常壓蒸發(fā)和真空蒸發(fā)五教學(xué)內(nèi)容

第六章

蒸發(fā)第一節(jié)蒸發(fā)概述第二節(jié)單效蒸發(fā)第三節(jié)多效蒸發(fā)第四節(jié)蒸發(fā)設(shè)備2024/9/26第一節(jié)

蒸發(fā)概述一、食品物料的蒸發(fā)的目的二、食品物料蒸發(fā)的特點(diǎn)三、食品物料蒸發(fā)的基本過(guò)程四、常壓蒸發(fā)和真空蒸發(fā)五、單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)六、間歇蒸發(fā)和連續(xù)蒸發(fā)2024/9/26二、食品物料蒸發(fā)濃縮的特點(diǎn)食品物料中的蛋白質(zhì)、脂肪和維生素等具有熱敏性。食品物料中的有機(jī)酸具有腐蝕性。含有高糖和高果膠等成分的食品物料具有高黏稠性。食品物料中的蛋白質(zhì)和糖類(lèi)等物質(zhì)在換熱器壁面容易結(jié)垢食品物料中的蛋白質(zhì)在蒸發(fā)時(shí)容易形成泡沫。食品物料中含有的特征性風(fēng)味物質(zhì)在蒸發(fā)時(shí)容易揮發(fā)。2024/9/26三、蒸發(fā)的基本過(guò)程2024/9/26四、常壓蒸發(fā)和真空蒸發(fā)1常壓蒸發(fā)的定義常壓蒸發(fā)是指泠凝器和蒸發(fā)器內(nèi)的操作壓力等于或稍大于大氣壓力的蒸發(fā)過(guò)程。2真空蒸發(fā)的定義真空蒸發(fā)是指泠凝器和蒸發(fā)器內(nèi)的操作壓力低于大氣壓力的蒸發(fā)過(guò)程。2024/9/263真空蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)3.1優(yōu)點(diǎn)蒸發(fā)溫度低，對(duì)濃縮熱敏性物料有利。溶液沸點(diǎn)低，可應(yīng)用低溫?zé)嵩?，進(jìn)而降低生產(chǎn)費(fèi)用和投資。溶液沸點(diǎn)低，增大了蒸發(fā)器的傳熱溫差，進(jìn)而可降低所需傳熱面積。操作溫度低，蒸發(fā)器的熱損失小。3.2缺點(diǎn)由于蒸發(fā)溫度低，因此料液黏度大，傳熱系數(shù)較小。由于系統(tǒng)內(nèi)為負(fù)壓，因此完成液需用泵排出。這增加了系統(tǒng)的能耗。2024/9/264單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)4.1單效蒸發(fā)如果蒸發(fā)生成的二次蒸汽不再被用作加熱介質(zhì)，而是直接送到泠凝器中泠凝，這樣的蒸發(fā)過(guò)程稱為單效蒸發(fā)。4.2多效蒸發(fā)將一個(gè)蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽引入下一蒸發(fā)器，利用其冷凝熱加熱下一蒸發(fā)器中的水，將多個(gè)蒸發(fā)器按照該方式彼此串聯(lián)起來(lái)組成的協(xié)同蒸發(fā)過(guò)程稱為多效蒸發(fā)。2024/9/265間歇蒸發(fā)和連續(xù)蒸發(fā)5.1間歇蒸發(fā)在操作開(kāi)始時(shí)，將料液加入蒸發(fā)器內(nèi)，開(kāi)始蒸發(fā)過(guò)程。當(dāng)溶液的濃度達(dá)到規(guī)定的要求時(shí)，停止蒸發(fā)過(guò)程。該蒸發(fā)過(guò)程稱為間歇蒸發(fā)。5.2連續(xù)蒸發(fā)操作開(kāi)始時(shí)，將料液加入蒸發(fā)器內(nèi)，開(kāi)始蒸發(fā)過(guò)程。隨著溶液中水分的蒸發(fā)，不斷加入料液，使蒸發(fā)器液面高度保持恒定，當(dāng)溶液濃度達(dá)到規(guī)定值時(shí)，將完成液放出。該蒸發(fā)過(guò)程稱為連續(xù)蒸發(fā)。2024/9/26第二節(jié)

單效蒸發(fā)一、蒸發(fā)的傳熱溫差二、單效蒸發(fā)的計(jì)算2024/9/26一、蒸發(fā)器的傳熱溫差傳熱壁兩側(cè)理論最大可能溫差傳熱壁兩側(cè)實(shí)際有效傳熱溫差引起溫差損失的原因主要有三方面：由液層靜壓效應(yīng)英氣的溫差損失由料液沸點(diǎn)升高而引起的溫差損失由蒸汽流動(dòng)阻力和熱損失引起的溫差損失2024/9/261液層靜壓效應(yīng)引起的溫差損失真空蒸發(fā)時(shí)候，靜壓效應(yīng)引起的溫差損失比較突出。2024/9/262由料液沸點(diǎn)升高引起的溫差損失常壓下沸點(diǎn)升高用杜林公式計(jì)算Kb-沸點(diǎn)升高常量。若水為溶劑，Kb=0.51kg?K/mol。mb=溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度，mol/kg。2024/9/26

減壓下沸點(diǎn)升高按吉辛柯公式計(jì)算T-某壓力下水的沸點(diǎn)，K-某壓力下水的汽化熱，J/kg-常壓下溶液的沸點(diǎn)升高，K食品料液的可近似用糖液數(shù)據(jù)代替。見(jiàn)教材205頁(yè)。2024/9/26二、單效蒸發(fā)的計(jì)算1蒸發(fā)量總物料衡算式：固形物衡算式：上兩式聯(lián)立可得：2024/9/262加熱蒸汽消耗量rv-二次蒸汽的汽化熱，J/kgrs-加熱蒸汽的汽化熱，J/kgcF-原料液的比定壓熱容，J/(kg?K)TF-進(jìn)料溫度，KT1-料液沸點(diǎn)溫度，K2024/9/263加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性如果是沸點(diǎn)進(jìn)料，即TF=T1，則一般情況下，rs和rv相差不多，因此對(duì)于沸點(diǎn)進(jìn)料的單效蒸發(fā)2024/9/264換熱面積基于換熱基本方程和蒸汽的汽化熱熱流量可表示為：因此，換熱面積可表示為：2024/9/26例：用單效率蒸發(fā)器將糖汁由質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1濃縮到0.45。進(jìn)料液流量1000kg/h，進(jìn)料液溫度15℃，蒸發(fā)器內(nèi)料液沸點(diǎn)80℃，加熱蒸汽溫度115℃。糖汁的比定壓熱容4kJ/(kg?K)，蒸發(fā)器總傳熱系數(shù)2.84kW/(m2?K)，已知80℃和115℃水蒸氣的汽化熱分別為2308kJ/kg和2219kJ/kg。計(jì)算：每小時(shí)料液的蒸發(fā)量。每小時(shí)加熱蒸汽的消耗量。加熱蒸汽的經(jīng)濟(jì)性。蒸發(fā)器的換熱面積。2024/9/26解：(1)(2)(3)(4)2024/9/26第三節(jié)

多效蒸發(fā)一、多效蒸發(fā)操作流程二、多效蒸發(fā)的計(jì)算2024/9/26一、多效蒸發(fā)操作流程多效蒸發(fā)操作流程

平流法逆流法順流法2024/9/262024/9/262024/9/262024/9/26二、多效蒸發(fā)的蒸汽經(jīng)濟(jì)性2024/9/26三、多效蒸發(fā)的計(jì)算1總蒸發(fā)量和各效出料濃度2024/9/262加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)量2024/9/263各效換熱面積2024/9/26第四節(jié)

蒸發(fā)器一、循環(huán)型蒸發(fā)器二、非循環(huán)型蒸發(fā)器2024/9/26一、循環(huán)型蒸發(fā)器循環(huán)型蒸發(fā)器

外加熱式蒸發(fā)器

懸筐式蒸發(fā)器中央循環(huán)管蒸發(fā)器2024/9/26中央循環(huán)管蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作可靠，投資費(fèi)用較少，傳熱效果較好。缺點(diǎn)清洗和檢修較麻煩，料液循環(huán)速率較低，為0.5m/s以下。2024/9/26優(yōu)點(diǎn)加熱室可由蒸發(fā)器頂端取出，便于清洗和檢修；料液循環(huán)速率較快，為1-1.5m/s。缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此投資費(fèi)用稍高。懸筐式蒸發(fā)器2024/9/26外加熱式蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)避免了料液在管內(nèi)析出晶體，阻塞管道；分離室獨(dú)立可改善氣液分離條件；操作靈活，可使幾個(gè)加熱室公共一個(gè)分離室。缺點(diǎn)投資費(fèi)用稍高。2024/9/26二、非循環(huán)型蒸發(fā)器非循環(huán)型蒸發(fā)器

板式蒸發(fā)器刮膜蒸發(fā)器長(zhǎng)管式蒸發(fā)器2024/9/26長(zhǎng)管式蒸發(fā)器[升膜蒸發(fā)器(左)和降膜蒸發(fā)器(右)]2024/9/26膜分布器升膜蒸發(fā)器的缺點(diǎn)料液在管下部積存，造成靜壓效應(yīng)，進(jìn)而影響傳熱，延

長(zhǎng)了料液在管內(nèi)的停留時(shí)間，容易產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象。降膜蒸