食品工程原理第五章 蒸發(fā)

第五章蒸發(fā)掌握蒸發(fā)濃縮的操作原理、特點(diǎn)及其工藝計(jì)算方法；熟悉單效真空的工藝設(shè)備的配置；了解多效蒸發(fā)流程及計(jì)算原理。本章重點(diǎn)和難點(diǎn)：一、蒸發(fā)的定義

使含有不揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸氣，從而使溶液中溶質(zhì)濃度提高的單元操作稱(chēng)為蒸發(fā)，所用的設(shè)備稱(chēng)為蒸發(fā)器。第一節(jié)概述蒸發(fā)的根本過(guò)程加熱室是蒸發(fā)器中冷、熱流體進(jìn)行熱交換的場(chǎng)所。水分汽化產(chǎn)生二次蒸汽的場(chǎng)所為別離室。為了保證蒸發(fā)的正常進(jìn)行，必須連續(xù)不斷地將二次蒸汽抽走，以維持二次蒸汽壓強(qiáng)及溶液溫度的穩(wěn)定。1—加熱室

2—中央循環(huán)管

3—二次蒸汽室4—除沫器

5—冷凝器

二、加熱蒸氣和二次蒸氣蒸發(fā)需要不斷的供給熱能。工業(yè)上采用的熱源通常為水蒸氣，而蒸發(fā)的物料大多是水溶液，蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生的蒸氣也是水蒸氣。為了易于區(qū)別，前者稱(chēng)為加熱蒸氣或生蒸氣，后者稱(chēng)為二次蒸氣。三、分類(lèi)1、按操作室壓力分：常壓、加壓、真空〔減壓〕蒸發(fā)真空蒸發(fā)的特點(diǎn)如下：〔1〕在加熱蒸汽溫度不變的情況下，真空蒸發(fā)使物料的沸點(diǎn)下降，從而加大了傳熱的溫差；〔2〕由于物料的沸點(diǎn)降低，可以利用低溫低壓的蒸汽作為熱源，有利于節(jié)能；〔3〕低溫防止了熱敏性物料的變性和分解，但增大了溶液的粘度，使傳熱系數(shù)降低。單效蒸發(fā)：將二次蒸氣不在利用而直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸發(fā)操作。多效蒸發(fā)：假設(shè)將二次蒸氣通到另一壓力較低的蒸發(fā)器作為加熱蒸氣，那么可提高加熱蒸氣〔生蒸氣〕的利用率，這種串聯(lián)蒸發(fā)操作稱(chēng)為多效蒸發(fā)。2、按二次蒸氣的利用情況分：?jiǎn)涡Ш投嘈д舭l(fā)四、作為一種傳熱過(guò)程，蒸發(fā)具有以下特點(diǎn)：〔1〕一側(cè)沸騰，另一側(cè)冷凝，T，t均為常數(shù)；〔2〕溶液沸點(diǎn)高于溶劑沸點(diǎn)〔溫差損失〕；〔3〕必須除去二次蒸汽夾帶的霧沫；〔4〕必須考慮溶液的飽和度、粘度等物性；〔5〕汽化耗能很大。第二節(jié)單效蒸發(fā)

一、溶液的沸點(diǎn)升高和溫度差損失〔一〕蒸發(fā)器的視傳熱溫差和溫差損失加熱蒸汽溫度T和二次蒸汽溫度T’之差稱(chēng)為視傳熱溫差Dt’：Dt’=T-T’溶液真正的沸點(diǎn)要高于二次蒸汽的溫度，所以蒸發(fā)器的有效傳熱溫差Dtm要小于視傳熱溫差。視傳熱溫差Dt’與有效傳熱溫差Dtm之差值稱(chēng)為溫差損失D：Dtm=Dt’-D

〔二〕溶液的沸點(diǎn)升高蒸發(fā)器內(nèi)的溶液沸點(diǎn)高于二次蒸汽的溫度，這種現(xiàn)象稱(chēng)為溶液的沸點(diǎn)升高。造成溶液沸點(diǎn)升高的原因有兩個(gè)，一是溶液蒸氣壓降低〔D’〕，另一是液體靜壓頭〔D’’〕：D=D’+D〞1．溶液蒸氣壓降低而導(dǎo)致的沸點(diǎn)升高D’由于難揮發(fā)溶質(zhì)的存在，使溶液的蒸氣壓降低，從而導(dǎo)致沸點(diǎn)升高。一般而言，非電解質(zhì)溶液的沸點(diǎn)升高遠(yuǎn)小于電解質(zhì)溶液的沸點(diǎn)升高。純水溶液D’=tA-T’〔1〕吉辛科公式D’=fD’0

0.1MPa下不同濃度蔗糖溶液的沸點(diǎn)升高D’0濃度/％010203040506070沸點(diǎn)升高/℃00.10.30.71.22.03.35.4[例6-1]蒸發(fā)器中的蔗糖溶液質(zhì)量濃度為50％，蒸發(fā)的操作壓強(qiáng)〔絕對(duì)〕為0.7bar，相應(yīng)的水的沸點(diǎn)〔二次蒸汽溫度〕為90℃。問(wèn)該溶液濃度效應(yīng)的沸點(diǎn)升高是多少？解：由飽和水蒸汽性質(zhì)表查得，在壓強(qiáng)〔絕對(duì)〕為0.7bar時(shí)，水的汽化熱r’為2283kJ/kg，那么校正系數(shù)f為：由表得，1大氣壓下50％的蔗糖溶液的濃度效應(yīng)沸點(diǎn)升高值D’0為2℃，于是有：

D’=fD’0=0.935×2=1.87℃〔2〕杜林法那么某溶液在兩種不同壓強(qiáng)下的沸點(diǎn)差與另一溶液〔標(biāo)準(zhǔn)液體〕在此兩壓強(qiáng)下的沸點(diǎn)差之比為一常數(shù)。t’A=k(t’w-tw)+tA=kt’w+m

對(duì)NaOH水溶液k=1+0.142wm=150.75w2-2.71wNaOH水溶液的杜林線圖2.溶液靜壓強(qiáng)引起的沸點(diǎn)升高D“平均壓強(qiáng)pm=p’+rgh/2由p’求得相應(yīng)的沸點(diǎn)tp，由pm求得相應(yīng)的沸點(diǎn)tpmD”=tpm-tp

對(duì)于水溶液

如果不知道p而只知道T’，那么可以由下式求得p：p=133.3e[18.3036-3816.44/(227.03+T’)][例6-2]某食品廠用標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器濃縮果汁。蒸發(fā)器內(nèi)的果汁密度為1100kg/m3，蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽的溫度為75℃。假設(shè)器內(nèi)果汁的靜止液位在加熱管的1m處，試求靜壓效應(yīng)的沸點(diǎn)升高D’’。解：p=133.3e[18.3036-3816.44/(227.03+75)]=38568Pa75℃→pPm→？℃[例6-3]糖廠多效蒸發(fā)系統(tǒng)的末效蒸發(fā)器內(nèi)的糖漿平均濃度為60oBx〔即濃度為60％〕，糖漿密度為1260kg/m3，該效蒸發(fā)器的二次蒸汽溫度為76℃，加熱蒸汽溫度為92℃，蒸發(fā)器內(nèi)的液位在靜止時(shí)蓋過(guò)的加熱管長(zhǎng)度為1m。假設(shè)蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)為900W/(m2?K)，蒸發(fā)器的傳熱面積為750m2。試問(wèn)該蒸發(fā)器的傳熱速率是多少？

D’=fD’0=0.85×3.3=2.8℃

解：蒸發(fā)器的視溫差Dt’=92-76=16℃在1大氣壓下，濃度為60％蔗糖溶液的濃度效應(yīng)沸點(diǎn)升高為3.3℃，76℃水的汽化潛熱r’為2319kJ/kg，那么：

p=133.3e[18.3036-3816.44/(227.03+76)]=40211Pa

Dtm=Dt’-D’-D〞=16-2.8-3.47=9.73℃Q=KSDtm=900×750×9.73=6.57×106W76℃→pPm→？℃

采用多效蒸發(fā)時(shí)，二次蒸氣在離開(kāi)前一效蒸發(fā)室流往后一效加熱室的過(guò)程中要克服管道的流動(dòng)阻力，從而導(dǎo)致蒸汽溫度下降。此項(xiàng)溫度差損失與蒸汽的流速、物性和管道的尺寸有關(guān)，一般取0.5~1.5℃。3.管道阻力損失引起的溫度損失D’”各效間取1℃

，末效至冷凝器間取1~1.5℃

〔1〕因溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失Δ′；（3）因管路流體阻力而引起的溫度差損失?！?〕因加熱管內(nèi)液柱靜壓強(qiáng)而引起的溫度差損失Δ″；總溫度差損失為：蒸發(fā)過(guò)程中引起溫度差損失的原因有：?jiǎn)涡д舭l(fā)的計(jì)算工程有：〔1〕蒸發(fā)量；〔2〕加熱蒸氣消耗量；〔3〕蒸發(fā)器的傳熱面積通常生產(chǎn)任務(wù)中的工程有：〔1〕原料液流量、組成與溫度；〔2〕完成液組成；〔3〕加熱蒸氣壓強(qiáng)或溫度；〔4〕冷凝器的壓強(qiáng)或溫度。二、單效蒸發(fā)的計(jì)算加熱室蒸發(fā)室F,x0,t0,h0D,T,HW,T’,H’D,T,hw(F-W),x1t1,h1QL式中F—原料液流量

W—蒸發(fā)量

x0—原料液的質(zhì)量組成

x1—完成液的組成對(duì)單效蒸發(fā)器作溶質(zhì)衡算，得（5-12）1蒸發(fā)量w蒸發(fā)操作中，加熱蒸氣的熱量一般用于將溶液加熱至沸點(diǎn)，將水分蒸發(fā)為蒸氣以及向周?chē)⑹У臒崃?。?duì)于某些溶液，如CaCl2、NaOH、H2SO4等水溶液稀釋時(shí)釋放出熱量，那么當(dāng)其蒸發(fā)濃縮時(shí)應(yīng)考慮供給和稀釋熱相當(dāng)?shù)臐饪s熱。2加熱蒸氣消耗量D式中D——加熱蒸氣的消耗量,kg/h

H——加熱蒸氣的焓,kJ/kgh0——原料液的焓,kJ/kg

H’——二次蒸氣的焓,kJ/kgh1——完成液的焓,kJ/kg

hw——冷凝水的焓,kJ/kgQL——熱損失,kJ/h（5-13）對(duì)單效蒸發(fā)器作物料的熱量衡算，得（5-14）2.1溶液稀釋熱不可忽略時(shí)假設(shè)加熱蒸氣的冷凝液在蒸氣的飽和溫度下排除，那么式中r——加熱蒸氣的汽化熱，kJ/kg稀釋熱不可忽略時(shí)，溶液的焓可由專(zhuān)用的焓濃圖查得。那么上式變?yōu)椋?-14a）H-hw=r溶液的稀釋熱可以忽略時(shí)，溶液的焓可由比熱算出，即h0=cp0(t-0)=cp0t0〔5-15〕h1=cp1(t-0)=cp1t1〔5-16〕hw=cpw(t-0)=cpwtw〔5-17〕代入蒸發(fā)器物料的熱量衡算式中，那么有D(H-cpwT)=WH’+(F-W)cp1t1-Fcp0t0+QL（5-18）2.2溶液的稀釋熱可以忽略時(shí)計(jì)算溶液比熱的經(jīng)驗(yàn)公式為：Cp=cpw(1-x)+cpBx〔5-19〕

式中Cp——溶液的比熱,kJ/(kg?℃);

Cpw——純水的比熱,kJ/(kg?℃);

CpB——溶質(zhì)的比熱,kJ/(kg?℃).當(dāng)x<0.2時(shí)，上式簡(jiǎn)化為：Cp=cpw(1-x)〔5-19a〕為簡(jiǎn)化計(jì)算，上式中完成液的比熱可用原料液的比熱表示。聯(lián)立上兩式，得(cp0-cpw)x1=(cp1-cpw)x0〔5-20〕計(jì)算原料液及完成液的比熱可分別寫(xiě)成：

Cp0=cpw(1-x0)+cpBx0=cpw-(cpw-cpB)x0Cp1=cpw(1-x1)+cpBx1=cpw-(cpw-cpB)x1上式即為完成液比熱與原料液比熱間的關(guān)系式。Fx0=(F-W)x1

(cp0-cpw)x1=(cp1-cpw)x0(F-W)cp1=Fcp0-Wcpw〔5-21〕將式5-21代入5-18，并整理得：（5-22）由于H-cpwT≈r(5-23)

H?-cpwt1≈r′(5-24)

式中r——加熱蒸氣的汽化熱，kJ/kg；

r′——二次蒸氣的汽化熱，kJ/kg。將上兩式代入式5-22，并簡(jiǎn)化得：上式說(shuō)明加熱蒸氣的熱量用于將原料液加熱到沸點(diǎn)、蒸發(fā)水分以及向周?chē)臒釗p失。

Q=Dr=Wr′+Fcp0(t1-t0)+QL（5-25）假設(shè)原料液預(yù)熱至沸點(diǎn)再進(jìn)入蒸發(fā)器，且忽略熱損失，上式簡(jiǎn)化為：（5-25a）（5-26）式中e——蒸發(fā)1kg水分時(shí)，加熱蒸氣的消耗量，稱(chēng)為單位蒸氣耗量，kg/kg。單效蒸發(fā)操作中e≈1，每蒸發(fā)1kg的水分約消耗1kg的加熱蒸氣〔由于蒸汽的汽化熱隨壓強(qiáng)變化不大，即r≈r′〕；實(shí)際蒸發(fā)操作中e值約為1.1或更大；〔1〕溫度差的損失的存在；〔2〕二次蒸汽的氣化潛熱總是大于加熱蒸汽的氣化潛熱。

e值是衡量蒸發(fā)裝置經(jīng)濟(jì)程度的指標(biāo)。3單位蒸氣消耗量蒸發(fā)器的傳熱面積由傳熱速率公式計(jì)算，即：式中S0——蒸發(fā)器的傳熱面積，m2

K0——基于外面積的總傳熱系數(shù)；kw/(m2?℃)

Δtm——平均溫度差，℃

Q——蒸發(fā)器的熱負(fù)荷，即蒸發(fā)器的傳熱速率，kw。注意：假設(shè)加熱蒸氣的冷凝水在飽和溫度下排除，那么s0可根據(jù)式5-27直接算出，否那么應(yīng)分段計(jì)算。下面按前者情況進(jìn)行討論。（5-27）3.1傳熱面積S0在蒸發(fā)過(guò)程中，加熱兩側(cè)流體均處于恒溫、變相狀態(tài)下，故：

Δtm=T-t（5-28）式中T——加熱蒸氣的溫度，℃；

t——操作條件下溶液的沸點(diǎn)，℃。3.1.1平均溫度差Δtm垢層熱阻值可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)值估算。管外側(cè)的蒸氣冷凝傳熱系數(shù)可按膜式冷凝傳熱系數(shù)公式計(jì)算，管內(nèi)側(cè)溶液沸騰傳熱系數(shù)那么按管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式計(jì)算。式中a——對(duì)流傳熱系數(shù)，W/(m2?℃)

d——管徑，m

Ri——垢層熱阻，m2?℃/W

b——管壁厚度，m

λ——管材的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m?℃)

下標(biāo)i表示管內(nèi)側(cè)、o表示外側(cè)、m表示平均。（5-29）3.1.2基于傳熱外面積的總傳熱系數(shù)K0假設(shè)加熱蒸氣的冷凝水在飽和溫度下排除，且忽略熱損失，那么蒸發(fā)器的熱負(fù)荷為：上面算出的傳熱面積，應(yīng)視具體情況選用適當(dāng)?shù)钠桨蚕禂?shù)加以校正。Q=Dr(5-30)3.2蒸發(fā)器的熱負(fù)荷Q例題有一傳熱面積為30m2的單效蒸發(fā)器，將35℃，濃度為20%〔質(zhì)量〕的NaOH溶液濃縮至50%〔質(zhì)量〕。加熱用飽和水蒸氣的壓力為294kN/m2〔絕壓〕，蒸發(fā)室內(nèi)壓力為19.6kN/m2〔絕壓〕，溶液的沸點(diǎn)為100℃，又蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)為1000W/m2?k,熱損失可取為傳熱量的3%，試計(jì)算加熱蒸氣消耗量D和料液處理量F。解：根據(jù)加熱蒸氣壓力和二次蒸氣壓力，由蒸氣表查得：294kN/m2〔絕壓〕時(shí)：蒸氣焓H=2728kJ/kg冷凝水的焓hw=556.5kJ/kg汽化熱r=2171.5kJ/kg溫度T=132.9℃19.6kN/m2〔絕壓〕時(shí)：蒸氣的焓H*=2605kJ/kg飽和溫度T′=59.7℃二次蒸氣的焓H′=2605+1.88×(100-59.7)=2681kJ/kg,(1.88為水蒸氣的比熱,kJ/kg·k)(1)加熱蒸氣消耗量D

由傳熱速率方程得：

Q=KA(T-t)=1000×30×(132.9-100)=9.87×105w/m2·℃(2)

料液流量F

DH+Fh0=WH′+(F-W)h1+Dhw+QL式中是D、H、H′、hw量，根據(jù)料液、完成液的溫度和濃度查圖得，原料液的焓h0=120kJ/kg，完成液的焓h1=540kJ/kg又QL=0.03Q=0.03×9.87×105=29.6kw代入數(shù)據(jù)0.445×2728+120F=2681W+540(F-W)+0.455×556.5+29.6F=0.56kg/sW=0.34kg/s整理后，得420F+2141W=958.4(3)

不考慮溶液的濃縮熱時(shí)，求料液流量。溶質(zhì)的比熱CB=2.01kJ/kg·kD(H-cpwT)=WH′+(F-W)cp1t1-Fcp0to+QLCp0=4.187×(1-0.2)+2.01×0.2=3.75kJ/kg·kCp1=4.187×(1-0.5)+2.01×0.5=3.1kJ/kg·k那么有0.455×(2728-556.5)=(F-W)×3.1×100+2681W+29.6-F×3.75×35178.7F+2371W=958.4將W=0.6F代入，解得F=0.6kg/sW=0.36kg/s此例的2、3兩項(xiàng)計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，蒸發(fā)面積相同時(shí)，不考慮濃縮熱所得料液處理量要比實(shí)際情況約高6%。注意：如果缺乏溶液在不同溫度和濃度下焓的數(shù)據(jù)，對(duì)于有明顯濃縮熱的物料，可先按一般物料來(lái)處理，即先不考慮濃縮熱的影響進(jìn)行計(jì)算后，再校正。蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力用單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的水分量，即蒸發(fā)量表示。其生產(chǎn)能力的大小取決于通過(guò)傳熱面積的傳熱速率Q，因此也可以用蒸發(fā)器的傳熱速率來(lái)衡量生產(chǎn)能力。根據(jù)傳熱速率方程得單效蒸發(fā)時(shí)的傳熱速率為：Q=KSΔt或Q=KS(T-t1)〔5-31〕三、蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度

1蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力進(jìn)料狀況影響蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力：(1)低于沸點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，需消耗局部熱量將溶液加熱至沸點(diǎn)，因而降低了生產(chǎn)能力；(2)沸點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，通過(guò)傳熱面的熱量全部用于蒸發(fā)水分，其生產(chǎn)能力有所增加；(3)高于沸點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，由于局部原料液的自動(dòng)蒸發(fā)，使生產(chǎn)能力有所增加。蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度是指單位傳熱面積上單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的水量，單位為kg/(m2·h)，常采用生產(chǎn)強(qiáng)度U作為衡量蒸發(fā)器性能的標(biāo)準(zhǔn)。若為沸點(diǎn)進(jìn)料，且忽略熱損失，則：由上式可以看出，欲提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度，必須設(shè)法提高蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)和傳熱溫度差。（5-32）2蒸發(fā)器的生產(chǎn)強(qiáng)度

傳熱溫度差主要取決于加熱蒸氣和冷凝器中二次蒸氣的壓強(qiáng)。傳熱溫度差的提高是有一定限度的，原因如下：加熱蒸氣的壓強(qiáng)越高，其飽和溫度也越高，但是加熱蒸氣常受工廠的供汽條件所限。一般為300~500kPa，有時(shí)可高達(dá)600~800kPa。提高冷凝器的真空度，使溶液的沸點(diǎn)降低，也可以加大溫度差，但是這樣不僅增加真空泵的功率消耗，而且因溶液的沸點(diǎn)降低，使粘度增高，導(dǎo)致沸騰傳熱系數(shù)下降，因此一般冷凝器中的壓強(qiáng)不低于10~20kPa。為了控制沸騰操作局限于泡核沸騰區(qū)，也不宜采用過(guò)高的傳熱溫度差。一般來(lái)說(shuō)，增大總傳熱系數(shù)是提高蒸發(fā)器生產(chǎn)強(qiáng)度的主要途徑。總傳熱系數(shù)K值取決于對(duì)流傳熱系數(shù)和污垢熱阻。蒸氣冷凝傳熱系數(shù)通常比溶液沸騰傳熱系數(shù)大，即傳熱總熱阻中，蒸氣冷凝側(cè)的熱阻較小。在蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)和操作中，必須考慮及時(shí)排除蒸氣中的不凝氣，否那么，其熱阻將大大增加，使總傳熱系數(shù)下降。多效蒸發(fā)時(shí)要求后效的操作壓強(qiáng)和溶液的沸點(diǎn)均較前效低，引入前效的二次蒸汽作為后效的加熱介質(zhì)，即后效的加熱室成為前效二次蒸汽的冷凝器，僅第一效需要消耗生蒸汽。

一般多效蒸發(fā)裝置的末效或后幾效總是在真空下操作，由于各效〔末效除外〕的二次蒸汽都作為下一效的加熱蒸汽，故提高了生蒸汽的利用率，即經(jīng)濟(jì)性。第三節(jié)多效蒸發(fā)

一、多效蒸發(fā)原理效數(shù)單效雙效三效四效五效理論最小值11/21/31/41/5實(shí)際最小值1.10.570.40.30.27表單位蒸氣消耗量錯(cuò)誤觀點(diǎn)：多效蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力是單效蒸發(fā)器的假設(shè)干倍。

蒸氣和料液的流動(dòng)方向一致，均從第一效到末效。缺點(diǎn)：沿料液流動(dòng)方向濃度逐漸增高，致使傳熱系數(shù)下降，在后二效中尤為嚴(yán)重。優(yōu)點(diǎn)：在操作過(guò)程中，蒸發(fā)室的壓強(qiáng)依效序遞減，料液在效間流動(dòng)不需用泵；料液的沸點(diǎn)依效序遞降，使前效料進(jìn)入后效時(shí)放出顯熱，供一局部水汽化；料液的濃度依效序遞增，高濃度料液在低溫下蒸發(fā)，對(duì)熱敏性物料有利。二、多效蒸發(fā)流程

1順流法原料液加熱蒸汽至冷凝器

完成液123冷凝水冷凝水冷凝水并流加料法的三效蒸發(fā)裝置流程示意圖并流加料法的三效蒸發(fā)料液與蒸氣流動(dòng)方向相反。原料由末效進(jìn)入，用泵依次輸送至前效，完成液由第一效底部取出。加熱蒸氣的流向仍是由第一效順序至末效。優(yōu)點(diǎn)：濃度較高的料液在較高溫度下蒸發(fā)，粘度不高，傳熱系數(shù)較大。缺點(diǎn)：〔1〕各效間需用泵輸送；〔2〕無(wú)自蒸發(fā)；〔3〕高溫加熱面上易引起結(jié)焦和營(yíng)養(yǎng)物的破壞。2逆流法原料液加熱蒸汽至冷凝器完成液123冷凝水冷凝水冷凝水逆流加料法的三效蒸發(fā)裝置流程示意圖效數(shù)多時(shí)，也可采用順流和逆流并用的操作，稱(chēng)為混流法，這種流程可協(xié)調(diào)兩種流程的優(yōu)缺點(diǎn)，適于粘度極高料液的濃縮。3平流法原料液分別參加各效中，完成液也分別自各效底部取出，蒸氣流向仍是由第一效流至末效。此種流程適用于處理蒸發(fā)過(guò)程中伴有結(jié)晶析出的溶液。4混流法原料液加熱蒸汽至冷凝器完成液123冷凝水冷凝水冷凝水完成液完成液平流加料法的三效蒸發(fā)裝置流程示意圖

第三節(jié)蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)：加熱室、別離器等特點(diǎn)：溶液在蒸發(fā)器內(nèi)作連續(xù)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，以提高傳熱效果、緩和溶液結(jié)垢情況。按加熱室的結(jié)構(gòu)和操作時(shí)溶液的流動(dòng)情況分：循環(huán)型〔非膜式〕和單程型〔膜式〕兩大類(lèi)。一、循環(huán)型〔非膜式〕蒸發(fā)器分類(lèi)〔引起循環(huán)運(yùn)動(dòng)的原因〕：自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)自然循環(huán)：由于溶液在加熱室不同位置上的受熱程度不同，產(chǎn)生了密度差而引起的循環(huán)運(yùn)動(dòng)；強(qiáng)制循環(huán)：依靠外加動(dòng)力迫使溶液沿一個(gè)方向作循環(huán)運(yùn)動(dòng)。1.中央循環(huán)管式蒸發(fā)器1—加熱蒸汽2—進(jìn)料3—二次蒸汽4—不凝汽5—冷凝水6—濃縮液加熱室由垂直管束組成，管束中央有一直徑較大的管子。循環(huán)產(chǎn)生的原因：粗管——降液管或中央循環(huán)管，其截面積為加熱管總截面積40—100％細(xì)管——沸騰管或加熱管，直徑Ф25—75mm，長(zhǎng)徑比20—40細(xì)管內(nèi)單位體積液體受熱面大，受熱良好，致使細(xì)管內(nèi)汽液混和物比粗管內(nèi)小，密度差促使溶液循環(huán)。1中央循環(huán)管式〔或標(biāo)準(zhǔn)式〕蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)：中央循環(huán)管式蒸發(fā)器適于處理結(jié)垢不嚴(yán)重，腐蝕性小的溶液。缺點(diǎn)：〔1〕溶液循環(huán)好，傳熱效率高；〔2〕結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便，操作可靠，應(yīng)用廣泛，有“標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器〞之稱(chēng)?！?〕完成液粘度大，沸點(diǎn)高；〔2〕加熱室不易清洗；1—冷凝水2—進(jìn)料3—二次蒸汽4—加熱蒸汽5—不凝汽6—懸筐7—循環(huán)環(huán)隙8—濃縮液2懸筐式蒸發(fā)器此蒸發(fā)器為中央循環(huán)管蒸發(fā)器的改進(jìn)。加熱蒸汽由中央蒸汽管進(jìn)入加熱室，加熱室懸掛在器內(nèi)，可取出，便于清洗及更換，循環(huán)通道由加熱室與蒸發(fā)器外殼壁面內(nèi)的環(huán)隙組成。優(yōu)點(diǎn)：〔1〕溶液循環(huán)速度較高，約在1—1.5m/s之間；〔2〕改善了加熱管內(nèi)結(jié)垢情況，并提高了傳熱速率。缺點(diǎn)：設(shè)備耗材量大，占地面大，加熱管內(nèi)溶液滯留量大。該蒸發(fā)器適用蒸發(fā)有晶體析出的溶液。2懸筐式蒸發(fā)器循環(huán)速度可達(dá)1.5m/s加熱面也可做成板式。3外熱式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：由于循環(huán)管內(nèi)的溶液未受蒸汽加熱，其密度較加熱管內(nèi)大，因此形成溶液沿循環(huán)管下降而沿加熱管上升的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，循環(huán)速度可達(dá)1.5m/s。加熱室較長(zhǎng)，其長(zhǎng)徑比為50—100；加熱室和別離室分開(kāi)。物料的運(yùn)動(dòng)：3外熱式蒸發(fā)器循環(huán)速度可達(dá)2~3m/s傳熱效果較好，但耗材料多，靜壓強(qiáng)高。1—加熱室2—沸騰室3—?jiǎng)e離室4—循環(huán)管5—擋板4列文蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：加熱室上端有一段2.7—5m的圓形筒作沸騰室，致使加熱管內(nèi)要承受較大的液柱靜壓力，溶液只有上升到沸騰室內(nèi)才能沸騰汽化，可以防止加熱管內(nèi)有晶體析出或結(jié)垢；優(yōu)點(diǎn)：循環(huán)速度〔2—3m/s〕，傳熱效果好，不會(huì)有晶體堵塞，適用于處理有晶體析出或易結(jié)垢的溶液。沸騰室上方有縱向平行隔板，可限制汽泡長(zhǎng)大。缺點(diǎn)：循環(huán)管必須保持一定高度〔7—8m〕，要求廠房高，同時(shí)耗材較多；蒸發(fā)器的液柱靜壓大，要求較高壓強(qiáng)的蒸汽才能維持一定的溫度差。4列文蒸發(fā)器循環(huán)速度2~5m/s動(dòng)力消耗

0.4~0.8kW/m2傳熱面1—加熱室2—?jiǎng)e離室3—除沫器4—循環(huán)管5—循環(huán)泵5強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)：利用外加動(dòng)力〔泵〕進(jìn)行循環(huán)，適于處理粘度大，易結(jié)晶或易結(jié)垢的溶液。缺點(diǎn)：動(dòng)力消耗大，通常為0.4—0.8kw/〔m2傳熱面〕，使用此蒸發(fā)器時(shí)加熱面受到一定限制。5強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器非膜式蒸發(fā)器的主要缺點(diǎn)是加熱室內(nèi)滯料量大，致使物料在高溫下停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不適于處理熱敏性物料。膜式蒸發(fā)器只通過(guò)加熱室一次即可到達(dá)所需濃度，停留時(shí)間短，操作時(shí)，溶液沿加熱管呈傳熱效果最正確的膜狀流動(dòng)。膜式蒸發(fā)器和非膜式蒸發(fā)器的比較：二、膜式〔單程〕蒸發(fā)器1—加熱器2—?jiǎng)e離器3—二次蒸汽4—冷凝水5—濃縮液6—加熱蒸