食品工程原理蒸发PPT资料.ppt

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为了易于区别，前者称为为了易于区别，前者称为加热蒸气或生蒸气加热蒸气或生蒸气，后者称为，后者称为二次蒸二次蒸气气。

第一节第一节概述概述三、分类三、分类1、按操作室压力分：

常压、加压、减压（真空）蒸发、按操作室压力分：

常压、加压、减压（真空）蒸发单效蒸发单效蒸发：

将二次蒸气不在利用而直接送到冷凝器冷凝以：

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。

除去的蒸发操作。

多效蒸发多效蒸发：

若将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为：

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。

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、按二次蒸气的利用情况分：

单效和多效蒸发四、蒸发操作的特点四、蒸发操作的特点1、传热性质：

、传热性质：

属于壁面两侧流体均有相变化的恒温属于壁面两侧流体均有相变化的恒温传热过程。

传热过程。

2、溶液性质：

、溶液性质：

热敏性、腐蚀性、结晶性、结垢性、泡沫、粘度等。

3、沸点升高：

、沸点升高：

当加热蒸气一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于当加热蒸气一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于蒸发纯水的温度差。

蒸发纯水的温度差。

4、泡沫挟带：

、泡沫挟带：

二次蒸气中带有大量泡沫，易造成物料损失和冷凝设二次蒸气中带有大量泡沫，易造成物料损失和冷凝设备污染。

备污染。

5、能源利用：

、能源利用：

二次蒸气的利用是蒸发操作中要考虑的关键问题之一。

溶液的沸点升高溶液的沸点升高：

一定压强下，溶液的沸点较纯水高，两：

一定压强下，溶液的沸点较纯水高，两者之差，称为溶液的沸点升高。

者之差，称为溶液的沸点升高。

稀溶液或有机溶液沸点升高值较小，无机盐溶液较大。

对于同一种溶液，沸点升高值随溶液浓度及蒸发器内液柱高对于同一种溶液，沸点升高值随溶液浓度及蒸发器内液柱高度而异，浓度越大，液柱越高，沸点升高值越大。

度而异，浓度越大，液柱越高，沸点升高值越大。

第二节第二节单效蒸发单效蒸发一、溶液的沸点升高和温度差损失一、溶液的沸点升高和温度差损失溶液沸点升高的计算公式：

溶液沸点升高的计算公式：

式中式中溶液的沸点升高，溶液的沸点升高，t溶液的沸点，溶液的沸点，T/与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的饱和温度，饱和温度，（5-1）传热温度差损失传热温度差损失：

在一定操作压强条件下溶液的沸点升高。

：

式中式中t传热的有效温度差，传热的有效温度差，tT理论上的传热温度差，理论上的传热温度差，t溶液的沸点，溶液的沸点，T纯水在操作沸点，纯水在操作沸点，Ts加热蒸气的温度，加热蒸气的温度，计算公式为：

计算公式为：

t=Ts-ttT=Ts-T=tT-t（5-2）传热温度差损失例：

用例：

用476kN/m2（绝压）的水蒸气作为加热蒸汽（绝压）的水蒸气作为加热蒸汽（Ts=150），蒸发室内压力为蒸发室内压力为1atm，蒸发蒸发30%的的NaOH溶液，沸点为溶液，沸点为t=115，其最大传热温度差，用其最大传热温度差，用tT来表示：

来表示：

tT=Ts-T=150-100=50有效温度差为：

有效温度差为：

t=Ts-t=150-115=35则温度差损失为：

则温度差损失为：

=tT-t=（Ts-T）-（Ts-t）=t-T=15即传热温度差损失等于溶液的沸点与同压下水的沸点之差。

即传热温度差损失等于溶液的沸点与同压下水的沸点之差。

只有求得只有求得，才可求得溶液的沸点才可求得溶液的沸点t（=T+）和有效传热温度和有效传热温度差差t（=tT-）。

）。

例

（1）因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失）因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失；

（3）因管路流体阻力而引起的温度差损失）因管路流体阻力而引起的温度差损失。

（2）因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失）因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失；

总温度差损失为：

（5-3）蒸发过程中引起温度差损失的原因有：

蒸发过程中引起温度差损失的原因有：

（5-4）式中式中tA溶液沸点，溶液沸点，主要与溶液的类别、浓度及操，主要与溶液的类别、浓度及操作压强有关。

作压强有关。

T与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的饱和温度，饱和温度，在在文文献献和和手手册册中中，可可以以查查到到常常压压（1atm）下下某某些些溶溶液液在在不不同同浓浓度度时时的的沸沸点点数数据据。

非非常常压压下下的的溶溶液液沸沸点点则则需需计计算算，估估算算方方法有两种。

法有两种。

1溶液的蒸汽压下降引起的温度差损失溶液的蒸汽压下降引起的温度差损失式中式中常压下溶液的沸点升高，可由实验测定的常压下溶液的沸点升高，可由实验测定的tA值值求得，求得，；

操作条件下溶液的沸点升高，操作条件下溶液的沸点升高，；

f校正系数，无因次。

其经验计算式为：

校正系数，无因次。

式中式中T操作压强下二次蒸气的温度，操作压强下二次蒸气的温度，；

r操作压强下二次蒸气的汽化热，操作压强下二次蒸气的汽化热，kJ/kg。

（1）

（1）（5-55-5）（5-65-6）

（2）杜林规则杜林规则该该规规则则认认为为：

某某溶溶液液（或或液液体体）在在两两种种不不同同压压力力下下两两沸沸点点之之差差与与另另一一标标准准液液体体在在相相应应压压力力下下两两沸沸点点之之差差，其其比比值值为为一一常常数数，即即式中式中tA、tw分别为压强分别为压强pM下溶液的沸点与纯水的沸点，下溶液的沸点与纯水的沸点，tA、tw分别为压强分别为压强pN下溶液的沸点与纯水的沸点，下溶液的沸点与纯水的沸点，一一定定浓浓度度下下溶溶液液的的沸沸点点与与相相同同压压强强下下水水的的沸沸点点呈呈直直线线关关系系，可以利用杜林线求不同浓度的溶液在任一压力下的沸点。

可以利用杜林线求不同浓度的溶液在任一压力下的沸点。

（5-75-7）当某压强下水的沸点当某压强下水的沸点tw=0时，则上式变为：

时，则上式变为：

式中式中ym杜林线的截距，杜林线的截距，注注意意：

不不同同浓浓度度的的杜杜林林线线是是不不平平行行的的，斜斜率率k与与截截距距ym都都是是溶液质量浓度溶液质量浓度x的函数。

的函数。

对对NaOH水溶液，水溶液，k、ym与与x的关系为：

的关系为：

k=1+0.142x（5-9a）（5-9a）ym=150.75x2-2.71x（5-9b）（5-9b）式中式中x溶液的质量浓度溶液的质量浓度（5-85-8）液液层层内内的的溶溶液液的的沸沸点点高高于于液液面面的的，液液层层内内部部沸沸点点与与表表面面沸沸点之差即为因液柱静压强而引起的温度差损失。

点之差即为因液柱静压强而引起的温度差损失。

式中式中pm液层中部的平均压强，液层中部的平均压强，Pap液面的压强，即二次蒸气的压强，液面的压强，即二次蒸气的压强，Pal液层深度，液层深度，m简简化化处处理理：

计计算算时时以以液液层层中中部部的的平平均均压压强强pm及及相相应应的的沸沸点点tAm为准，中部的压强为：

为准，中部的压强为：

（5-105-10）2液柱静压强引起的温度差损失液柱静压强引起的温度差损失常常根根据据平平均均压压强强pm查查出出纯纯水水的的相相应应沸沸点点tpm，故故因因静静压压强强而而引引起的温度差损失为：

起的温度差损失为：

=tpm-tp（5-11）式中式中tpm与平均压强与平均压强pm相对应纯水的沸点，相对应纯水的沸点，tp与二次蒸气压强与二次蒸气压强p相对应的水的沸点，相对应的水的沸点，影响影响的因素：

的因素：

（1）沸沸腾腾时时液液层层内内混混有有气气泡泡，液液层层的的实实际际密密度度较较计计算算公公式式所所用的纯液体密度要小，使得算出的用的纯液体密度要小，使得算出的值偏大；

值偏大；

（2）当当溶溶液液在在加加热热管管内内的的循循环环速速度度较较大大时时，就就会会因因流流体体阻阻力力使平均压强增高。

使平均压强增高。

采采用用多多效效蒸蒸发发时时，二二次次蒸蒸气气在在离离开开前前一一效效蒸蒸发发室室流流往往后后一一效效加加热热室室的的过过程程中中要要克克服服管管道道的的流流动动阻阻力力，从从而而导导致致蒸蒸汽汽温温度度下下降降。

此此项项温温度度差差损损失失与与蒸蒸汽汽的的流流速、物性和管道的尺寸有关，一般取速、物性和管道的尺寸有关，一般取0.51.5。

单效蒸发的计算项目有：

（1）蒸发量；

）蒸发量；

（2）加热蒸气消耗量；

）加热蒸气消耗量；

（3）蒸发器的传热面积）蒸发器的传热面积通常生产任务中已知的项目有：

通常生产任务中已知的项目有：

（1）原料液流量、组成与温度；

）原料液流量、组成与温度；

（2）完成液组成；

）完成液组成；

（3）加热蒸气压强或温度；

）加热蒸气压强或温度；

（4）冷凝器的压强或温度。

）冷凝器的压强或温度。

二、单效蒸发的计算二、单效蒸发的计算加热室加热室蒸发室蒸发室F,x0,t0,h0D,T,HW,T,HD,T,hw（F-W）,x1t1,h1QL式中式中F原料液流量原料液流量W蒸发量蒸发量x0原料液的质量组成原料液的质量组成x1完成液的组成完成液的组成对单效蒸发器作溶质衡算，得对单效蒸发器作溶质衡算，得（5-12）11蒸发量蒸发量ww蒸发操作中，加热蒸气的热量一般用于将溶液加热至沸点，蒸发操作中，加热蒸气的热量一般用于将溶液加热至沸点，将水分蒸发为蒸气以及向周围散失的热量。

将水分蒸发为蒸气以及向周围散失的热量。

对于某些溶液，如对于某些溶液，如CaCl2、NaOH、H2SO4等水溶液稀释时等水溶液稀释时释放出热量，则当其蒸发浓缩时应考虑供给和稀释热相当的释放出热量，则当其蒸发浓缩时应考虑供给和稀释热相当的浓缩热。

浓缩热。

22加热蒸气消耗量加热蒸气消耗量DD式中式中D加热蒸气的消耗量加热蒸气的消耗量,kg/hH加热蒸气的焓加热蒸气的焓,kJ/kgh0原料液的焓原料液的焓,kJ/kgH二次蒸气的焓二次蒸气的焓,kJ/kgh1完成液的焓完成液的焓,kJ/kghw冷凝水的焓冷凝水的焓,kJ/kgQL热损失热损失,kJ/h（5-13）对单效蒸发器作物料的热量衡算，得对单效蒸发器作物料的热量衡算，得（5-14）2.1溶液稀释热不可忽略时溶液稀释热不可忽略时若加热蒸气的冷凝液在蒸气的饱和温度下排除，则若加热蒸气的冷凝液在蒸气的饱和温度下排除，则式中式中r加热蒸气的汽化热，加热蒸气的汽化热，kJ/kg稀释热不可忽略时，溶液的焓可由专用的焓浓图查得。

稀释热不可忽略时，溶液的焓可由专用的焓浓图查得。

则上式变为则上式变为（5-14a）H-hw=r溶液的稀释热可以忽略时，溶液的焓可由比热算出，即溶液的稀释热可以忽略时，溶液的焓可由比热算出，即h0=cp0（t-0）=cp0t0（5-15）h1=cp1（t-0）=cp1t1（5-16）hw=cpw（t-0）=cpwtw（5-17）代入蒸发器物料的热量衡算式中，则有代入蒸发器物料的热量衡算式中，则有D（H