常压蒸发和真空蒸发五.ppt

2019/6/14,第六章 蒸发,第一节 蒸发概述 第二节 单效蒸发 第三节 多效蒸发 第四节 蒸发设备,2019/6/14,第一节 蒸发概述,一、食品物料的蒸发的目的 二、食品物料蒸发的特点 三、食品物料蒸发的基本过程 四、常压蒸发和真空蒸发 五、单效蒸发和多效蒸发 六、间歇蒸发和连续蒸发,2019/6/14,一、食品物料蒸发的目的,除去食品中部分水分，降低包装、贮藏和运输费用。 用于结晶和干燥等单元操作的预处理过程。 用于制备产品和回收溶剂。 提高制品溶质浓度，以增强制品的耐贮性。,2019/6/14,二、食品物料蒸发浓缩的特点,食品物料中的蛋白质、脂肪和维生素等具有热敏性。 食品物料中的有机酸具有腐蚀性。 含有高糖和高果胶等成分的食品物料具有高黏稠性。 食品物料中的蛋白质和糖类等物质在换热器壁面容易结垢 食品物料中的蛋白质在蒸发时容易形成泡沫。 食品物料中含有的特征性风味物质在蒸发时容易挥发。,2019/6/14,三、蒸发的基本过程,2019/6/14,四、常压蒸发和真空蒸发,1 常压蒸发的定义 常压蒸发是指泠凝器和蒸发器内的操作压力等于或稍大于大 气压力的蒸发过程。 2 真空蒸发的定义 真空蒸发是指泠凝器和蒸发器内的操作压力低于大气压力的 蒸发过程。,2019/6/14,3 真空蒸发的优点和缺点 3.1 优点 蒸发温度低，对浓缩热敏性物料有利。 溶液沸点低，可应用低温热源，进而降低生产费用和投资。 溶液沸点低，增大了蒸发器的传热温差，进而可降低所需传热面积。 操作温度低，蒸发器的热损失小。 3.2 缺点 由于蒸发温度低，因此料液黏度大，传热系数较小。 由于系统内为负压，因此完成液需用泵排出。这增加了系统的能耗。,2019/6/14,4 单效蒸发和多效蒸发 4.1 单效蒸发 如果蒸发生成的二次蒸汽不再被用作加热介质，而是直接送到泠凝器中 泠凝，这样的蒸发过程称为单效蒸发。 4.2 多效蒸发 将一个蒸发器产生的二次蒸汽引入下一蒸发器，利用其冷凝热加热下一 蒸发器中的水，将多个蒸发器按照该方式彼此串联起来组成的协同蒸发 过程称为多效蒸发。,2019/6/14,5 间歇蒸发和连续蒸发 5.1 间歇蒸发 在操作开始时，将料液加入蒸发器内，开始蒸发过程。当溶液的浓 度达到规定的要求时，停止蒸发过程。该蒸发过程称为间歇蒸发。 5.2 连续蒸发 操作开始时，将料液加入蒸发器内，开始蒸发过程。随着溶液中水 分的蒸发，不断加入料液，使蒸发器液面高度保持恒定，当溶液浓 度达到规定值时，将完成液放出。该蒸发过程称为连续蒸发。,2019/6/14,第二节 单效蒸发,一、蒸发的传热温差 二、单效蒸发的计算,2019/6/14,一、蒸发器的传热温差,传热壁两侧理论最大可能温差,传热壁两侧实际有效传热温差,引起温差损失,的原因主要有三方面：,由液层静压效应英气的温差损失 由料液沸点升高而引起的温差损失 由蒸汽流动阻力和热损失引起的温差损失,2019/6/14,1 液层静压效应引起的温差损失,真空蒸发时候，静压效应引起的温差损失 比较突出。,2019/6/14,2 由料液沸点升高引起的温差损失,常压下沸点升高用杜林公式计算,Kb-沸点升高常量。若水为溶剂，Kb=0.51 kgK/mol。 mb=溶质的质量摩尔浓度，mol/kg。,2019/6/14,减压下沸点升高按吉辛柯公式计算,T- 某压力下水的沸点，K,- 某压力下水的汽化热，J/kg,- 常压下溶液的沸点升高，K,食品料液的,可近似用糖液数据代替。见教材205页。,2019/6/14,二、单效蒸发的计算,1 蒸发量,总物料衡算式：,固形物衡算式：,上两式联立可得：,2019/6/14,2 加热蒸汽消耗量,rv-二次蒸汽的汽化热， J/kg rs-加热蒸汽的汽化热，J/kg cF-原料液的比定压热容，J/(kgK) TF-进料温度，K T1-料液沸点温度，K,2019/6/14,3 加热蒸汽的经济性,如果是沸点进料，即TF=T1，则,一般情况下，rs和rv相差不多，因此对于沸点进料的单效蒸发,2019/6/14,4 换热面积,基于换热基本方程和蒸汽的汽化热热流量可表示为：,因此，换热面积可表示为：,2019/6/14,例：用单效率蒸发器将糖汁由质量分数0.1浓缩到0.45。 进料 液流量1000 kg/h，进料液温度15，蒸发器内料液沸点80， 加热蒸汽温度115。糖汁的比定压热容4 kJ/(kgK)，蒸发器 总传热系数 2.84 kW/(m2K)， 已知 80 和 115 水蒸气的 汽化热分别为 2 308 kJ/kg和 2 219 kJ/kg。计算： 每小时料液的蒸发量。 每小时加热蒸汽的消耗量。 加热蒸汽的经济性。 蒸发器的换热面积。,2019/6/14,解：,(1),(2),(3),(4),2019/6/14,第三节 多效蒸发,一、多效蒸发操作流程 二、多效蒸发的计算,2019/6/14,一、多效蒸发操作流程,多效蒸发 操作流程,平流法,逆流法,顺流法,2019/6/14,2019/6/14,2019/6/14,2019/6/14,二、多效蒸发的蒸汽经济性,2019/6/14,三、多效蒸发的计算,1 总蒸发量和各效出料浓度,2019/6/14,2 加热蒸汽消耗量和各效蒸发量,2019/6/14,3 各效换热面积,2019/6/14,第四节 蒸发器,一、循环型蒸发器 二、非循环型蒸发器,2019/6/14,一、循环型蒸发器,循环型蒸发器,外加热式蒸发器,悬筐式蒸发器,中央循环管蒸发器,2019/6/14,中央循环管蒸发器,优点 结构简单，操作可靠，投资费用较少，传热效果较好。 缺点 清洗和检修较麻烦，料液循环速率较低，为0.5m/s以下。,2019/6/14,优点 加热室可由蒸发器顶端取出，便于清洗和检修；料液循环速率较快，为1-1.5m/s。 缺点 结构较为复杂，因此投资费用稍高。,悬筐式蒸发器,2019/6/14,外加热式蒸发器,优点 避免了料液在管内析出晶体，阻塞管道；分离室独立可改善气液分离条件；操作灵活，可使几个加热室公共一个分离室。 缺点 投资费用稍高。,2019/6/14,二、非循环型蒸发器,非循环型蒸发器,板式蒸发器,刮膜蒸发器,长管式蒸发器,2019/6/14,长管式蒸发器升膜蒸发器(左)和降膜蒸发器(右),2019/6/14,膜分布器,升膜蒸发器的缺点,料液在管下部积存，造成静压效应，进而影响传热，延 长了料液在管