食品技術(shù)原理濃縮技術(shù)

關(guān)于食品技術(shù)原理濃縮技術(shù)第一頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日一、液體濃縮技術(shù)概述

1、濃縮是從溶液中除去部分溶劑的單元操作，是溶質(zhì)和溶劑均勻混合液的部分分離過(guò)程。2、濃縮和干燥的區(qū)別濃縮過(guò)程中，水分在物料內(nèi)部是借對(duì)流擴(kuò)散作用從液相內(nèi)部達(dá)到液相表面而后除去，最低水分含量約30%(質(zhì)量)，一般為穩(wěn)定狀態(tài)的過(guò)程。干燥過(guò)程中，水分在物料內(nèi)部借分子擴(kuò)散作用從固相中幾乎完全除去，且一般為不穩(wěn)定狀態(tài)的過(guò)程。第二頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日二、濃縮方法①平衡濃縮是利用兩相在分配上的某種差異而獲得溶質(zhì)和溶劑分離的方法。蒸發(fā)濃縮冷凍濃縮（自學(xué)）②非平衡濃縮：是利用半透膜來(lái)分離溶質(zhì)與溶劑的過(guò)程，兩相用膜隔開(kāi)，因此分離不是靠?jī)上嗟闹苯咏佑|，故稱非平衡濃縮。膜濃縮第三頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日

食品濃縮技術(shù)-蒸發(fā)第四頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日內(nèi)容：蒸發(fā)的基本概念

蒸發(fā)器類型及其選擇

單效真空蒸發(fā)

多效蒸發(fā)蒸汽再壓縮蒸發(fā)重點(diǎn)：蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)、多效蒸發(fā)流程難點(diǎn)：蒸發(fā)計(jì)算、蒸汽再壓縮蒸發(fā)第五頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)蒸發(fā)及其特點(diǎn)一、蒸發(fā)的基本概念1定義：蒸發(fā)濃縮是利用溶劑和溶質(zhì)揮發(fā)度的差異，從而獲得一個(gè)有利的汽液平衡條件，達(dá)到分離的目的。即溶液中溶質(zhì)的揮發(fā)性小，溶劑具有明顯揮發(fā)性時(shí)，工業(yè)上常用加熱方法，使溶劑汽化達(dá)到使溶質(zhì)增濃的目的就是蒸發(fā)操作。第六頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日食品工業(yè)濃縮的物料大多數(shù)為水溶液。蒸發(fā)就指水溶液的蒸發(fā)。第七頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日2、蒸發(fā)原理按照分子運(yùn)動(dòng)學(xué)觀點(diǎn)，溶液受熱時(shí)，溶劑分子獲得了動(dòng)能，當(dāng)一些溶劑分子的能量足以克服分子間的吸引力時(shí)，溶劑分子就會(huì)逸出液面進(jìn)入上部空間，成為蒸汽分子，這就是汽化。如果不設(shè)法除去這些蒸汽分子，則汽相與液相之間，水分的化學(xué)勢(shì)將漸趨平衡，汽化過(guò)程也相應(yīng)逐漸減弱以至停止進(jìn)行。蒸發(fā)的必要條件：熱能的不斷供給（飽和蒸汽）和生成的蒸氣的不斷排除。第八頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日3、食品濃縮的目的除去食品中大量水分，減少包裝、貯藏和運(yùn)輸費(fèi)用。提高制品濃度，增加制品的保藏性。濃縮經(jīng)常用作干燥或更完全的脫水的預(yù)處理過(guò)程。濃縮用作某些結(jié)晶的預(yù)處理過(guò)程。第九頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日二、食品物料蒸發(fā)濃縮的特點(diǎn)

熱敏性：加熱溫度和加熱時(shí)間腐蝕性：酸性食品粘稠性：蛋白質(zhì)、糖分、果膠

結(jié)垢性：蛋白質(zhì)、糖分、果膠過(guò)熱泡沫性：物料沸騰時(shí)形成易揮發(fā)成分：芳香成分和風(fēng)味成分

第十頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日三、蒸發(fā)對(duì)食品的影響風(fēng)味風(fēng)味物質(zhì)損失解決方法包括：A將濃縮物與部分新鮮物料混合，以提高風(fēng)味；B風(fēng)味物質(zhì)回收風(fēng)味劣變顏色：加深營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損失

第十一頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)蒸發(fā)器類型及其選擇一、蒸發(fā)器的組成蒸發(fā)器主要由加熱室(器)和分離室

(器)兩部分組成。加熱室的作用是利用水蒸氣為熱源來(lái)加熱被濃縮的料液。蒸發(fā)器分離室的作用是將二次蒸汽中夾帶的霧沫分離出來(lái)。

第十二頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日二、食品工業(yè)上常用的典型蒸發(fā)器標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器懸筐式蒸發(fā)器加熱室在外的蒸發(fā)器長(zhǎng)管式蒸發(fā)器刮板薄膜蒸發(fā)器板式(片式)蒸發(fā)器第十三頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日(一)標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器由上、下兩部分構(gòu)成，下部為加熱室，上部為分離室。加熱室由沸騰管、上、下管板所組成的加熱管束。第十四頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日分離器頂部有捕沫器，用以分離霧沫，保證二次蒸汽潔凈，有利于下一效蒸發(fā)器的加熱。分離器頂部連接二次蒸汽排出管。標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器的缺點(diǎn)在增強(qiáng)循環(huán)方面有一定限制，因而沸騰液一側(cè)的傳熱膜系數(shù)也受到限制。不便清洗和更換管子。

第十五頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日(二)懸筐式蒸發(fā)器懸筐式蒸發(fā)器適用于中等粘度、輕度結(jié)垢的非腐蝕性料液，并且可以得到較好的蒸發(fā)速率。在食品工業(yè)上：果汁、麥芽浸出液、蔗糖、葡萄糖等溶液的濃縮。

第十六頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日(三)加熱室在外的蒸發(fā)器

(自然循環(huán)型和強(qiáng)制循環(huán)型)蒸發(fā)器是由加熱器、分離器和循環(huán)管三部分組成

優(yōu)點(diǎn)：可以改變兩者之間的距離，并調(diào)節(jié)循環(huán)速度使料液達(dá)到不在加熱室中沸騰可改善分離霧沫條件，并有可能將其作成離心分離器的形式?？蓪讉€(gè)加熱器共用一個(gè)分離器，從而必要時(shí)可靈活輪流使用每個(gè)加熱器。循環(huán)條件得到了改善，檢修、清洗也較方便

第十七頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日自然循環(huán)型設(shè)備不適用于蒸發(fā)粘稠溶液，主要是傳熱速率降低，污垢易于形成。

解決的辦法是采用強(qiáng)制循環(huán)型，使溶液在管內(nèi)流速達(dá)3~4m/s.第十八頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日(四)長(zhǎng)管式蒸發(fā)器

蒸發(fā)器采用細(xì)長(zhǎng)的管子，單程通過(guò)的時(shí)間內(nèi)，達(dá)到全部濃縮的要求，這就是長(zhǎng)管式蒸發(fā)器蒸發(fā)器的管束很長(zhǎng)，約6~8m，其截面積很小，具有很大的傳熱面，溶液送入管束后很快強(qiáng)烈沸騰，管子的中央部分充滿料液蒸汽，蒸汽從管口流出的速度高達(dá)100-l20m/s。料液就被帶動(dòng)而沿管子內(nèi)壁形成上升或下降的液膜。被蒸汽帶動(dòng)而沿管壁流動(dòng)的液體速度可達(dá)20m/s，所以這種蒸發(fā)器被稱為液膜式蒸發(fā)器。第十九頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日長(zhǎng)管蒸發(fā)器的分類長(zhǎng)管蒸發(fā)器根據(jù)濃膜的流動(dòng)方向可分為升膜蒸發(fā)器、降膜蒸發(fā)器及升降膜蒸發(fā)器。

第二十頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日1、升膜蒸發(fā)器

料液先經(jīng)預(yù)熱至接近沸點(diǎn)，從管束的下端引入。操作時(shí)，管內(nèi)有三段不同的區(qū)域。在底部，因液層靜壓力的作用，不發(fā)生沸騰，只是起著加熱的作用。在中部，溫度顯著升高并開(kāi)始沸騰產(chǎn)生蒸汽，但傳熱速率仍不太高。在上部區(qū)域，蒸汽體積急速增大，所產(chǎn)生的高速上升蒸汽使液體在管壁上形成一層薄膜，造成很好的傳熱條件。

第二十一頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日升膜蒸發(fā)器底部結(jié)構(gòu)圖第二十二頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：在加熱器內(nèi)料液停留時(shí)間短，傳熱系數(shù)高，適于濃縮熱敏物料。缺點(diǎn)：在管內(nèi)下部區(qū)域尚積存較多的液體，故而延長(zhǎng)了接觸時(shí)間

(約15~30min)通常還不能通過(guò)嚴(yán)格單程蒸發(fā)達(dá)到所要求的濃度，一般尚需部分再循環(huán)，加長(zhǎng)了停留時(shí)間，在管子中部易發(fā)生結(jié)垢和蛋白質(zhì)沉積的現(xiàn)象。

第二十三頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日2、降膜蒸發(fā)器

降膜蒸發(fā)器能較徹底消除因液體積聚所造成的靜壓效應(yīng),達(dá)到傳熱效率高，熱能經(jīng)濟(jì)性好，停留時(shí)間短的目的。特點(diǎn)：經(jīng)預(yù)熱后的料液從管束的頂部加入

料液進(jìn)管必須有均勻分配裝置

第二十四頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日降膜分布器的型式

導(dǎo)流管具有螺旋形溝槽的圓柱體:導(dǎo)流管下端錐體端面向內(nèi)凹入，以免液體再向中央聚集;利用加熱管上端管口的齒縫來(lái)分配液體;靠管子上端的旋液分配器，用于強(qiáng)制循環(huán)降膜蒸發(fā)器中。第二十五頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日降膜蒸發(fā)器應(yīng)用降膜蒸發(fā)器因不存在靜液層效應(yīng)，物料沸點(diǎn)均勻，使用廣泛，例如牛奶、果汁和糖漿等濃縮。

第二十六頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日3、升降膜蒸發(fā)器

是升膜蒸發(fā)與降膜蒸發(fā)相結(jié)合的蒸發(fā)器。將加熱器豎管束分成兩程，一程作稀液的升膜蒸發(fā)部分，另一程為濃稠液的降膜蒸發(fā)部分。如此結(jié)合，既有以兩程代單程，縮短加熱器長(zhǎng)度的優(yōu)點(diǎn)，而又可因分段濃縮各取有利方面以避免固有的缺點(diǎn)。

第二十七頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日(五)刮板薄膜蒸發(fā)器

刮板薄膜蒸發(fā)器或稱攪拌薄膜蒸發(fā)器，是另一種薄膜式蒸發(fā)器。其薄膜不是因?yàn)檎羝耐弦范怯蓹C(jī)械的作用而形成。由夾套外殼和在殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)件組成，轉(zhuǎn)動(dòng)件上裝有若干刮板。

第二十八頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日刮板薄膜蒸發(fā)器應(yīng)用刮板薄膜蒸發(fā)器能處理粘度高達(dá)50，000~l00，000cP的粘性料液，一般用于后道濃縮操作。

在濃縮熱敏物料如番茄醬、咖啡茶、牛奶、麥芽汁和乳清等方面比較合適。第二十九頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日刮板薄膜蒸發(fā)器特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)可處理粘性極大的物料可濃縮漿狀和帶泡沫物停留時(shí)間短蒸發(fā)速率高可在傳熱溫差很小的條件下操作，消除結(jié)垢現(xiàn)象。缺點(diǎn)刮板和壁速之間的間隙小，轉(zhuǎn)動(dòng)件要精密對(duì)中，因而結(jié)構(gòu)成本較高不易清洗一般情況只能用于單效蒸發(fā)，耗汽量大投資費(fèi)和操作費(fèi)用大。第三十頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日(六)板式

(片式)蒸發(fā)器板式蒸發(fā)器是由板式熱交換器與分離器組合而成的一種蒸發(fā)器，也是一種薄膜式蒸發(fā)器。與升膜式、降膜式、刮板薄膜式相比較，差別在于以成型加熱板上形成的液膜來(lái)代替管壁或殼上形成的液膜。第三十一頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日板式

蒸發(fā)器近代板式蒸發(fā)器在國(guó)外使用已很普遍。雖然工業(yè)上應(yīng)用始于1950年。但早在1928年已運(yùn)用板式熱交換器的原理作成第一臺(tái)板式蒸發(fā)器，并用于果醬的濃縮。隨著食品濃縮低溫、短時(shí)的要求愈來(lái)愈高，板式蒸發(fā)器已廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)，特別是乳品工業(yè)。第三十二頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日

板式蒸發(fā)器將前述升降膜原理應(yīng)用于板式換熱器內(nèi)部。通常的用法是將加熱板排成四片一組。蒸汽在3~4板間沸騰成降膜，板組的數(shù)目可以變動(dòng)，視生產(chǎn)能力需要而定。第三十三頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日板式蒸發(fā)器與管式蒸發(fā)器比較

板間的沸騰機(jī)理與管內(nèi)發(fā)生的不完全相同，單位高度的傳熱面積，板式遠(yuǎn)大于管式，停留時(shí)間則板式遠(yuǎn)小于管式。如果板式蒸發(fā)的板隙和板寬加以適當(dāng)改變，就可控制蒸汽速度，提高傳熱效率，而傳熱板仍能保持適度潤(rùn)濕。對(duì)各種不同粘度、不同濃縮比要求、不同沸騰溫度的物料，調(diào)整傳熱板的尺寸可滿足最佳操作條件的要求。板式蒸發(fā)器的板組(4片成1板組)按所需傳熱面積順序裝于機(jī)架上，對(duì)所有板組而言，加料是平流的。

第三十四頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日英國(guó)APV公司新型板式蒸發(fā)器這種設(shè)備沒(méi)有升膜段，全部料液以降膜方式流過(guò)加熱板，而加熱板則比普通板式蒸發(fā)器的大。如此，一片降膜進(jìn)料板緊接一片蒸汽加熱板，即兩片成一組，板的長(zhǎng)度為以前的升膜板和降膜板長(zhǎng)度之和，而板寬則比以前增加50%，因此，為完成同一任務(wù)，需要板數(shù)較少，組合后長(zhǎng)度較短。料液在此設(shè)備內(nèi)不再循環(huán)，且停留時(shí)間極短。第三十五頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日板式蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)靈活性大，傳熱面積可按需要而隨意增減整個(gè)裝置所需的廠房高度小具有良好的衛(wèi)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，傳熱面裝拆方便可進(jìn)行多效操作用途可變性大，包括熱敏制品的濃縮。

第三十六頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日板式蒸發(fā)器的局限性因?yàn)槭褂孟鹌|圈密封，故不能處理有機(jī)溶劑的溶液，同時(shí)操作溫度上也有限度為保證適當(dāng)?shù)纳的げ僮鳁l件，板間間隙小，故不能處理懸浮固體的料液。同時(shí)處理一般料液，也有必要在生產(chǎn)線上安裝過(guò)濾器，防止液體顆粒進(jìn)入蒸發(fā)器設(shè)備生產(chǎn)能力受限制第三十七頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日三、蒸發(fā)設(shè)備的選擇生產(chǎn)能力，通常是以每小時(shí)的水分蒸發(fā)量來(lái)表示物料需要濃縮的程度：通常以濃縮制品的固體百分含量來(lái)表示物料的熱敏性：與停留時(shí)間及蒸發(fā)溫度有關(guān)是否需要回收風(fēng)味物質(zhì)衛(wèi)生結(jié)構(gòu)及清洗的要求：清潔的容易程度操作的方便性裝置大小，相對(duì)于蒸發(fā)能力的蒸發(fā)器大小，與廠房大小有關(guān)投資費(fèi)用及操作費(fèi)用：相對(duì)于蒸發(fā)能力和產(chǎn)品質(zhì)量的操作費(fèi)用第三十八頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日第三十九頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日四、影響蒸發(fā)經(jīng)濟(jì)性的因素由于發(fā)泡和夾帶等引起的物料損失能量消耗，減少能量消耗的方法二次蒸汽再壓縮二次蒸汽再加熱多效蒸發(fā)（多效系統(tǒng)的數(shù)量取決于節(jié)省的能量與操作費(fèi)用的增加比較）

第四十頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)、蒸發(fā)系統(tǒng)一、單效真空蒸發(fā)(一)定義：凡溶液在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)，所產(chǎn)生的二次蒸汽不再加以利用，則此種操作稱為單效蒸發(fā)為了濃縮熱敏物料，必須盡可能使操作保持在低溫下進(jìn)行。當(dāng)蒸發(fā)壓力低于大氣壓，則稱此蒸發(fā)為真空蒸發(fā)。第四十一頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日(二)單效真空蒸發(fā)裝置蒸發(fā)器為升膜式，它包括一個(gè)長(zhǎng)管加熱器和一個(gè)分離器以及附屬設(shè)備：冷凝器、真空泵、不凝氣排除裝置、疏水器、捕沫器。

第四十二頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日附屬設(shè)備1、冷凝器：蒸發(fā)器所產(chǎn)生的大量二次蒸汽必須設(shè)法排除掉，方法是將其導(dǎo)入冷凝器進(jìn)行冷凝。一般均采用混合式冷凝器2、疏水器：為求蒸發(fā)器的蒸汽利用經(jīng)濟(jì)、保持傳熱良好。同其他水蒸氣加熱設(shè)備一樣，必須裝置排除冷凝水的設(shè)備，即疏水器。第四十三頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日3、真空泵：因?yàn)槔淠魉芾淠臍怏w主要為水蒸氣。而空氣等不凝結(jié)氣體如不設(shè)法除去，系統(tǒng)的真空度不可能長(zhǎng)久維持。使用真空泵的目的就是抽出這些不凝結(jié)氣體。4、不凝氣排除裝置：為保持加熱室的傳熱效率。方法是在加熱器側(cè)壁上設(shè)抽氣管口，并連以管子和排氣閥門(mén)。

第四十四頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日5、捕沫器：蒸發(fā)操作時(shí)，應(yīng)盡量避免或減少霧沫被二次蒸汽帶出。濃縮時(shí)，霧沫夾帶對(duì)得率和蒸發(fā)能力均有影響。如果是多效蒸發(fā)，還可能使下一效加熱面形成污垢或腐蝕。特別在果蔬汁如蕃茄汁的濃縮時(shí)，強(qiáng)腐蝕性酸霧會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后果。

第四十五頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日造成霧沫夾帶的原因泡沫:液料的表面張力減小是造成泡沫的原因之一蒸汽高速流動(dòng):蒸汽流動(dòng)速度過(guò)快，必然促使霧沫伴隨而行。溶液的急劇蒸發(fā)：溶液溫度偏高，而蒸發(fā)溫度偏低，發(fā)生突然閃急蒸發(fā)，形成霧沫。

第四十六頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日(三)單真空蒸發(fā)器裝置內(nèi)的傳熱

蒸發(fā)過(guò)程實(shí)質(zhì)上是以傳熱為主的過(guò)程。從整個(gè)單效真空蒸發(fā)系統(tǒng)來(lái)看：蒸發(fā)器和冷凝器的結(jié)合是兩個(gè)熱交換器的串聯(lián)。蒸發(fā)器將熱能從加熱介質(zhì)轉(zhuǎn)移到二次蒸汽中去，然后由冷凝器又將二次蒸汽的熱能轉(zhuǎn)移到冷卻介質(zhì)中去。熱量傳遞的總趨勢(shì)是從加熱介質(zhì)放熱開(kāi)始，以冷卻介應(yīng)吸熱而告終。第四十七頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日整個(gè)單效真空蒸發(fā)系統(tǒng)的熱量轉(zhuǎn)移七個(gè)階段。1、蒸發(fā)器加熱側(cè)的傳遞阻力。此項(xiàng)熱阻一般較小，不是全過(guò)程的控制因素。2、蒸發(fā)器傳熱壁熱阻，通常也很小。3、蒸發(fā)器沸騰側(cè)的傳遞阻力，與上述阻力相比，此項(xiàng)阻力在蒸發(fā)器傳熱中占有支配地位。第四十八頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日4、二次蒸汽從分離室沿管線向冷疑器轉(zhuǎn)移時(shí)，要發(fā)生熱損失和流動(dòng)阻力。5、冷凝器蒸汽側(cè)的傳遞阻力。此項(xiàng)阻力與1相似。6、冷凝器冷卻壁熱阻。此項(xiàng)阻力與2熱阻相似。7、冷凝器冷卻介質(zhì)側(cè)的熱阻：表面式冷凝器的主要熱阻。第四十九頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日(四)蒸發(fā)裝置內(nèi)的溫差損失

當(dāng)采用混合式冷凝器，由真空泵維持冷凝器在一定真空度下操作。在此真空度下，水蒸氣和水的兩相平衡物系必有一對(duì)應(yīng)的溫度，稱為冷凝溫度，以TK表示。若加熱蒸汽的溫度為T(mén)，則上述熱量轉(zhuǎn)移過(guò)程中所產(chǎn)生的全部溫度降落(稱為總溫差)為:△To=T一TK.

第五十頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日設(shè)蒸發(fā)器內(nèi)沸騰溫度為t，則蒸發(fā)器的傳熱溫差稱為有效溫差為△T:△T=T一t△T<△To（=T一TK）總溫差△To與有效溫差△T的差值稱為溫差損失Δ。故有△=△To一△T=(T一TK)一(T一t)=t一TK因此，蒸發(fā)操作的溫度差損失為料液沸騰溫度與冷凝溫度的差值。第五十一頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日引起溫差損失的原因如蒸發(fā)料液為純水，且無(wú)其他原因引起液體的沸點(diǎn)升高，也不存在蒸汽在輸送中溫度的降低，則溫度差損失并不存在，即△=o，但實(shí)際上，由于下述三種原因，常引起溫差的損失。第五十二頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日1、由于溶液的沸點(diǎn)升高所引起

①在手冊(cè)和文獻(xiàn)中可以查得常壓下某些溶液在不同濃度下沸點(diǎn)升高的數(shù)據(jù)(以△a表示)。

第五十三頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日第五十四頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日②吉辛柯公式如能查到常壓下水溶液的沸點(diǎn)升高△a，則可按下面吉辛柯公式計(jì)算非常壓下的沸點(diǎn)升高△′：

式中：T---某壓力下水的沸點(diǎn)，K；

LV---壓力下水的汽化潛熱，J/kg△a---常壓下水溶液的沸點(diǎn)升高，K

第五十五頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日③杜林法則：這個(gè)法則表明，溶液的沸點(diǎn)是相同氣壓下純?nèi)軇┓悬c(diǎn)的線性函數(shù)。

淀粉糖廠的設(shè)計(jì)中得到的經(jīng)驗(yàn)公式：

式中為各效排出液濃度。第五十六頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日2、由于液層靜壓效應(yīng)所引起△’’在低壓下，液層高度會(huì)影響沸騰溫度。可直接取用在壓力下水蒸氣的飽和溫度為液面上方的分離室內(nèi)的壓力，溶液液層高度為h，溶液密度為ρ，則溶液中層的壓力為：第五十七頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日3、由蒸汽流動(dòng)中熱損失引起△'''此項(xiàng)溫差損失與蒸發(fā)裝置的流程有關(guān)。計(jì)算時(shí)，一般作△’’’=0.5~1.5K第五十八頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日全部溫差損失

△=△’+△’’十△’’’有效溫差△T則等于總溫差減去總溫差損失。即:△T=△To一△

第五十九頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日(五)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)

傳熱系數(shù)：蒸發(fā)器是特殊條件下操作的熱交換器，其傳熱系數(shù)K按通用表達(dá)式為第六十頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日蒸發(fā)器傳熱系數(shù)K值，除上述按公式計(jì)算外，比較可靠的辦法是根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐中的直接經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)

第六十一頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日(六)單效真空蒸發(fā)器計(jì)算單效真空蒸發(fā)器的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算項(xiàng)目主要有：

1蒸發(fā)量

2熱蒸汽消耗量

3傳熱面積。

第六十二頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日1蒸發(fā)量

W1：取濃縮過(guò)程中質(zhì)量不變的物質(zhì)---絕對(duì)干固體為計(jì)算基準(zhǔn)設(shè)：S--原料液量，kg/s:B。--原料液中的固體含量%W1--水分蒸發(fā)量，kg,/S:B1---濃縮液的固體含量%

則有：第六十三頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日2加熱蒸汽消耗量（沸點(diǎn)進(jìn)料）

Kg

/s

式中：Q--傳熱速率J/sLv--汽化潛熱KJ/Kg

3傳熱面積

:蒸發(fā)傳熱面積的計(jì)算仍根據(jù)傳熱基本方程式。

A=Q/(K△T)m2

式中：K--傳熱系數(shù)第六十四頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日習(xí)題1蕃茄汁在單效薄膜式蒸發(fā)器中從固體含量12%濃縮至28%。蕃茄汁已經(jīng)預(yù)熱到最高許可溫度60℃后進(jìn)料。采用加熱蒸汽為壓力0.7公斤/厘米2(表壓)的飽和水蒸氣。設(shè)蒸發(fā)傳熱面積為0.4m2，傳熱系數(shù)為1500W/m2..K，試近似估算蒸汽消耗量和原料量。

第六十五頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日解：適當(dāng)選取操作的真空度，保證器內(nèi)料液沸點(diǎn)為60℃、根據(jù)加熱飽和水蒸氣的壓力，從水蒸氣表查查得其飽和溫度T1=114.5℃，汽化潛熱Lv=2.210KJ/KG，計(jì)算傳熱速率Q1=K1A1Δt1=1500×0.4×(114.5-60)=32700J/s計(jì)算蒸汽消耗量

D1=Q1/Lv=32700/2210000=0.0148kg/s=53.3Kg/h計(jì)算蒸發(fā)量

(查得60℃下水的汽化潛熱L’V=2304kJ/kg)W1=Q1/L’V=32700/2340000=0.014kg/s=50.3kg/h計(jì)算原料液流量：

第六十六頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日二、多效蒸發(fā)(一)多效蒸發(fā)的定義和特點(diǎn)蒸發(fā)過(guò)程汽化所產(chǎn)生的水蒸氣叫做二次蒸汽，以區(qū)別作為熱源的生蒸汽。蒸發(fā)操作中，將二次蒸汽直接冷凝不再利用者，稱為單效蒸發(fā)。1、定義：如將二次蒸汽引入另一蒸發(fā)器作為熱源進(jìn)行串聯(lián)蒸發(fā)操作，稱為多效蒸發(fā)。對(duì)于單效或多效蒸發(fā)，最后一效的二次蒸汽通常用冷卻水冷凝的方法來(lái)排除，所以冷凝器是蒸發(fā)設(shè)備的重要組成部分。第六十七頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日2、多效蒸發(fā)的特點(diǎn)提高了熱能的經(jīng)濟(jì)性。按單效蒸發(fā)的結(jié)論，1千克加熱蒸汽可以蒸發(fā)大約l千克二次蒸汽，如果將此二次蒸汽全部用作第二效的加熱蒸汽時(shí)，同樣在第二效中又可蒸發(fā)大約l千克的二次蒸汽。以此類推，n效串聯(lián)蒸發(fā)操作，1千克加熱生蒸汽則可蒸發(fā)約n千克的二次蒸汽。第六十八頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日多效蒸發(fā)圖（降膜蒸發(fā)器機(jī)組）第六十九頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日

(二)多效蒸發(fā)裝置的設(shè)備流程多效蒸發(fā)操作的加料可有四種不同的方法:料液與蒸汽成順流的方法，稱順流法料液與蒸汽成逆流的方法，稱逆流法每效都加入原料液的方法，稱平流法組合上述備種方法的方法，簡(jiǎn)稱混流法

第七十頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日順流法第七十一頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日逆流法第七十二頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日平流法

第七十三頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日混流法對(duì)于效數(shù)多的蒸發(fā)也搞采用順流和逆流并用，有些效間用順流，有些效間用逆流。此法起協(xié)調(diào)順流和逆流的優(yōu)缺點(diǎn)的作用，對(duì)黏度極高的料液很有用處，特別是在料液黏度隨濃度而顯著增加的場(chǎng)合下，可以采用此法。

第七十四頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日額外蒸汽的運(yùn)用

第七十五頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日(三)多效蒸發(fā)的溫差分配多效設(shè)備是由單效設(shè)備組成，每一效即為單效蒸發(fā)器。因此，在實(shí)際蒸發(fā)操作中，每效蒸發(fā)器的操作都存在著三種形式的溫差損失。設(shè)第1效加熱蒸汽溫度為T(mén)1

，冷凝器的冷凝溫度為T(mén)k，則總溫差為第七十六頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日①若每效無(wú)溫差損失，對(duì)n效蒸發(fā)，顯然每效傳熱溫差為：

……而總的有效溫差為：可見(jiàn)總有效溫差等于總溫差

第七十七頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日②在溫差損失不能忽略的情況下，總有效溫差必小于總溫差，其差值即為總溫差損失。即式中為n效溫差損失之和，即：當(dāng)有效總溫差確定之后，此溫差必須分配到各效，并滿足各效的傳熱方程，即：第七十八頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日由此可得有效溫差分配所必須遵循的如下比例關(guān)系：確定各效的有效溫差，需另加特定的限制原則

①各效等面積原則；②相鄰效間等壓差原則（確定各效壓力及其對(duì)應(yīng)的飽和溫度）；③各效蒸發(fā)量按經(jīng)驗(yàn)比例法④其他特殊的限制（最高蒸發(fā)溫度的限制對(duì)于熱敏食品的濃縮，常規(guī)定蒸發(fā)溫度的安全極限。

第七十九頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日（四）多效蒸發(fā)的計(jì)算多效蒸發(fā)的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算項(xiàng)目主要包括(1)

水分總蒸發(fā)量和各效蒸發(fā)量(2)

加熱蒸汽消耗量;(3)

各效傳熱面積。第八十頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日(1)總蒸發(fā)量的計(jì)算蒸發(fā)操作時(shí)，如無(wú)額外蒸汽抽出，因各效蒸發(fā)量大致相等Q1≈Q2；△T1=△T2=（T1一Tk）/2由此可見(jiàn)，如果單效設(shè)備的傳熱面積與雙效的每效面積相同時(shí)，由于單效的傳熱溫差是雙效的每效溫差的一倍，故單效蒸發(fā)的傳熱量就等于雙效中每效傳熱量之和。從而，單效的蒸發(fā)量就大致等于雙效的全部蒸發(fā)量。

第八十一頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日水分總蒸發(fā)量為各效蒸發(fā)量之和

W＝W1+W2+……+Wn(kg/s)對(duì)溶液中固體進(jìn)行物料衡算：

SB0=(S-W1)B1=(S-W1-W2)B2=……=(S-W)Bn(kg/s)由此得出總蒸發(fā)量：

W=S(1-B0/Bn)(kg/s)第八十二頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日任一效蒸發(fā)水量計(jì)算已知各效水分蒸發(fā)量，則可按下式求出各效的濃度第八十三頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日已知各效汁汽量E1、E2….En和末效蒸發(fā)量Wn，計(jì)算蒸發(fā)水量。

Wn=EnWn-1=En-1+En……W2=E2+E3+E4+EnW1=E1+E2+E3+E4+En總蒸發(fā)水量：W=W1+W2+……+Wn-1+Wn=nEn+(n-1)En-1+……+2E2+E1第八十四頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日(2)

蒸汽消耗量升溫耗熱量：液體在沸點(diǎn)以下進(jìn)入蒸發(fā)罐，加熱至沸騰溫度所需熱量也稱顯熱。

Q1=S0C0(t沸-t1)汽化耗熱量：物料進(jìn)入蒸發(fā)罐升溫至沸點(diǎn)后，水分又開(kāi)始由液態(tài)變成汽態(tài)，沸點(diǎn)下汽化所消耗的熱量也稱為潛熱Q2=Wr熱損失Q損＝0.05(Q1+Q2)加熱蒸汽消耗量D=Q/Lv第八十五頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日(3)各效傳熱面積的計(jì)算各效傳熱面積的計(jì)算

第八十六頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日第四節(jié)蒸汽再壓縮蒸發(fā)提高經(jīng)濟(jì)性措施：多效蒸發(fā)代替單效蒸發(fā)蒸汽再壓縮方法。第八十七頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日一、蒸汽再壓縮的基本概念和原理1、蒸汽再壓縮方法的定義：設(shè)法使蒸發(fā)出來(lái)的二次蒸汽的熱力狀態(tài)提高到接近于原來(lái)的水蒸氣的狀態(tài)，作為熱源，進(jìn)行加熱的方法。第八十八頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日2、蒸汽再壓縮節(jié)能的原理假定：將絕對(duì)壓力為1.74×105N/m2，溫度為1l6℃的飽和水蒸氣送入蒸發(fā)器，用以濃縮在大氣壓下沸點(diǎn)為100℃的液體，并假定冷凝水離開(kāi)的溫度為104℃。因116℃飽和水蒸氣的焓值為2700kJ/kg，104℃冷凝水的焓值為435kJ/Kg，若將此冷凝水送回鍋爐房，則每千克冷凝水至少要加入2265kJ/kg的熱量，才能得到與原來(lái)加熱蒸汽同樣的飽和水蒸氣。而焓值為l00℃下飽和水蒸氣的焓值2670kJ/kg，與原加熱蒸汽焓值相差30kJ/Kg。所以將此lkg二次蒸汽在回復(fù)到lkg原來(lái)狀態(tài)的水蒸氣，僅需加入30kJ/kg的熱最即可。第八十九頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日二、壓縮二次蒸汽的方法機(jī)械再壓縮法蒸汽噴射再壓縮法(熱再壓縮法)熱泵循環(huán)再壓縮法第九十頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日1、機(jī)械再壓縮蒸發(fā)機(jī)械再壓縮蒸發(fā)是利用機(jī)械壓縮機(jī)的絕熱壓縮來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于此法每蒸發(fā)1噸水分約耗電29~46kWh，只適用于電力發(fā)達(dá)而電費(fèi)便宜的場(chǎng)合。另外，機(jī)械再壓縮蒸發(fā)只適用于粘度低的稀溶液，因該法只有和傳熱溫差很小時(shí)才比較經(jīng)濟(jì)。如果料液沸點(diǎn)升高顯著，或有嚴(yán)重結(jié)垢現(xiàn)象，就不宜采用。第九十一頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日2、熱再壓縮法

機(jī)械再壓縮中的壓縮機(jī)，如用蒸汽噴射器代替機(jī)械壓縮則稱為熱再壓縮蒸發(fā)，所使用的蒸汽噴射器稱為升壓泵。升壓泵的作用與蒸汽噴射真空泵不同之點(diǎn)在于其吸入氣為水蒸氣而由擴(kuò)壓管壓縮.相當(dāng)于lkg工作蒸汽所吸入的二次蒸汽量，稱為抽氣系數(shù)μ，則式中：GX--被吸入的二次蒸汽量

G工作--工作蒸汽量消耗量第九十二頁(yè)，共一百頁(yè)，2022年，8月28日升壓泵送入蒸發(fā)器加熱室的蒸汽量D加熱等于被吸入的二次蒸汽量和工作蒸汽量之和

D加熱

=G工作＋GX。將GX=μG工作代入得：或上式表示采用熱再壓縮法的經(jīng)濟(jì)程度。一般而言，μ的數(shù)值根據(jù)蒸發(fā)壓力而定。對(duì)于許多低溫操作，當(dāng)工作蒸汽的壓力為8~l0atm時(shí)，μ約等于l，其經(jīng)濟(jì)程度為:G/D=1/(1+μ)=0.5即每小時(shí)蒸發(fā)l噸水分的設(shè)備，約需工作蒸汽半噸。當(dāng)μ=2時(shí)，則每蒸發(fā)1噸水分僅需工作蒸汽1/3噸。

第九十三頁(yè)，共一百