓度为60oBx（即浓度为60％），糖浆密度为1260kg/m3，该效蒸发器的二次蒸汽温度为76℃，加热蒸汽温度为92℃，蒸发器内的液位在静止时盖过的加热管长度为1m。若已知蒸发器的总传热系数为900W/(m2·K)，蒸发器的传热面积为750m2。试问该蒸发器的传热速率是多少？D’=fD’0=0.85×3.3=2.8℃解：蒸发器的视温差Dt’