食品工程原理蒸發(fā)4

1、一、蒸發(fā)的定義一、蒸發(fā)的定義 二、加熱蒸氣和二次蒸氣二、加熱蒸氣和二次蒸氣 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為溶液中溶質(zhì)濃度提高的單元操作稱為蒸發(fā)蒸發(fā)，所用的設(shè)備稱為蒸，所用的設(shè)備稱為蒸發(fā)器。發(fā)器。 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，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)時產(chǎn)生的蒸氣也是水蒸氣。而蒸發(fā)的物料大多是水溶液，蒸發(fā)時產(chǎn)生的蒸氣也是水蒸氣。為了易于區(qū)別，前者稱為為了易于區(qū)別，前者稱為加熱蒸氣或生蒸氣加熱蒸氣或生蒸氣，后者稱為

2、，后者稱為二次蒸二次蒸氣氣。三、分類三、分類1、按操作室壓力分：常壓、加壓、減壓（真空）蒸發(fā)、按操作室壓力分：常壓、加壓、減壓（真空）蒸發(fā)單效蒸發(fā)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：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。除去的蒸發(fā)操作。多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)：若將二次蒸氣通到另一壓力較低的蒸發(fā)器作為：若將二次蒸氣通到另一壓力較低的蒸發(fā)器作為加熱蒸氣，則可提高加熱蒸氣（生蒸氣）的利用率，這種加熱蒸氣，則可提高加熱蒸氣（生蒸氣）的利用率，這種串聯(lián)蒸發(fā)操作稱為多效蒸發(fā)。串聯(lián)蒸發(fā)操作稱為多效蒸發(fā)。2、按二次蒸氣的利用情況分：單效和多效蒸發(fā)、按二次蒸氣的利用情況分：單效和多效

3、蒸發(fā)四、蒸發(fā)操作的特點四、蒸發(fā)操作的特點 1、傳熱性質(zhì)：、傳熱性質(zhì)：屬于壁面兩側(cè)流體均有相變化的恒溫屬于壁面兩側(cè)流體均有相變化的恒溫 傳熱過程。傳熱過程。2、溶液性質(zhì)：、溶液性質(zhì)：熱敏性、腐蝕性、結(jié)晶性、結(jié)垢性、泡沫、粘度等。熱敏性、腐蝕性、結(jié)晶性、結(jié)垢性、泡沫、粘度等。3、沸點升高：、沸點升高：當(dāng)加熱蒸氣一定時，蒸發(fā)溶液的傳熱溫度差要小于當(dāng)加熱蒸氣一定時，蒸發(fā)溶液的傳熱溫度差要小于蒸發(fā)純水的溫度差。蒸發(fā)純水的溫度差。4、泡沫挾帶：、泡沫挾帶：二次蒸氣中帶有大量泡沫，易造成物料損失和冷凝設(shè)二次蒸氣中帶有大量泡沫，易造成物料損失和冷凝設(shè)備污染。備污染。5、能源利用：、能源利用：二次蒸氣的利用是蒸

4、發(fā)操作中要考慮的關(guān)鍵問題之一。二次蒸氣的利用是蒸發(fā)操作中要考慮的關(guān)鍵問題之一。 一般來說，增大總傳熱系數(shù)是提高蒸發(fā)器生產(chǎn)強一般來說，增大總傳熱系數(shù)是提高蒸發(fā)器生產(chǎn)強度的主要途徑。度的主要途徑。l總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)K值取決于對流傳熱系數(shù)和污垢熱阻。值取決于對流傳熱系數(shù)和污垢熱阻。l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。熱阻中，蒸氣冷凝側(cè)的熱阻較小。l在蒸發(fā)器的設(shè)計和操作中，必須考慮及時排除蒸氣中的不在蒸發(fā)器的設(shè)計和操作中，必須考慮及時排除蒸氣中的不凝氣，否則，其熱阻將大大增加，使總傳熱系數(shù)下降。凝氣，否

5、則，其熱阻將大大增加，使總傳熱系數(shù)下降。 多效蒸發(fā)時要求后效的操作壓強和溶液的沸點均較前效低，多效蒸發(fā)時要求后效的操作壓強和溶液的沸點均較前效低，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。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)濟性。提高了生

6、蒸汽的利用率，即經(jīng)濟性。表表 單位蒸氣消耗量單位蒸氣消耗量 強調(diào)強調(diào)：蒸發(fā)量與傳熱量成正比，多效蒸發(fā)并沒有提高蒸發(fā)量，：蒸發(fā)量與傳熱量成正比，多效蒸發(fā)并沒有提高蒸發(fā)量，而只是節(jié)約了加熱蒸汽，其代價則是設(shè)備投資增加。在相同的而只是節(jié)約了加熱蒸汽，其代價則是設(shè)備投資增加。在相同的操作條件下，多效蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力并不比傳熱面積與其中一操作條件下，多效蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力并不比傳熱面積與其中一個效相等的單效蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力大。個效相等的單效蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力大。錯誤觀點錯誤觀點：多效蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力是單效蒸發(fā)器的若干倍。：多效蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力是單效蒸發(fā)器的若干倍。 蒸氣和料液的流動方向一致，均從第一效到末效

7、。蒸氣和料液的流動方向一致，均從第一效到末效。缺點：沿料液流動方向濃度逐漸增高，致使傳熱系數(shù)下降，在缺點：沿料液流動方向濃度逐漸增高，致使傳熱系數(shù)下降，在 后二效中尤為嚴(yán)重。后二效中尤為嚴(yán)重。優(yōu)點：優(yōu)點： 在操作過程中，蒸發(fā)室的壓強依效序遞減，料液在效在操作過程中，蒸發(fā)室的壓強依效序遞減，料液在效間流動不需用泵；間流動不需用泵；料液的沸點依效序遞降，使前效料進入后效時放出顯料液的沸點依效序遞降，使前效料進入后效時放出顯熱，供一部分水汽化；熱，供一部分水汽化；料液的濃度依效序遞增，高濃度料液在低溫下蒸發(fā)，料液的濃度依效序遞增，高濃度料液在低溫下蒸發(fā)，對熱敏性物料有利。對熱敏性物料有利。原料液原料

8、液加熱蒸汽加熱蒸汽至冷凝器至冷凝器 完成液完成液123冷凝水冷凝水冷凝水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)裝置流程示意圖 料液與蒸氣流動方向相反。原料由末效進入，用泵依次輸料液與蒸氣流動方向相反。原料由末效進入，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。第一效順序至末效。優(yōu)點：濃度較高的料液在較高溫度下蒸發(fā)，粘度不高，傳熱系優(yōu)點：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。數(shù)較大。缺點：缺點：（1 1）各效間需用泵輸送；各效間需用泵輸送； （2 2

9、）無自蒸發(fā)；無自蒸發(fā)； （3 3）高溫加熱面上易引起結(jié)焦和營養(yǎng)物的破壞。高溫加熱面上易引起結(jié)焦和營養(yǎng)物的破壞。原料液原料液加熱蒸汽加熱蒸汽至冷凝器至冷凝器 完成液完成液123冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水 效數(shù)多時，也可采用順流和逆流并用的操作，稱為混流法，效數(shù)多時，也可采用順流和逆流并用的操作，稱為混流法，這種流程可協(xié)調(diào)兩種流程的優(yōu)缺點，適于粘度極高料液的濃這種流程可協(xié)調(diào)兩種流程的優(yōu)缺點，適于粘度極高料液的濃縮?？s。 3 平流法平流法 原料液分別加入各效中，完成液也分別自各效底部取出，蒸原料液分別加入各效中，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

10、發(fā)過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)過程中伴有結(jié)晶析出的溶液。程中伴有結(jié)晶析出的溶液。4 混流法混流法原料液原料液加熱蒸汽加熱蒸汽至冷凝器至冷凝器 完成液完成液123冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水 完成液完成液 完成液完成液 第三節(jié)第三節(jié) 蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)：加熱室、分離器等蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)：加熱室、分離器等特點：溶液在蒸發(fā)器內(nèi)作連續(xù)的循環(huán)運動，以提高傳熱效果、特點：溶液在蒸發(fā)器內(nèi)作連續(xù)的循環(huán)運動，以提高傳熱效果、 緩和溶液結(jié)垢情況。緩和溶液結(jié)垢情況。按加熱室的結(jié)構(gòu)和操作時溶液的流動情況分：按加熱室的結(jié)構(gòu)和操作時溶液的流動情況分：循環(huán)型（非膜式）和單程型（膜式）兩

11、大類。循環(huán)型（非膜式）和單程型（膜式）兩大類。一、循環(huán)型（非膜式）蒸發(fā)器一、循環(huán)型（非膜式）蒸發(fā)器 分類（引起循環(huán)運動的原因）：自然循環(huán)和強制循環(huán)分類（引起循環(huán)運動的原因）：自然循環(huán)和強制循環(huán)l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，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)運動；產(chǎn)生了密度差而引起的循環(huán)運動；l強制循環(huán)：依靠外加動力迫使溶液沿一個方向作循環(huán)運動。強制循環(huán)：依靠外加動力迫使溶液沿一個方向作循環(huán)運動。加熱室由垂直管束組成，管束中央有一直徑較大的管子。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：循環(huán)產(chǎn)生的原因：粗管

12、粗管降液管或中央循環(huán)管，其截面積為加熱管總截面積降液管或中央循環(huán)管，其截面積為加熱管總截面積40100細(xì)管細(xì)管沸騰管或加熱管，直徑沸騰管或加熱管，直徑2575mm，長徑比長徑比2040 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)?；旌臀锉却止軆?nèi)小，密度差促使溶液循環(huán)。優(yōu)點：優(yōu)點：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。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：缺點：（1 1）溶液循環(huán)好，傳熱效率高；）溶液循環(huán)好，傳熱效率高；（2 2）結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便，操作可靠，應(yīng)

13、用）結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便，操作可靠，應(yīng)用 廣泛，有廣泛，有“標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器”之稱。之稱。（1 1）完成液粘度大，沸點高；）完成液粘度大，沸點高；（2 2）加熱室不易清洗；）加熱室不易清洗； 此蒸發(fā)器為中央循環(huán)管蒸發(fā)器的改進。加熱蒸汽由中央蒸汽此蒸發(fā)器為中央循環(huán)管蒸發(fā)器的改進。加熱蒸汽由中央蒸汽管進入加熱室，加熱室懸掛在器內(nèi)，可取出，便于清洗及更換，管進入加熱室，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：（優(yōu)點：（1）溶液循環(huán)速度較高，約在）溶液循環(huán)速度較高，約在11.5m/s之間；之間； （2）

14、改善了加熱管內(nèi)結(jié)垢情況，并提高了傳熱速率。）改善了加熱管內(nèi)結(jié)垢情況，并提高了傳熱速率。缺點：設(shè)備耗材量大，占地面大，加熱管內(nèi)溶液滯留量大。缺點：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。該蒸發(fā)器適用蒸發(fā)有晶體析出的溶液。結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點： 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，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)運動，循因此形成溶液沿循環(huán)管下降而沿加熱管上升的循環(huán)運動，循環(huán)速度可達(dá)環(huán)速度可達(dá)1.5m/s。加熱室較長，其長徑比為加熱室較長，其長徑比為50100；加熱室和分離室分開。加

15、熱室和分離室分開。 物料的運動：物料的運動：結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：加熱室上端有一段加熱室上端有一段2.752.75m m的圓形筒作沸騰室，致使加熱管的圓形筒作沸騰室，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，可以避免加熱管內(nèi)有晶體析出或結(jié)垢；騰汽化，可以避免加熱管內(nèi)有晶體析出或結(jié)垢；優(yōu)點：循環(huán)速度（優(yōu)點：循環(huán)速度（23m/s），），傳熱效果好，不會有晶體堵傳熱效果好，不會有晶體堵 塞，適用于處理有晶體析出或易結(jié)垢的溶液。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，可限制汽泡長大。沸騰室上方有

16、縱向平行隔板，可限制汽泡長大。缺點：缺點： 循環(huán)管必須保持一定高度（循環(huán)管必須保持一定高度（78m），），要求廠房高，要求廠房高，同時耗材較多；同時耗材較多；蒸發(fā)器的液柱靜壓大，要求較高壓強的蒸汽才能維蒸發(fā)器的液柱靜壓大，要求較高壓強的蒸汽才能維持一定的溫度差。持一定的溫度差。優(yōu)點：利用外加動力（泵）進行循環(huán)，適于處理粘度大，易優(yōu)點：利用外加動力（泵）進行循環(huán)，適于處理粘度大，易 結(jié)晶或易結(jié)垢的溶液。結(jié)晶或易結(jié)垢的溶液。缺點：動力消耗大，通常為缺點：動力消耗大，通常為0.40.8kw/（m2傳熱面），使用傳熱面），使用 此蒸發(fā)器時加熱面受到一定限制。此蒸發(fā)器時加熱面受到一定限制。非膜式蒸發(fā)器非

17、膜式蒸發(fā)器的主要缺點是加熱室內(nèi)滯料量大，致使物料在的主要缺點是加熱室內(nèi)滯料量大，致使物料在高溫下停留時間過長，不適于處理熱敏性物料。高溫下停留時間過長，不適于處理熱敏性物料。膜式蒸發(fā)器膜式蒸發(fā)器只通過加熱室一次即可達(dá)到所需濃度，停留時間只通過加熱室一次即可達(dá)到所需濃度，停留時間短，操作時，溶液沿加熱管呈傳熱效果最佳的膜狀流動。短，操作時，溶液沿加熱管呈傳熱效果最佳的膜狀流動。 膜式蒸發(fā)器和非膜式蒸發(fā)器的比較：膜式蒸發(fā)器和非膜式蒸發(fā)器的比較：結(jié)構(gòu)：加熱室由單根或多根垂直管組成，其長徑比結(jié)構(gòu)：加熱室由單根或多根垂直管組成，其長徑比100150。原理原理：原料液經(jīng)預(yù)熱至沸點或接近沸點后，由加熱室底部

18、引入：原料液經(jīng)預(yù)熱至沸點或接近沸點后，由加熱室底部引入管內(nèi)，為高速上升的二次蒸氣所帶動，沿壁面邊呈膜狀流動，管內(nèi)，為高速上升的二次蒸氣所帶動，沿壁面邊呈膜狀流動，邊進行蒸發(fā)，在加熱室頂部可達(dá)到所需的濃度，完成液由分離邊進行蒸發(fā)，在加熱室頂部可達(dá)到所需的濃度，完成液由分離室底部排出。室底部排出。 注意：溶液應(yīng)預(yù)熱至沸點或接近沸點后再引入蒸發(fā)器；二次注意：溶液應(yīng)預(yù)熱至沸點或接近沸點后再引入蒸發(fā)器；二次蒸氣在加熱管內(nèi)的速度不應(yīng)小于蒸氣在加熱管內(nèi)的速度不應(yīng)小于1010m/sm/s，一般為一般為20502050m/sm/s，減減壓下可高達(dá)壓下可高達(dá)100160100160m/sm/s。 該蒸發(fā)器適于處理

19、蒸發(fā)量大的稀溶液以及熱敏性或易生泡的該蒸發(fā)器適于處理蒸發(fā)量大的稀溶液以及熱敏性或易生泡的溶液；不適于處理高粘度、有結(jié)晶析出或易結(jié)垢的溶液。溶液；不適于處理高粘度、有結(jié)晶析出或易結(jié)垢的溶液。結(jié)構(gòu)：其加熱室與升膜式蒸發(fā)器類似。結(jié)構(gòu)：其加熱室與升膜式蒸發(fā)器類似。 為了使溶液能在壁上均勻分布，且防止二次蒸氣由加熱管頂為了使溶液能在壁上均勻分布，且防止二次蒸氣由加熱管頂端直接竄出，加熱管頂部必須設(shè)置加工良好的液體分布器。端直接竄出，加熱管頂部必須設(shè)置加工良好的液體分布器。原理：原料液由加熱室頂部加入，竟管端的液體分布器均勻原理：原料液由加熱室頂部加入，竟管端的液體分布器均勻地流入加熱管內(nèi)，在溶液自身重力作用下，溶液沿管內(nèi)壁呈地流入加熱管內(nèi)，在溶液自身重力作用下，溶液沿管內(nèi)壁呈膜狀下流，并進行蒸發(fā)。膜狀下流，并進行蒸發(fā)。 降膜式蒸發(fā)器適用于處理熱敏性物料，但不適于處理易結(jié)晶、降膜式蒸發(fā)器適用于處理熱敏性物料，但不適于處理易結(jié)晶、結(jié)垢或粘度大的溶液。結(jié)垢或粘度大的溶液。 結(jié)構(gòu)：由升膜管束和降膜管束組合而成，蒸發(fā)器底部封頭內(nèi)有結(jié)構(gòu)：由升膜管束和降膜管束組合而成，蒸發(fā)器底部封頭內(nèi)有一隔