食品技術(shù)原理-濃縮技術(shù)

1、 一、液體濃縮技術(shù)概述一、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，、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。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，液相內(nèi)部達(dá)到液相表面而后除去，最低水分含量約最低水分含量約30%(質(zhì)量質(zhì)量)，一般為穩(wěn)定狀態(tài)的過(guò)程。，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)散作用從固相中相中幾乎完全幾乎完全除去，

2、且一般為不穩(wěn)定狀態(tài)的過(guò)程。除去，且一般為不穩(wěn)定狀態(tài)的過(guò)程。二、濃縮方法二、濃縮方法平衡濃縮是利用兩相在分配上的某種差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。異而獲得溶質(zhì)和溶劑分離的方法。蒸發(fā)濃縮蒸發(fā)濃縮冷凍濃縮（自學(xué)）冷凍濃縮（自學(xué)）非平衡濃縮：是利用半透膜來(lái)分離溶質(zhì)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。不是靠?jī)上嗟闹苯咏佑|，故稱非平衡濃縮。膜濃縮膜濃縮 內(nèi)容：內(nèi)容：蒸發(fā)的基本概念蒸發(fā)的基本概念 蒸發(fā)器類型及其選擇蒸發(fā)器類型及其選擇 單效真空蒸發(fā)單效真空蒸發(fā) 多效蒸

3、發(fā)多效蒸發(fā)蒸汽再壓縮蒸發(fā)蒸汽再壓縮蒸發(fā)重點(diǎn)：重點(diǎn)：蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)、多效蒸發(fā)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)、多效蒸發(fā)流程流程難點(diǎn)：難點(diǎn)：蒸發(fā)計(jì)算、蒸汽再壓縮蒸發(fā)蒸發(fā)計(jì)算、蒸汽再壓縮蒸發(fā)第一節(jié)第一節(jié) 蒸發(fā)及其特點(diǎn)蒸發(fā)及其特點(diǎn)l一、蒸發(fā)的基本概念一、蒸發(fā)的基本概念l1 1定義：定義：蒸發(fā)濃縮是利用溶劑和溶質(zhì)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。汽液平衡條件，達(dá)到分離的目的。l即溶液中溶質(zhì)的揮發(fā)性小，溶劑具有即溶液中溶質(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，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)增濃的目的就使溶劑汽

4、化達(dá)到使溶質(zhì)增濃的目的就是蒸發(fā)操作。是蒸發(fā)操作。l食品工業(yè)濃縮的物料大多數(shù)為水溶液。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)。蒸發(fā)就指水溶液的蒸發(fā)。2、蒸發(fā)原理、蒸發(fā)原理l按照分子運(yùn)動(dòng)學(xué)觀點(diǎn)，溶液受熱時(shí)，溶劑分子按照分子運(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)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。入上部空間，成為蒸汽分子，這就是汽化。l如果不設(shè)法除去這些蒸汽分子，則汽相與液相如果不設(shè)法除去這些蒸汽分子，則汽相與液相之間，水分的化學(xué)

5、勢(shì)將漸趨平衡，汽化過(guò)程也之間，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。相應(yīng)逐漸減弱以至停止進(jìn)行。l蒸發(fā)的必要條件：熱能的不斷供給（飽和蒸汽）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和生成的蒸氣的不斷排除。3、食品濃縮的目的、食品濃縮的目的l除去食品中大量水分，減少包裝、貯藏和運(yùn)輸除去食品中大量水分，減少包裝、貯藏和運(yùn)輸費(fèi)用。費(fèi)用。l提高制品濃度，增加制品的保藏性。提高制品濃度，增加制品的保藏性。l濃縮經(jīng)常用作干燥或更完全的脫水的預(yù)處理過(guò)濃縮經(jīng)常用作干燥或更完全的脫水的預(yù)處理過(guò)程。程。l 濃縮用作某些結(jié)晶的預(yù)處理過(guò)程濃縮用作某些結(jié)晶的預(yù)處理過(guò)程。二、食

6、品物料蒸發(fā)濃縮的特點(diǎn)二、食品物料蒸發(fā)濃縮的特點(diǎn)l熱敏性熱敏性 ：加熱溫度和加熱時(shí)間：加熱溫度和加熱時(shí)間l腐蝕性腐蝕性 ：酸性食品：酸性食品l粘稠性：蛋白質(zhì)、糖分、果膠粘稠性：蛋白質(zhì)、糖分、果膠 l結(jié)垢性：蛋白質(zhì)、糖分、果膠過(guò)熱結(jié)垢性：蛋白質(zhì)、糖分、果膠過(guò)熱 l泡沫性泡沫性 ：物料沸騰時(shí)形成：物料沸騰時(shí)形成l易揮發(fā)成分：芳香成分和風(fēng)味成分易揮發(fā)成分：芳香成分和風(fēng)味成分 三、蒸發(fā)對(duì)食品的影響三、蒸發(fā)對(duì)食品的影響風(fēng)味風(fēng)味 風(fēng)味物質(zhì)損失風(fēng)味物質(zhì)損失 解決方法包括：解決方法包括：A將濃縮物與部分新鮮物料混合，將濃縮物與部分新鮮物料混合，以提高風(fēng)味；以提高風(fēng)味；B風(fēng)味物質(zhì)回收風(fēng)味物質(zhì)回收 風(fēng)味劣變風(fēng)味劣變

7、 顏色：加深顏色：加深 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損失營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損失 第二節(jié)第二節(jié) 蒸發(fā)器類型及其選蒸發(fā)器類型及其選擇擇l一、蒸發(fā)器的組成一、蒸發(fā)器的組成蒸發(fā)器主要由加熱室蒸發(fā)器主要由加熱室(器器)和分離室和分離室 (器器)兩部分兩部分組成。組成。加熱室的作用是利用水蒸氣為熱源來(lái)加熱被濃縮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。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)。分離出來(lái)。 二、食品工業(yè)上常用的典型蒸發(fā)器二、食品工業(yè)上常用的典型蒸發(fā)器l標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器l懸筐式蒸發(fā)器懸筐式蒸發(fā)器l加熱室在外的蒸發(fā)器加熱室在外的蒸發(fā)器l長(zhǎng)管式蒸發(fā)器長(zhǎng)

8、管式蒸發(fā)器l刮板薄膜蒸發(fā)器刮板薄膜蒸發(fā)器l板式板式 (片式片式)蒸發(fā)器蒸發(fā)器(一一)標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器標(biāo)準(zhǔn)式標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器由上、蒸發(fā)器由上、下兩部分構(gòu)成，下下兩部分構(gòu)成，下部為加熱室，上部部為加熱室，上部為分離室。為分離室。加熱室由沸騰管、加熱室由沸騰管、上、下管板所組成上、下管板所組成的加熱管束。的加熱管束。分離器頂部有捕沫器，用以分離霧沫，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)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器的加熱。分離器頂部連接二次蒸汽排出管。出管。標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器的缺點(diǎn)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

9、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。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。不便清洗和更換管子。 (二二)懸筐式蒸發(fā)器懸筐式蒸發(fā)器l懸筐式蒸發(fā)器適用懸筐式蒸發(fā)器適用于中等粘度、輕度于中等粘度、輕度結(jié)垢的非腐蝕性料結(jié)垢的非腐蝕性料液，并且可以得到液，并且可以得到較好的蒸發(fā)速率。較好的蒸發(fā)速率。l在食品工業(yè)上：果在食品工業(yè)上：果汁、麥芽浸出液、汁、麥芽浸出液、蔗糖、葡萄糖等溶蔗糖、葡萄糖等溶液的濃縮。液的濃縮。(三三)加熱室在外的蒸發(fā)器加熱室在外的蒸發(fā)器(自然循環(huán)型和強(qiáng)制循環(huán)型自然循環(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)管三部分組蒸發(fā)器是由加熱器、

10、分離器和循環(huán)管三部分組成成 優(yōu)點(diǎn)：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。器的形式。可將幾個(gè)加熱器共用一個(gè)分離器，從而必要時(shí)可靈可將幾個(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。活輪流使用每個(gè)加熱器。循環(huán)條件得到了改善，檢修、清洗也較方便循環(huán)條件得到了改善，檢修、清洗也較方便 l自然循環(huán)型設(shè)備不適用于蒸發(fā)粘稠溶液，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。主要是

11、傳熱速率降低，污垢易于形成。 l 解決的辦法是采用強(qiáng)制循環(huán)型，使溶液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)在管內(nèi)流速達(dá)34m/s. ( (四四) )長(zhǎng)管式蒸發(fā)器長(zhǎng)管式蒸發(fā)器l蒸發(fā)器采用細(xì)長(zhǎng)的管子，單程通過(guò)的時(shí)間內(nèi)，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)器達(dá)到全部濃縮的要求，這就是長(zhǎng)管式蒸發(fā)器l蒸發(fā)器的管束很長(zhǎng)，約蒸發(fā)器的管束很長(zhǎng)，約68m，其截面積很小，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)管口流

12、出的速度高達(dá)100-l20m/s。料液就被帶。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)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。所以這種蒸發(fā)器被稱為液膜式蒸發(fā)器。長(zhǎng)管蒸發(fā)器的分類長(zhǎng)管蒸發(fā)器的分類l長(zhǎng)管蒸發(fā)器根據(jù)濃膜的流動(dòng)方向可分為升長(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。膜蒸發(fā)器、降膜蒸發(fā)器及升降膜蒸發(fā)器。 1 1、升膜蒸發(fā)器、升膜蒸發(fā)器l料液先經(jīng)預(yù)熱至接近沸點(diǎn)，從管束的下端引入。料液先經(jīng)預(yù)熱至接近沸點(diǎn)，從管束的下端引入。 l操作時(shí)，管內(nèi)有三段不

13、同的區(qū)域。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。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。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。好的傳熱條件。 l升膜蒸發(fā)器底部結(jié)構(gòu)圖升膜蒸發(fā)器底部結(jié)構(gòu)圖特點(diǎn)特點(diǎn)l優(yōu)點(diǎn)：在加熱器內(nèi)料液停留時(shí)間短，傳優(yōu)點(diǎn)：在加熱器內(nèi)料液停留時(shí)間短，傳熱

14、系數(shù)高，適于濃縮熱敏物料。熱系數(shù)高，適于濃縮熱敏物料。l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：在管內(nèi)下部區(qū)域尚積存較多的液在管內(nèi)下部區(qū)域尚積存較多的液體，故而延長(zhǎng)了接觸時(shí)間體，故而延長(zhǎng)了接觸時(shí)間 (約約1530min)通常還不能通過(guò)嚴(yán)格單程蒸發(fā)達(dá)到所要通常還不能通過(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)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。蛋白質(zhì)沉積的現(xiàn)象。 2 2、降膜蒸發(fā)器、降膜蒸發(fā)器l降膜蒸發(fā)器能較徹底降膜蒸發(fā)器能較徹底消除因液體積聚所造消除因液體積聚所造成的靜壓效應(yīng)成的靜壓效應(yīng),達(dá)到傳達(dá)到傳熱效率高，熱能經(jīng)濟(jì)熱效率

15、高，熱能經(jīng)濟(jì)性好，停留時(shí)間短的性好，停留時(shí)間短的目的。目的。l特點(diǎn)：特點(diǎn)：經(jīng)預(yù)熱后的料液從管束經(jīng)預(yù)熱后的料液從管束的頂部加入的頂部加入 料液進(jìn)管必須有均勻分料液進(jìn)管必須有均勻分配裝置配裝置 降膜分布器的型式降膜分布器的型式l導(dǎo)流管具有螺旋形溝槽的圓柱體導(dǎo)流管具有螺旋形溝槽的圓柱體:l導(dǎo)流管下端錐體端面向?qū)Я鞴芟露隋F體端面向 內(nèi)凹入，以免液體再向內(nèi)凹入，以免液體再向 中央聚集中央聚集;l利用加熱管上端管口的利用加熱管上端管口的 齒縫來(lái)分配液體齒縫來(lái)分配液體;l靠管子上端的旋液分配靠管子上端的旋液分配 器，用于強(qiáng)制循環(huán)降膜器，用于強(qiáng)制循環(huán)降膜 蒸發(fā)器中。蒸發(fā)器中。降膜蒸發(fā)器應(yīng)用降膜蒸發(fā)器應(yīng)用l降膜

16、蒸發(fā)器因不存在靜液層效應(yīng)，物料降膜蒸發(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、果汁沸點(diǎn)均勻，使用廣泛，例如牛奶、果汁和糖漿等濃縮。和糖漿等濃縮。 3 3、升降膜蒸發(fā)器、升降膜蒸發(fā)器l是升膜蒸發(fā)與降膜蒸發(fā)相結(jié)合的蒸發(fā)器。是升膜蒸發(fā)與降膜蒸發(fā)相結(jié)合的蒸發(fā)器。l將加熱器豎管束分成兩程，一程作稀液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的升膜蒸發(fā)部分，另一程為濃稠液的降膜蒸發(fā)部分。膜蒸發(fā)部分。l如此結(jié)合，既有以兩程代單程，縮短加如此結(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)。取

17、有利方面以避免固有的缺點(diǎn)。 ( (五五) )刮板薄膜蒸發(fā)器刮板薄膜蒸發(fā)器l刮板薄膜蒸發(fā)器或稱攪拌薄膜蒸發(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。是另一種薄膜式蒸發(fā)器。l其薄膜不是因?yàn)檎羝耐弦范怯蓹C(jī)械其薄膜不是因?yàn)檎羝耐弦范怯蓹C(jī)械的作用而形成。的作用而形成。l由夾套外殼和在殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)件組成，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。轉(zhuǎn)動(dòng)件上裝有若干刮板。 刮板薄膜蒸發(fā)器應(yīng)用刮板薄膜蒸發(fā)器應(yīng)用l刮板薄膜蒸發(fā)器刮板薄膜蒸發(fā)器能處理粘度高達(dá)能處理粘度高達(dá)50，000l00，000cP的粘性料液，一般用于的粘性料液，一般用于后道濃縮操作。后道濃縮操作。 l

18、在濃縮熱敏物料如番茄醬、咖啡茶、牛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。奶、麥芽汁和乳清等方面比較合適。刮板薄膜蒸發(fā)器特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)可處理粘性極大的物料可處理粘性極大的物料 可濃縮漿狀和帶泡沫物可濃縮漿狀和帶泡沫物停留時(shí)間短停留時(shí)間短蒸發(fā)速率高蒸發(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?？稍趥鳠釡夭詈苄〉臈l件下操作，消除結(jié)垢現(xiàn)象。缺點(diǎn)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)成本較高而結(jié)構(gòu)成本較高不易清洗不易清洗一般情況只能用于單效蒸發(fā)，耗汽量大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。投資

19、費(fèi)和操作費(fèi)用大。( (六六) )板式板式 (片式片式)蒸發(fā)器蒸發(fā)器l板式蒸發(fā)器是由板式熱交換器與分離器板式蒸發(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，也是一種薄膜組合而成的一種蒸發(fā)器，也是一種薄膜式蒸發(fā)器。式蒸發(fā)器。l與升膜式、降膜式、刮板薄膜式相比較，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)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。代替管壁或殼上形成的液膜。板式板式 蒸發(fā)器蒸發(fā)器l近代板式蒸發(fā)器在國(guó)外使用已很普遍。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)用始于雖然工業(yè)上應(yīng)用始于1950年。但早在年。但早在1928年已運(yùn)用板式熱交換

20、器的原理作成年已運(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。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)，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)。特別是乳品工業(yè)。l 板式蒸發(fā)器將前述升降膜原理應(yīng)用于板板式蒸發(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。蒸汽在排成四片一組。蒸汽在34板間沸騰成降板間沸騰成降膜，板組的數(shù)目可以變動(dòng)，視生產(chǎn)能力膜，板組的數(shù)目可以變動(dòng)，視生產(chǎn)能力需要而定。需要而定。板式蒸發(fā)器與管式蒸

21、發(fā)器比較板式蒸發(fā)器與管式蒸發(fā)器比較l板間的沸騰機(jī)理與管內(nèi)發(fā)生的不完全相同，單板間的沸騰機(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)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。間則板式遠(yuǎn)小于管式。l如果板式蒸發(fā)的板隙和板寬加以適當(dāng)改變，就如果板式蒸發(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。能保持適度潤(rùn)濕。l對(duì)各種不同粘度、不同濃縮比要求、不同沸騰對(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溫度的物料，調(diào)整傳熱板的尺寸可滿足最佳操作條件的

22、要求。作條件的要求。 板式蒸發(fā)器的板組板式蒸發(fā)器的板組 (4片成片成1板板組組)按所需傳熱面積順序裝于機(jī)架上，對(duì)所有板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。組而言，加料是平流的。 英國(guó)英國(guó)APV公司新型板式蒸發(fā)器公司新型板式蒸發(fā)器l這種設(shè)備沒(méi)有升膜段，全部料液以降膜方這種設(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，而板為以前的升膜板和降膜板

23、長(zhǎng)度之和，而板寬則比以前增加寬則比以前增加50%，因此，為完成同一，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。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)間極料液在此設(shè)備內(nèi)不再循環(huán)，且停留時(shí)間極短。短。板式蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)板式蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)l靈活性大，傳熱面積可按需要而隨意增靈活性大，傳熱面積可按需要而隨意增減減l整個(gè)裝置所需的廠房高度小整個(gè)裝置所需的廠房高度小l具有良好的衛(wèi)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，傳熱面裝拆具有良好的衛(wèi)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，傳熱面裝拆方便方便l可進(jìn)行多效操作可進(jìn)行多效操作l用途可變性大，包括熱敏制品的濃縮。用途可變性大，包括熱敏制品的濃縮。 板式蒸發(fā)器的局限性板式蒸發(fā)器的局

24、限性l因?yàn)槭褂孟鹌|圈密封，故不能處理有因?yàn)槭褂孟鹌|圈密封，故不能處理有機(jī)溶劑的溶液，同時(shí)操作溫度上也有限機(jī)溶劑的溶液，同時(shí)操作溫度上也有限度度l 為保證適當(dāng)?shù)纳的げ僮鳁l件，板間間為保證適當(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)器安裝過(guò)濾器，防止液體顆粒進(jìn)入蒸發(fā)器l設(shè)備生產(chǎn)能力受限制設(shè)備生產(chǎn)能力受限制三、蒸發(fā)設(shè)備的選擇三、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：

25、通常以濃縮制品的固體百分含量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)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)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)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)用作費(fèi)用 四、影響蒸發(fā)經(jīng)濟(jì)性的因素四、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由

26、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壓縮 二次蒸汽再加熱二次蒸汽再加熱 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）的能量與操作費(fèi)用的增加比較） 第三節(jié)、蒸發(fā)系統(tǒng)第三節(jié)、蒸發(fā)系統(tǒng)l一、單效真空蒸發(fā)一、單效真空蒸發(fā)l(一一)定義：凡溶液在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)，所產(chǎn)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，則此種操生的二次蒸汽不再加以利用，則此種操作稱為單效蒸發(fā)作稱為單效蒸發(fā) l為了濃縮熱敏物料，必須盡可能使操作為了濃縮熱敏物料，必須盡可能使操作保持在低溫下進(jìn)行。

27、當(dāng)蒸發(fā)壓力低于大保持在低溫下進(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)。氣壓，則稱此蒸發(fā)為真空蒸發(fā)。(二二)單效真空蒸發(fā)裝置單效真空蒸發(fā)裝置l蒸發(fā)器為升膜式，蒸發(fā)器為升膜式， 它包括一個(gè)長(zhǎng)管加它包括一個(gè)長(zhǎng)管加 熱器和一個(gè)分離器熱器和一個(gè)分離器 以及附屬設(shè)備以及附屬設(shè)備 ： 冷凝器冷凝器 、真空泵、真空泵 、 不凝氣排除不凝氣排除 裝置裝置 、 疏水器、捕沫器。疏水器、捕沫器。 附屬設(shè)備附屬設(shè)備l1、冷凝器：蒸發(fā)器所產(chǎn)生的大量二次蒸、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凝器進(jìn)行冷凝。一般均采用

28、混合式冷凝器器 l2、疏水器：為求蒸發(fā)器的蒸汽利用經(jīng)濟(jì)、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，即一樣，必須裝置排除冷凝水的設(shè)備，即疏水器。疏水器。3、真空泵：因?yàn)槔淠魉芾淠臍怏w主、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)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。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。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、不凝氣排除裝置：為保

29、持加熱室的傳熱效率。效率。方法是在加熱器側(cè)壁上設(shè)抽氣管口，并連以管方法是在加熱器側(cè)壁上設(shè)抽氣管口，并連以管子和排氣閥門(mén)。子和排氣閥門(mén)。 5、捕沫器：蒸發(fā)操作時(shí)，應(yīng)盡量避免或、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。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。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。酸霧會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后果。 造成霧沫夾帶的原因造成霧沫夾帶的原因

30、l泡沫泡沫:液料的表面張力減小是造成泡沫的原因液料的表面張力減小是造成泡沫的原因之一之一l蒸汽高速流動(dòng)蒸汽高速流動(dòng):蒸汽流動(dòng)速度過(guò)快，必然促使蒸汽流動(dòng)速度過(guò)快，必然促使霧沫伴隨而行。霧沫伴隨而行。l溶液的急劇蒸發(fā)：溶液溫度偏高，而蒸發(fā)溫溶液的急劇蒸發(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。度偏低，發(fā)生突然閃急蒸發(fā)，形成霧沫。 (三三)單真空蒸發(fā)器裝置內(nèi)的傳熱單真空蒸發(fā)器裝置內(nèi)的傳熱l蒸發(fā)過(guò)程實(shí)質(zhì)上是以傳熱為主的過(guò)程蒸發(fā)過(guò)程實(shí)質(zhì)上是以傳熱為主的過(guò)程 。l從整個(gè)單效真空蒸發(fā)系統(tǒng)來(lái)看：蒸發(fā)器從整個(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)。和冷凝器的結(jié)合是兩個(gè)

31、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。介應(yīng)吸熱而告終。整個(gè)單效真空蒸發(fā)系統(tǒng)的熱量轉(zhuǎn)移七個(gè)階整個(gè)單效真空蒸發(fā)系統(tǒng)的熱量轉(zhuǎn)移七個(gè)階段。段。1、蒸發(fā)器加熱側(cè)的傳遞阻力。此項(xiàng)熱、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。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。、蒸發(fā)器傳熱壁熱阻，通常也很小。

32、3、蒸發(fā)器沸騰側(cè)的傳遞阻力，與上述、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)器傳熱中占阻力相比，此項(xiàng)阻力在蒸發(fā)器傳熱中占有支配地位。有支配地位。4、二次蒸汽從分離室沿管線向冷疑器轉(zhuǎn)移、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。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、冷凝器蒸汽側(cè)的傳遞阻力。此項(xiàng)阻力與1相似。相似。6、冷凝器冷卻壁熱阻。此項(xiàng)阻力與、冷凝器冷卻壁熱阻。此項(xiàng)阻力與2熱阻相熱阻相似。似。7、冷凝器冷卻介質(zhì)側(cè)的熱阻：表面式冷凝、冷凝器冷卻介質(zhì)側(cè)的熱阻：表面式冷凝器的主要熱阻。器的主要熱阻。(四)蒸發(fā)裝置內(nèi)的溫差損失l當(dāng)采用混合

33、式冷凝器，由真空泵維持冷凝當(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。器在一定真空度下操作。l在此真空度下，水蒸氣和水的兩相平衡物在此真空度下，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，以系必有一對(duì)應(yīng)的溫度，稱為冷凝溫度，以TK表示。表示。l若加熱蒸汽的溫度為若加熱蒸汽的溫度為T(mén)， 則上述熱量轉(zhuǎn)移則上述熱量轉(zhuǎn)移過(guò)程中所產(chǎn)生的全部溫度降落過(guò)程中所產(chǎn)生的全部溫度降落 (稱為總溫差稱為總溫差)為為:To=T一一TK. l設(shè)蒸發(fā)器內(nèi)沸騰溫度為設(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，則蒸發(fā)器的傳熱溫差稱為有效溫差為有效溫差為T(mén) : T=T一一t TTo（=T一一TK）

34、l總溫差總溫差To與有效溫差與有效溫差T的差值稱為溫差損失的差值稱為溫差損失。l故有故有= To一一T=(T一一TK) 一一(T一一t)= t一一TKl因此，蒸發(fā)操作的溫度差損失為料液沸騰溫度與冷凝因此，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。溫度的差值。引起溫差損失的原因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，即降低，則溫度差損失并不存在，即=o，但，但實(shí)際上，由于下述三種原因，常引起溫差的實(shí)際上，由于下述三種原因，常引起溫

35、差的損失。損失。 1、由于溶液的沸點(diǎn)升高所引起、由于溶液的沸點(diǎn)升高所引起l在手冊(cè)和文獻(xiàn)中可以查得常壓下某些溶在手冊(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)液在不同濃度下沸點(diǎn)升高的數(shù)據(jù) (以以a表表示示)。 吉辛柯公式吉辛柯公式l如能查到常壓下水溶液的沸點(diǎn)升高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)算非常壓下的則可按下面吉辛柯公式計(jì)算非常壓下的沸點(diǎn)升高沸點(diǎn)升高： 式中：式中：T - 某壓力下水的沸點(diǎn)，某壓力下水的沸點(diǎn)，K； LV - 壓力下水的汽化潛熱，壓力下水的汽化潛熱，J/kg a- 常壓下水溶液的沸點(diǎn)升高，常壓下水溶液的沸點(diǎn)升高，K l杜林法則：這個(gè)法則表明

36、，溶液的沸杜林法則：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)。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：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。式中為各效排出液濃度。2、由于液層靜壓效應(yīng)所引起、由于液層靜壓效應(yīng)所引起 l在低壓下，液層高度會(huì)影響沸騰溫度。l 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，則溶液中層的壓力為： 3、由蒸汽流動(dòng)中熱損失引起、由蒸汽流動(dòng)中熱損失引起l此項(xiàng)溫差損失與蒸發(fā)裝置的流程有關(guān)。此項(xiàng)溫差損失與蒸發(fā)裝置的流程有關(guān)。l計(jì)算時(shí)，一般作計(jì)算時(shí)，一般作=0.51.

37、5K 全部溫差損失全部溫差損失l =+十十 l有效溫差有效溫差T則等于總溫差減去總溫差損則等于總溫差減去總溫差損失。即失。即: T=To一一 (五五)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)l傳熱系數(shù)：蒸發(fā)器是特殊條件下操作的傳熱系數(shù)：蒸發(fā)器是特殊條件下操作的熱交換器，其傳熱系數(shù)熱交換器，其傳熱系數(shù)K按通用表達(dá)式按通用表達(dá)式為為蒸發(fā)器傳熱系數(shù)蒸發(fā)器傳熱系數(shù)K值，除上述按公式計(jì)算外，比值，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)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)(六六)單效真空蒸發(fā)器計(jì)算單效真空蒸發(fā)器計(jì)算l單效真空蒸發(fā)器單效真空蒸發(fā)器 的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 項(xiàng)目主

38、要有：項(xiàng)目主要有： 1 1蒸發(fā)量蒸發(fā)量 2 2熱蒸汽消耗量熱蒸汽消耗量 3 3傳熱面積。傳熱面積。 l1 1蒸發(fā)量蒸發(fā)量 W1：取濃縮過(guò)程中質(zhì)量不變的物質(zhì)取濃縮過(guò)程中質(zhì)量不變的物質(zhì)-絕對(duì)絕對(duì) 干固體為計(jì)算基準(zhǔn)干固體為計(jì)算基準(zhǔn)設(shè)：設(shè)：S-S-原料液量，原料液量，kg/s:kg/s: B B。-原料液中的固體含量原料液中的固體含量% % W W1 1- - 水分蒸發(fā)量，水分蒸發(fā)量，kg,/S:kg,/S: B B1 1-濃縮液的固體含量濃縮液的固體含量% %l 則有則有：2加熱蒸汽消耗量（沸點(diǎn)進(jìn)料）加熱蒸汽消耗量（沸點(diǎn)進(jìn)料） KgKg /s /s 式中：式中：Q - Q - 傳熱速率傳熱速率 J/

39、s J/s L Lv v - - 汽化潛熱汽化潛熱 KJ/Kg KJ/Kg 3 3傳熱面積傳熱面積 :蒸發(fā)傳熱面積的計(jì)算仍根據(jù)傳蒸發(fā)傳熱面積的計(jì)算仍根據(jù)傳熱基本方程式。熱基本方程式。 A=Q/(K T) m2 式中：式中： K-傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)習(xí)題習(xí)題1l蕃茄汁在單效薄膜式蒸發(fā)器中從固體含蕃茄汁在單效薄膜式蒸發(fā)器中從固體含量量12%濃縮至濃縮至28%。蕃茄汁已經(jīng)預(yù)熱到。蕃茄汁已經(jīng)預(yù)熱到最高許可溫度最高許可溫度60后進(jìn)料。采用加熱蒸后進(jìn)料。采用加熱蒸汽為壓力汽為壓力0.7公斤公斤/厘米厘米2(表壓表壓)的飽和水蒸的飽和水蒸氣。設(shè)蒸發(fā)傳熱面積為氣。設(shè)蒸發(fā)傳熱面積為0.4m2，傳熱系數(shù)，傳熱系數(shù)為為

40、1500W/ m2.K，試近似估算蒸汽消耗，試近似估算蒸汽消耗量和原料量。量和原料量。 l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=K1A1t1=15000.4(114.5-60)=32700J/sl計(jì)算蒸汽消耗量 D1=Q1/Lv=32700/2210000=0.0148kg/s=53.3Kg/hl計(jì)算蒸發(fā)量 (查得60下水的汽化潛熱LV=2304 kJ/kg ) W1=Q1/LV=32700/2340000=0.014kg/s=50.3kg/hl計(jì)算原料液流量

41、： hkgBBWS/88281213 .501101二、多效蒸發(fā)二、多效蒸發(fā)(一一)多效蒸發(fā)的定義和特點(diǎn)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)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。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)。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、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)。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對(duì)于單效或多效蒸發(fā)，最后一效的二次蒸汽通常用冷

42、卻水冷凝的方法來(lái)排除，所以冷凝器是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。蒸發(fā)設(shè)備的重要組成部分。2、多效蒸發(fā)的特點(diǎn)、多效蒸發(fā)的特點(diǎn)提高了熱能的經(jīng)濟(jì)性。提高了熱能的經(jīng)濟(jì)性。按單效蒸發(fā)的結(jié)論，按單效蒸發(fā)的結(jié)論，1千克加熱蒸汽可以蒸千克加熱蒸汽可以蒸發(fā)大約發(fā)大約l千克二次蒸汽，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)大約汽時(shí)，同樣在第二效中又可蒸發(fā)大約l千克千克的二次蒸汽。的二次蒸汽。以此類推，以此類推，n效串聯(lián)蒸發(fā)操作，效串聯(lián)蒸發(fā)操作，1千克加熱生千克加熱生蒸汽則可蒸發(fā)約蒸汽則可蒸發(fā)約n千克的二

43、次蒸汽。千克的二次蒸汽。l多效蒸發(fā)圖多效蒸發(fā)圖（降膜蒸發(fā)器機(jī)組）降膜蒸發(fā)器機(jī)組）(二二)多效蒸發(fā)裝置的設(shè)備流程多效蒸發(fā)裝置的設(shè)備流程l多效蒸發(fā)操作的加料可有四種不同的方多效蒸發(fā)操作的加料可有四種不同的方法法:料液與蒸汽成順流的方法，稱順流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)稱混流法組合上述備種方法的方法，簡(jiǎn)稱混流法 l順流法順流法l逆流法逆流法l平流法平流法 混流法混流法l對(duì)于效數(shù)多的蒸發(fā)也搞采用順流和逆流對(duì)于效數(shù)多的蒸發(fā)也搞采用順流和逆流并用

44、，有些效間用順流，有些效間用逆并用，有些效間用順流，有些效間用逆流。流。l此法起協(xié)調(diào)順流和逆流的優(yōu)缺點(diǎn)的作用，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，料液黏度隨濃度而顯著增加的場(chǎng)合下，可以采用此法?？梢圆捎么朔ā?l額外蒸汽的運(yùn)用額外蒸汽的運(yùn)用 (三三) 多效蒸發(fā)的溫差分配多效蒸發(fā)的溫差分配l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。l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 l若每效無(wú)溫差損失，對(duì)n

45、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 l在溫差損失不能忽略的情況下，在溫差損失不能忽略的情況下， 總有效總有效溫差必小于總溫差，其差值即為總溫差損溫差必小于總溫差，其差值即為總溫差損失。即失。即 l式中式中 為為n效溫差損失之和，即：效溫差損失之和，即：l當(dāng)有效總溫差確定之后，此溫差必須分配當(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：到各效，并滿足各效的傳熱方程，即：l由此可得有效溫差分配所必須遵循的如下比例由此可得有效溫差分配所必須遵循的如下比例關(guān)系：關(guān)系：確定各效的有效溫差，需另加特定的限制原則確定各效的有效溫差，需另加特定的限

46、制原則 各效等面積原則；各效等面積原則；相鄰效間等壓差原則（確定各效壓力及其對(duì)應(yīng)的飽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）；和溫度）；各效蒸發(fā)量按經(jīng)驗(yàn)比例法各效蒸發(fā)量按經(jīng)驗(yàn)比例法其他特殊的限制（最高蒸發(fā)溫度的限制對(duì)于熱敏食其他特殊的限制（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。品的濃縮，常規(guī)定蒸發(fā)溫度的安全極限。 （四）多效蒸發(fā)的計(jì)算（四）多效蒸發(fā)的計(jì)算l多效蒸發(fā)的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算項(xiàng)目主要包括多效蒸發(fā)的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算項(xiàng)目主要包括l(1) 水分總蒸發(fā)量和各效蒸發(fā)量水分總蒸發(fā)量和各效蒸發(fā)量l(2) 加熱蒸汽消耗量加熱蒸汽消耗量;l(3) 各效傳熱面積。各效傳熱面積。

47、(1)總蒸發(fā)量的計(jì)算總蒸發(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)蒸發(fā)操作時(shí)，如無(wú)額外蒸汽抽出，因各效蒸發(fā)量大致相等量大致相等Q1Q2； T1= T2=（T1一一Tk）/2 由此可見(jiàn)，如果單效設(shè)備的傳熱面積與雙效的由此可見(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)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。量就大致等于雙效的全部蒸發(fā)量。 l水分總蒸發(fā)量為各效蒸發(fā)量之和水分總

48、蒸發(fā)量為各效蒸發(fā)量之和 WW1+W2+Wn (kg/s) 對(duì)溶液中固體進(jìn)行物料衡算：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：由此得出總蒸發(fā)量： W=S(1-B0/Bn) (kg/s)l已知各效汁汽量已知各效汁汽量E1、E2.En和末效蒸發(fā)量和末效蒸發(fā)量Wn，計(jì)算蒸發(fā)水量。計(jì)算蒸發(fā)水量。 Wn = En Wn-1= En-1+En W2= E2+ E3+ E4+ En W1=E1+ E2+ E3+ E4+ En總蒸發(fā)水量：總蒸發(fā)水量：W=W1+ W2+ Wn-1+ Wn =n En +(n-1) En-1+2E

49、2+E1蒸汽消耗量蒸汽消耗量l升溫耗熱量：液體在沸點(diǎn)以下進(jìn)入蒸發(fā)罐，加升溫耗熱量：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。熱至沸騰溫度所需熱量也稱顯熱。 Q1=S0C0(t沸沸-t1)l汽化耗熱量：物料進(jìn)入蒸發(fā)罐升溫至沸點(diǎn)后，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耗的熱量也稱為潛熱Q2=W rl熱損失熱損失 Q損損0.05(Q1+ Q2)l加熱蒸汽消耗量加熱蒸汽消耗量 D=Q/Lv各效傳熱面積的計(jì)算各效傳熱面積的計(jì)算l各效傳熱面積的計(jì)算各效傳熱面積的計(jì)算 第四節(jié)第四節(jié) 蒸汽再壓

50、縮蒸發(fā)蒸汽再壓縮蒸發(fā)提高經(jīng)濟(jì)性措施：提高經(jīng)濟(jì)性措施：多效蒸發(fā)代替單效蒸發(fā)多效蒸發(fā)代替單效蒸發(fā)蒸汽再壓縮方法。蒸汽再壓縮方法。一、蒸汽再壓縮的基本概念和原理一、蒸汽再壓縮的基本概念和原理l1、蒸汽再壓縮方法的定義：設(shè)法使蒸發(fā)、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)于原來(lái)的水蒸氣的狀態(tài)，作為熱源，進(jìn)行加熱的方法。行加熱的方法。2 2、蒸汽再壓縮蒸汽再壓縮節(jié)能的原理節(jié)能的原理假定：假定：將絕對(duì)壓力為將絕對(duì)壓力為1.741.7410105 5N/mN/m2 2，溫度為，溫度為1l6 1l6 的飽和水蒸氣送入

51、蒸發(fā)器，用以濃縮在大氣壓的飽和水蒸氣送入蒸發(fā)器，用以濃縮在大氣壓下沸點(diǎn)為下沸點(diǎn)為100100的液體，并假定冷凝水離開(kāi)的溫的液體，并假定冷凝水離開(kāi)的溫度為度為104104。因因116116飽和水蒸氣的焓值為飽和水蒸氣的焓值為2700kJ/kg2700kJ/kg，104104冷凝水的焓值為冷凝水的焓值為435kJ/Kg435kJ/Kg，若將此冷凝水送回鍋爐房，則每千克冷凝水至少要若將此冷凝水送回鍋爐房，則每千克冷凝水至少要加入加入2265kJ/kg2265kJ/kg的熱量，才能得到與原來(lái)加熱蒸汽同的熱量，才能得到與原來(lái)加熱蒸汽同樣的飽和水蒸氣。樣的飽和水蒸氣。而焓值為而焓值為l00l00下飽和水蒸

52、氣的焓值下飽和水蒸氣的焓值2670kJ/kg2670kJ/kg，與，與原加熱蒸汽焓值相差原加熱蒸汽焓值相差30kJ/Kg 30kJ/Kg 。所以將此所以將此lkglkg二次蒸汽在回復(fù)到二次蒸汽在回復(fù)到lkglkg原來(lái)狀態(tài)的水原來(lái)狀態(tài)的水蒸氣，僅需加入蒸氣，僅需加入30kJ/kg30kJ/kg的熱最即可。的熱最即可。二、壓縮二次蒸汽的方法二、壓縮二次蒸汽的方法l機(jī)械再壓縮法機(jī)械再壓縮法l蒸汽噴射再壓縮法蒸汽噴射再壓縮法(熱再壓縮法熱再壓縮法)l熱泵循環(huán)再壓縮法熱泵循環(huán)再壓縮法1 1、機(jī)械再壓縮蒸發(fā)、機(jī)械再壓縮蒸發(fā)l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)的絕熱壓縮是利用機(jī)械壓縮機(jī)的絕熱壓縮來(lái)

53、實(shí)現(xiàn)。來(lái)實(shí)現(xiàn)。l由于此法每蒸發(fā)由于此法每蒸發(fā)1噸水分約耗電噸水分約耗電2946kWh，只，只適用于電力發(fā)達(dá)而電費(fèi)便宜的場(chǎng)合。適用于電力發(fā)達(dá)而電費(fèi)便宜的場(chǎng)合。l另外，機(jī)械再壓縮蒸發(fā)只適用于粘度低的稀溶另外，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)。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，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。就不宜采用。2 2、熱再壓縮法、熱再壓縮法l機(jī)械再壓縮中的壓縮機(jī)，如用蒸汽噴射器代替機(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)，所使用的蒸汽機(jī)械壓縮則稱為熱再壓縮

54、蒸發(fā)，所使用的蒸汽噴射器稱為升壓泵。噴射器稱為升壓泵。l升壓泵的作用與蒸汽噴射真空泵不同之點(diǎn)在于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)壓管壓縮其吸入氣為水蒸氣而由擴(kuò)壓管壓縮.相當(dāng)于相當(dāng)于lkg工工作蒸汽所吸入的二次蒸汽量，稱為抽氣系數(shù)作蒸汽所吸入的二次蒸汽量，稱為抽氣系數(shù)， 則則 式中：式中： GX-被吸入的二次蒸汽量被吸入的二次蒸汽量 G工作工作-工作蒸汽量消耗量工作蒸汽量消耗量升壓泵送入蒸發(fā)器加熱室的蒸汽量升壓泵送入蒸發(fā)器加熱室的蒸汽量D加熱加熱等于被吸入等于被吸入的二次蒸汽量和工作蒸汽量之和的二次蒸汽量和工作蒸汽量之和 D加熱加熱 =G工作工作GX。將。將GX=

55、G工作工作代入得：代入得： 或或上式表示采用熱再壓縮法的經(jīng)濟(jì)程度。上式表示采用熱再壓縮法的經(jīng)濟(jì)程度。一般而言，一般而言，的數(shù)值根據(jù)蒸發(fā)壓力而定。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)工作蒸汽的壓力為對(duì)于許多低溫操作，當(dāng)工作蒸汽的壓力為8l0atm時(shí)，時(shí)，約等于約等于l，其經(jīng)濟(jì)程度為，其經(jīng)濟(jì)程度為:G/D=1/(1+) =0.5 即每小時(shí)蒸發(fā)即每小時(shí)蒸發(fā)l噸水分的設(shè)備，約需工作蒸汽半噸。噸水分的設(shè)備，約需工作蒸汽半噸。當(dāng)當(dāng)=2時(shí)，則每蒸發(fā)時(shí)，則每蒸發(fā)1噸水分僅需工作蒸汽噸水分僅需工作蒸汽1/3噸。噸。 3、熱泵循環(huán)再壓縮法、熱泵循環(huán)再壓縮法l采用上述兩種方法直接壓縮二次蒸汽時(shí)，如果采用上述兩種方法直接壓縮二次蒸汽時(shí)，如果蒸發(fā)需要在極低的溫度和壓力下進(jìn)行時(shí)，則被蒸發(fā)需要在極低的溫度和壓力下進(jìn)行時(shí)，則被壓縮的蒸汽體積很大，因而就不經(jīng)濟(jì)。壓縮的蒸汽體積很大，因而就不經(jīng)濟(jì)。l熱泵蒸發(fā)器就是為解決這一問(wèn)題而設(shè)計(jì)的，其熱泵蒸發(fā)器就是為解決這一問(wèn)題而設(shè)計(jì)的，其實(shí)質(zhì)是將蒸發(fā)操作與制冷循環(huán)結(jié)合起來(lái)。實(shí)質(zhì)是將蒸發(fā)操作與制冷循環(huán)結(jié)合起來(lái)。 l根據(jù)熱泵蒸發(fā)系統(tǒng)中冷凍機(jī)的制冷劑是直接與根據(jù)熱泵蒸發(fā)系統(tǒng)中冷凍機(jī)的制冷劑是直接與被濃縮料液進(jìn)行熱交換，或是通過(guò)中間冷凝與被濃縮料液進(jìn)行熱交換，或是通過(guò)中間冷凝與它進(jìn)行熱交換，而分為直接熱泵蒸發(fā)器和間接它進(jìn)行熱交換，而分為直接