食品工程单元操作 教学课件 作者 冯骉 涂国云 主编第5章.ppt

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1、蒸发的定义：藉加热作用使部分溶剂汽化，从而与不挥发性溶质分离的操作。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）除去二次蒸气（防止闷罐）。5.1蒸发5.1.1蒸发的原理与设备5以热量传递为特征的单元操作5.1.1.1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。5.1.1.2常用蒸发过程（1）通常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。（2）

2、单效蒸发和多效蒸发（3）多效蒸发的加料流程并流：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。缺点：末效浓度高，温度低，黏度高，加热蒸汽温度低，故传热差。逆流：首效浓度高，温度高，黏度不会很高，K值不会很低。缺点：各效间需用泵；自蒸发为负；操作麻烦。平流：各效浓缩程度大致相同，适用于易结晶物料。缺点：各效间需用泵。5.1.1.3循环式蒸发器（1）中央循环管式蒸发器（2）外循环式蒸发器（3）外加热式蒸发器（4）强制循环蒸发器5.1.1.4膜式蒸发器（1）升膜式蒸发器（2）降膜式蒸发器（3）刮板式蒸发器5.1.2蒸

3、发过程的温差损失D=D’+D”5.1.2.1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。（1）吉辛科公式D’=fD’0（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。5.1.2.2溶液静压强引起的沸点升高D”平均压强D”=tm-t克服流动阻力的温度下降D’”通常取1～1.5℃。计算内容：（1）蒸发水量（2）加热蒸汽消耗量（3）传热面积计算工具：（1）物料衡算（2）热量（焓）

4、衡算（3）传热方程5.1.3.1物料衡算Fw0=(F-W)w1作溶质物料衡算W=F(1-w0/w1)5.1.3单效蒸发5.1.3.2热量衡算与浓度、温度有关，可查焓浓图。以0℃为基准作焓衡算：D(H-cpwT)+Fh0=(F-W)h1+WH’+QLD(H-cpwT)+Fcp0t0=(F-W)cp1t1+WH’+QL当溶液稀释热可以忽略时，可做如下简化：H-cpWT=rDr+Fcp0t0=(F-W)cp1t1+WH’+QLh0=cp0t0,h1=cp1t1,hw=cpwT’(F-W)cp1=(cp0-cpw)F+(F-W)cpw=

5、Fcp0-Wcpw代入热量平衡式Dr=WH’+(F-W)cp1t1-Fcp0t0+QL=WH’+(Fcp0-Wcpw)t1-Fcp0t0+QL=W(H’-cpwt1)+Fcp0(t1-t0)+QL考虑到故若沸点进料，t0=t1；又忽略热损QL=0就有或即每蒸发1kg水，大约需要1kg汽。实际上e值略大于1，一般为1.1左右。5.1.3.3传热速率由传热速率方程5.1.3.4蒸发强度定义欲使U增大，可以：—使T↑,但受供汽条件和物料耐热性的限制；—使t↓,但若真空度太高，不仅真空泵负荷高，且雾沫夹带严重，二次蒸汽的能位较低；—使K

6、↑,这是最经济的办法。5.1.4多效蒸发5.1.4.1多效蒸发计算设：Di——第i效蒸发器的加热蒸汽量，kg/sEi——第i效蒸发器抽出的二次蒸汽量，kg/sri——第i效蒸发器的加热蒸汽潜热，J/kgTi——第i效蒸发器的加热蒸汽温度，K或℃Wi——第i效蒸发器的蒸发水量，kg/sH’i——第i效蒸发器的二次蒸汽比焓，J/kgti——第i效蒸发器的溶液沸点，K或℃已知：w0，F，t0，wn，T1，pn，Ki，Ei求：Di，Wi，Si方法：物料衡算、热量衡算、传热速率方程假设：并流进料；稀释热忽略；汽凝水为饱和温度。物料衡算Fx

7、0=(F-W1)w1=(F-W1-W2)w2=…=(F-W1-…-Wn)wn热量衡算（不计热损）:W为总蒸发水量D1(H1-cpwT1)=W1H’1+(Fcp0-W1cpw)t1-Fcp0t0对第二效，同样得：D2(H2-cpwT2)+(Fcp0-W1cpw)t1=W2H’2+(Fcp0-W1cpw-W2cpw)t2类推：讨论：（1），称蒸发系数，其值接近于1，一般为0.95~0.99；（2），称自蒸发系数，除第一效外，一般为0.0025~0.025；（3）计入热损和浓缩热，用hi表示，其值为0.96~0.98，称热能利用系数。

8、——沸点进料bi=0——逆流进料bi＜0Wi=[aiDi+(Fcp0-W1cpw-W2cpw-…-Wi-1cpw)bi]hi逐效应用：W1=(a1D1+Fcp0b1)h1=a1D1+b1W2=[a2D2+(Fcp0-W1cpw)b2]h2=[a2(W1-E1)+