05食品工程原理

1、第五章 蒸發(fā)Evaporation 掌握蒸發(fā)濃縮的操作原理、特點及其 工藝計算方法；熟悉單效真空的工藝設(shè)備的配置；了解多效蒸發(fā)流程及計算原理。本章重點和難點：一、蒸發(fā)的定義 1、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為蒸發(fā)，所用的設(shè)備稱為蒸發(fā)器。2、 蒸發(fā)操作的目的： 獲得濃縮的溶液直接作為化工產(chǎn)品或半成品。 脫除溶劑，將溶液增溶至飽和狀態(tài)，隨后加以冷卻，析出 固體產(chǎn)物，即采用蒸發(fā)，結(jié)晶的聯(lián)合操作以獲得固體溶質(zhì)。除雜質(zhì)，獲得純凈的溶劑。第一節(jié) 概述二、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

2、溶液，蒸發(fā)時產(chǎn)生的蒸氣也是水蒸氣。為了易于區(qū)別，前者稱為加熱蒸氣或生蒸氣，后者稱為二次蒸氣。三、分類1、按操作室壓力分：常壓、加壓、減壓（真空）蒸發(fā)2、閃蒸：閃急蒸發(fā)（flash evaporation）：是一種特殊的減壓蒸發(fā)，將熱溶液的壓力降到低于溶液溫度下的飽和壓力，則部分水將在壓力降低的瞬間沸騰汽化。優(yōu)點：避免在換熱面上生成垢層，閃蒸不需要加熱，熱量來自自身放出顯熱。3、熱泵蒸發(fā)： 提高二次蒸汽的壓力和溫度，重新用作蒸發(fā)的加熱蒸汽，稱熱泵蒸發(fā)或蒸汽再壓縮蒸發(fā)。 熱泵：消耗一部分高質(zhì)能（機械能、電能）或高溫位熱能為代價，通過熱力循環(huán)，將熱由低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體的能量利用裝置。 蒸汽噴射熱

3、泵：將二次蒸汽吸入后與高溫高壓蒸汽混合達到需加熱蒸汽的壓力和溫度。單效蒸發(fā)(single-effect evaporation)： 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)(multiple-effect evaporation)： 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，這種串聯(lián)蒸發(fā)操作稱為多效蒸發(fā)。5、間歇和連續(xù)蒸發(fā)間歇蒸發(fā)4、按二次蒸氣的利用情況分：單效和多效蒸發(fā)機械壓縮熱泵：利用壓縮機將二次蒸汽壓縮，提高其壓力和溫度，重新用作加熱蒸汽。（1） 一次進料，一次出料；（2）連續(xù)進料，一次出料； 使料液面保持不變。 蒸發(fā)器

4、內(nèi)溶液濃度、沸點、傳熱溫度差、傳熱系數(shù)等隨時間的變化而變化，非穩(wěn)態(tài)操作連續(xù)蒸發(fā)： 連續(xù)加料，連續(xù)放料，蒸發(fā)器內(nèi)溶液濃度、沸點、傳熱溫度差、傳熱系數(shù)等不隨時間的變化而變化，屬穩(wěn)態(tài)操作。四、蒸發(fā)操作的特點 1、傳熱性質(zhì)：屬于壁面兩側(cè)流體均有相變化的恒溫 傳熱過程。2、溶液性質(zhì)：熱敏性、腐蝕性、結(jié)晶性、結(jié)垢性、泡沫、粘度、揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)等。3、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蒸發(fā)純水的溫度差。4、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)備污染。5、能源利用：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。五、蒸發(fā)操作流程：蒸發(fā)過程： 加熱料液使溶劑沸騰汽化（蒸發(fā)

5、器中）不斷去除汽化產(chǎn)生的水蒸氣（冷凝器中） 不凝性氣體：料液中的溶解空氣或系統(tǒng)減壓時從周圍環(huán)境中漏入的空氣。由分離器和緩沖罐經(jīng)真空泵抽出。溶液的沸點升高：一定壓強下，溶液的沸點較純水高，兩者之差，稱為溶液的沸點升高。稀溶液或有機溶液沸點升高值較小，無機鹽溶液較大。對于同一種溶液，沸點升高值隨溶液濃度及蒸發(fā)器內(nèi)液柱高度而異，濃度越大，液柱越高，沸點升高值越大。 第二節(jié) 單效蒸發(fā)一、溶液的沸點升高和溫度差損失溶液沸點升高的計算公式：式中 溶液的沸點升高， t 溶液的沸點， T/與溶液壓強相等時水的沸點，即二次蒸氣的 飽和溫度， （5-1）傳熱溫度差損失：在一定操作壓強條件下溶液的沸點升高。式中 t

6、T 理論上的傳熱溫度差， t傳熱的有效溫度差， t 溶液的沸點， T純水在操作沸點， Ts加熱蒸氣的溫度， 計算公式為：tT =Ts-T t=Ts-t= t-T= tT- t（5-2） 傳熱溫度差損失例：用476kN/m2（絕壓）的水蒸氣作為加熱蒸汽（Ts=150 ），蒸發(fā)室內(nèi)壓力為1atm，蒸發(fā)30%的NaOH溶液，沸點為t=115 ，其最大傳熱溫度差，用tT來表示： tT=Ts-T=150-100=50有效溫度差為： t=Ts-t=150-115=35則溫度差損失為： = tT- t=（ Ts-T）-（ Ts-t）=t-T=15 即傳熱溫度差損失等于溶液的沸點與同壓下水的沸點之差。只有求得

7、，才可求得溶液的沸點t（=T+ ）和有效傳熱溫度差t （=tT- ）。例（1）因溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失；溶液中含有不揮發(fā)物質(zhì),在相同條件下,其蒸汽壓比純水的低,沸點比純水的高.（3）因管路流體阻力而引起的溫度差損失 。多效蒸發(fā)中,由于管道阻力使二次蒸汽的壓強稍有降低,溫度也相應(yīng)下降,一般約1度.（2）因加熱管內(nèi)液柱靜壓強而引起的溫度差損失；處于不同深度處的溶液受到不同的靜壓強,內(nèi)部的靜壓強比液面的高.總溫度差損失為：（5-3） 蒸發(fā)過程中引起溫度差損失的原因有：（5-4）式中 tA溶液沸點，主要與溶液的類別、濃度及操 作壓強有關(guān)。 T與溶液壓強相等時水的沸點，即二次蒸氣的 飽和溫度

8、， 在文獻和手冊中，可以查到常壓（1atm）下某些溶液在不同濃度時的沸點數(shù)據(jù)。非常壓下的溶液沸點則需計算，估算方法有兩種。1 溶液的蒸汽壓下降引起的溫度差損失式中 常壓下溶液的沸點升高，可由實驗測定的tA值 求得，； 操作條件下溶液的沸點升高，； f校正系數(shù)，無因次。其經(jīng)驗計算式為： 式中 T操作壓強下二次蒸氣的溫度，； r操作壓強下二次蒸氣的汽化熱，kJ/kg。(1)（5-5）（5-6）(2) 杜林規(guī)則 該規(guī)則認為：某溶液（或液體）在兩種不同壓力下兩沸點之差與另一標(biāo)準(zhǔn)液體在相應(yīng)壓力下兩沸點之差，其比值為一常數(shù)，即 式中 tA 、tw分別為壓強pM下溶液的沸點與純水的沸點， tA、tw分別為壓

9、強pN下溶液的沸點與純水的沸點， 一定濃度下溶液的沸點與相同壓強下水的沸點呈直線關(guān)系，可以利用杜林線求不同濃度的溶液在任一壓力下的沸點。（5-7）當(dāng)某壓強下水的沸點tw=0時，則上式變?yōu)椋?式中 ym杜林線的截距， 注意：不同濃度的杜林線是不平行的，斜率k與截距ym都是溶液質(zhì)量濃度x的函數(shù)。對NaOH水溶液，k、ym與x的關(guān)系為： k=1+0.142x (5-9a) ym=150.75x2-2.71x (5-9b) 式中 x溶液的質(zhì)量濃度（5-8） 液層內(nèi)的溶液的沸點高于液面的，液層內(nèi)部沸點與表面沸點之差即為因液柱靜壓強而引起的溫度差損失。式中 pm液層中部的平均壓強，Pa p液面的壓強，即二

10、次蒸氣的壓強，Pa l液層深度，m 簡化處理：計算時以液層中部的平均壓強pm及相應(yīng)的沸點tAm為準(zhǔn)，中部的壓強為： （5-10）2 液柱靜壓強引起的溫度差損失 常根據(jù)平均壓強pm查出純水的相應(yīng)沸點tpm，故因靜壓強而引起的溫度差損失為： =tpm-tp （5-11）式中 tpm 與平均壓強pm相對應(yīng)純水的沸點， tp與二次蒸氣壓強p相對應(yīng)的水的沸點，影響的因素：（1）沸騰時液層內(nèi)混有氣泡，液層的實際密度較計算公式所用的純液體密度要小，使得算出的值偏大；（2）當(dāng)溶液在加熱管內(nèi)的循環(huán)速度較大時，就會因流體阻力使平均壓強增高。 3、蒸汽流動的能量損失： 采用多效蒸發(fā)時，二次蒸氣在離開前一效蒸發(fā)室流往

11、后一效加熱室的過程中要克服管道的流動阻力，從而導(dǎo)致蒸汽溫度下降。此項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0.51.5。單效蒸發(fā)的計算項目有： （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)中已知的項目有： （1）原料液流量、組成與溫度； （2）完成液組成； （3）加熱蒸氣壓強或溫度； （4）冷凝器的壓強或溫度。二、單效蒸發(fā)的計算加熱室蒸發(fā)室F,x0,t0,h0D,T,HW,T,HD,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，

12、加熱蒸氣的熱量一般用于將溶液加熱至沸點，將水分蒸發(fā)為蒸氣以及向周圍散失的熱量。 對于某些溶液，如CaCl2、NaOH、H2SO4等水溶液稀釋時釋放出熱量，則當(dāng)其蒸發(fā)濃縮時應(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/kg h0原料液的焓, kJ/kg H二次蒸氣的焓, kJ/kg h1完成液的焓, kJ/kg hw冷凝水的焓,kJ/kg QL熱損失, kJ/h（5-13） 對單效蒸發(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若加熱蒸氣的冷凝液在蒸氣的飽和溫度下排除，則 式中 r加熱蒸氣的汽化熱，kJ/kg稀釋熱

13、不可忽略時，溶液的焓可由專用的焓濃圖查得。則上式變?yōu)椋?-14a）H-hw=r溶液的稀釋熱可以忽略時，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，則有D(H-cpwT)=WH+(F-W)cp1t1-Fcp0t0+QL（5-18）2.2 溶液的稀釋熱可以忽略時計算溶液比熱的經(jīng)驗公式為： 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

14、/(kg ).當(dāng)x0.2時，上式簡化為： Cp=cpw(1-x) （5-19a）為簡化計算，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） 計算原料液及完成液的比熱可分別寫成： Cp0=cpw(1-x0)+cpBx0=cpw-(cpw-cpB)x0 Cp1=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

15、-22）由于 H-cpwTr (5-23) H-cpwt1r (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，并簡化得： 上式說明加熱蒸氣的熱量用于將原料液加熱到沸點、蒸發(fā)水分以及向周圍的熱損失。 Q=Dr=Wr+Fcp0(t1-t0)+QL（5-25） 若原料液預(yù)熱至沸點再進入蒸發(fā)器，且忽略熱損失，上式簡化為： （5-25a） （5-26） 式中 e蒸發(fā)1kg水分時，加熱蒸氣的消耗量，稱為單位蒸氣耗量，kg/kg。 單效蒸發(fā)操作中e1，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變化不大，即rr） ；實際蒸

16、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) tm 平均溫度差， Q蒸發(fā)器的熱負荷，即蒸發(fā)器的傳熱速率，kw。 注意：若加熱蒸氣的冷凝水在飽和溫度下排除，則s0可根據(jù)式5-27直接算出，否則應(yīng)分段計算。下面按前者情況進行討論。（5-27）3.1 傳熱面積S0 在蒸發(fā)過程中，加熱兩側(cè)流體均處于恒溫、變相狀態(tài)下，故： tm =T-t （5-28） 式中 T加熱蒸氣

17、的溫度，； t操作條件下溶液的沸點，。3.1.1 平均溫度差tm 垢層熱阻值可按經(jīng)驗數(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)公式計算，管內(nèi)側(cè)溶液沸騰傳熱系數(shù)則按管內(nèi)沸騰傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式計算。 式中 a對流傳熱系數(shù)，W/(m2) d管徑，m Ri垢層熱阻，m2/W b管壁厚度，m 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 若加熱蒸氣的冷凝水在飽和溫度下排除，且忽略熱損失，則蒸發(fā)器的熱負荷為： 上面算出的傳熱面積，應(yīng)視具體情況選用適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)加以校正。Q=Dr(5-30)3.2 蒸發(fā)器的熱負荷Q例題

18、 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）。已知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19.6 kN/m2（絕壓），溶液的沸點為100，又蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)為1000W/m2k,熱損失可取為傳熱量的3%，試計算加熱蒸氣消耗量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： 294 kN/m2（絕壓）時：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例題19.6 kN/m2（絕壓）時：蒸氣的焓H*=2605kJ/kg飽和

19、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/kgk)(1) 加熱蒸氣消耗量D 由傳熱速率方程得： Q=KA(T-t)=100030(132.9-100)=9.87105w/m2(2)料液流量F DH+Fh0=WH+(F-W)h1+Dhw+QL 式中是D、H、H、hw已知量，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=0.039.87105=29.6kw代入已知數(shù)據(jù) 0.4452728+120F=2681W+540(F-W)+0.45

20、5556.5+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，求料液流量。已知溶質(zhì)的比熱CB=2.01kJ/kgkD(H-cpwT)=WH+(F-W)cp1t1-Fcp0to+QLCp0=4.187(1-0.2)+2.010.2=3.75kJ/kgk Cp1=4.187(1-0.5)+2.010.5=3.1kJ/kgk則有0.455(2728-556.5) =(F-W)3.1100+2681W+29.6-F3.7535 178.7F+2371W=958.4將W=0.6F代入，解得 F=0.6kg/s W=0.36kg/s 此

21、例的2、3兩項計算結(jié)果表明，蒸發(fā)面積相同時，不考慮濃縮熱所得料液處理量要比實際情況約高6%。注意：如果缺乏溶液在不同溫度和濃度下焓的數(shù)據(jù)，對于有明顯濃縮熱的物料，可先按一般物料來處理，即先不考慮濃縮熱的影響進行計算后，再校正。 蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力用單位時間內(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)器的傳熱速率來衡量生產(chǎn)能力。根據(jù)傳熱速率方程得單效蒸發(fā)時的傳熱速率為：Q=KSt 或 Q=KS(T-t1) （5-31）三、蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強度1 蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力進料狀況影響蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力：(1)低于沸點進料時，需消耗部分熱量將溶液加熱至沸點

22、，因而降低了生產(chǎn)能力；(2)沸點進料時，通過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)高于沸點進料時，由于部分原料液的自動蒸發(fā)，使生產(chǎn)能力有所增加。 蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度是指單位傳熱面積上單位時間內(nèi)蒸發(fā)的水量，單位為kg/(m2h)，常采用生產(chǎn)強度U作為衡量蒸發(fā)器性能的標(biāo)準(zhǔn)。若為沸點進料，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。傳熱溫度差的提高是有一定限度的，原因如下：加熱蒸氣的壓強越高，其飽和溫度也越高，但是加熱蒸氣常受工廠的供汽

23、條件所限。一般為300500kPa，有時可高達600800 kPa。提高冷凝器的真空度，使溶液的沸點降低，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不低于1020 kPa。為了控制沸騰操作局限于泡核沸騰區(qū)，也不宜采用過高的傳熱溫度差。 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?？倐鳠嵯禂?shù)K值取決于對流傳熱系數(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

24、。 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1 1/2 1/3 1/4 1/5實際最小值1.1 0.57 0.4 0.3 0.27表 單位蒸氣消耗量 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，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，

25、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。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。 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 后二效中尤為嚴重。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)，對熱敏性物料有利。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) 料液與蒸氣流動方

26、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 數(shù)較大。缺點：（1）各效間需用泵輸送； （2）無自蒸發(fā)； （3）高溫加熱面上易引起結(jié)焦和營養(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，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縮。 3 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)

27、晶析出的溶液。4 混流法3、平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、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、 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：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 分類（引起循環(huán)運動的原因）：自然循環(huán)和強制循環(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。第三節(jié)蒸發(fā)設(shè)備一.循環(huán)型（非膜式蒸發(fā)器加熱室由垂直管

28、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40100細管沸騰管或加熱管，直徑2575mm，長徑比2040 細管內(nèi)單位體積液體受熱面大，受熱良好，致使細管內(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：中央循環(huán)管式蒸發(fā)器適于處理結(jié)垢不嚴重，腐蝕性小的溶液。缺點：（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。（1）完成液粘度大，沸點高；（2）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管進入加熱室，加熱室懸掛在器內(nèi)，可取出，便

29、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：（1）溶液循環(huán)速度較高，約在11.5m/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：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，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1.5m/s。加熱室較長，其長徑比為50100；加熱室和分離室分開。 物料的運動：3 外熱式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)特點：加熱室上端有一段2.75m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

30、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；優(yōu)點：循環(huán)速度（23m/s），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。沸騰室上方有縱向平行隔板，可限制汽泡長大。缺點：循環(huán)管必須保持一定高度（78m），要求廠房高，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持一定的溫度差。4 列文蒸發(fā)器優(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。缺點：動力消耗大，通常為0.40.8kw/（m2傳熱面），使用 此蒸發(fā)器時加熱面受到一定限制。5 強制循環(huán)蒸發(fā)器非膜式蒸發(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)器只通過加熱室一次即可達到所需濃度，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。