食品技術(shù)原理濃縮技術(shù)

關(guān)于食品技術(shù)原理濃縮技術(shù)第一頁，共一百頁，2022年，8月28日一、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，是溶質(zhì)和溶劑均勻混合液的部分分離過程。2、濃縮和干燥的區(qū)別濃縮過程中，水分在物料內(nèi)部是借對流擴散作用從液相內(nèi)部達到液相表面而后除去，最低水分含量約30%(質(zhì)量)，一般為穩(wěn)定狀態(tài)的過程。干燥過程中，水分在物料內(nèi)部借分子擴散作用從固相中幾乎完全除去，且一般為不穩(wěn)定狀態(tài)的過程。第二頁，共一百頁，2022年，8月28日二、濃縮方法①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。蒸發(fā)濃縮冷凍濃縮（自學(xué)）②非平衡濃縮：是利用半透膜來分離溶質(zhì)與溶劑的過程，兩相用膜隔開，因此分離不是靠兩相的直接接觸，故稱非平衡濃縮。膜濃縮第三頁，共一百頁，2022年，8月28日

食品濃縮技術(shù)-蒸發(fā)第四頁，共一百頁，2022年，8月28日內(nèi)容：蒸發(fā)的基本概念

蒸發(fā)器類型及其選擇

單效真空蒸發(fā)

多效蒸發(fā)蒸汽再壓縮蒸發(fā)重點：蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)、多效蒸發(fā)流程難點：蒸發(fā)計算、蒸汽再壓縮蒸發(fā)第五頁，共一百頁，2022年，8月28日第一節(jié)蒸發(fā)及其特點一、蒸發(fā)的基本概念1定義：蒸發(fā)濃縮是利用溶劑和溶質(zhì)揮發(fā)度的差異，從而獲得一個有利的汽液平衡條件，達到分離的目的。即溶液中溶質(zhì)的揮發(fā)性小，溶劑具有明顯揮發(fā)性時，工業(yè)上常用加熱方法，使溶劑汽化達到使溶質(zhì)增濃的目的就是蒸發(fā)操作。第六頁，共一百頁，2022年，8月28日食品工業(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)。第七頁，共一百頁，2022年，8月28日2、蒸發(fā)原理按照分子運動學(xué)觀點，溶液受熱時，溶劑分子獲得了動能，當一些溶劑分子的能量足以克服分子間的吸引力時，溶劑分子就會逸出液面進入上部空間，成為蒸汽分子，這就是汽化。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)勢將漸趨平衡，汽化過程也相應(yīng)逐漸減弱以至停止進行。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。第八頁，共一百頁，2022年，8月28日3、食品濃縮的目的除去食品中大量水分，減少包裝、貯藏和運輸費用。提高制品濃度，增加制品的保藏性。濃縮經(jīng)常用作干燥或更完全的脫水的預(yù)處理過程。濃縮用作某些結(jié)晶的預(yù)處理過程。第九頁，共一百頁，2022年，8月28日二、食品物料蒸發(fā)濃縮的特點

熱敏性：加熱溫度和加熱時間腐蝕性：酸性食品粘稠性：蛋白質(zhì)、糖分、果膠

結(jié)垢性：蛋白質(zhì)、糖分、果膠過熱泡沫性：物料沸騰時形成易揮發(fā)成分：芳香成分和風味成分

第十頁，共一百頁，2022年，8月28日三、蒸發(fā)對食品的影響風味風味物質(zhì)損失解決方法包括：A將濃縮物與部分新鮮物料混合，以提高風味；B風味物質(zhì)回收風味劣變顏色：加深營養(yǎng)物質(zhì)損失

第十一頁，共一百頁，2022年，8月28日第二節(jié)蒸發(fā)器類型及其選擇一、蒸發(fā)器的組成蒸發(fā)器主要由加熱室(器)和分離室

(器)兩部分組成。加熱室的作用是利用水蒸氣為熱源來加熱被濃縮的料液。蒸發(fā)器分離室的作用是將二次蒸汽中夾帶的霧沫分離出來。

第十二頁，共一百頁，2022年，8月28日二、食品工業(yè)上常用的典型蒸發(fā)器標準式蒸發(fā)器懸筐式蒸發(fā)器加熱室在外的蒸發(fā)器長管式蒸發(fā)器刮板薄膜蒸發(fā)器板式(片式)蒸發(fā)器第十三頁，共一百頁，2022年，8月28日(一)標準式蒸發(fā)器標準式蒸發(fā)器由上、下兩部分構(gòu)成，下部為加熱室，上部為分離室。加熱室由沸騰管、上、下管板所組成的加熱管束。第十四頁，共一百頁，2022年，8月28日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)器的加熱。分離器頂部連接二次蒸汽排出管。標準式蒸發(fā)器的缺點在增強循環(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。不便清洗和更換管子。

第十五頁，共一百頁，2022年，8月28日(二)懸筐式蒸發(fā)器懸筐式蒸發(fā)器適用于中等粘度、輕度結(jié)垢的非腐蝕性料液，并且可以得到較好的蒸發(fā)速率。在食品工業(yè)上：果汁、麥芽浸出液、蔗糖、葡萄糖等溶液的濃縮。

第十六頁，共一百頁，2022年，8月28日(三)加熱室在外的蒸發(fā)器

(自然循環(huán)型和強制循環(huán)型)蒸發(fā)器是由加熱器、分離器和循環(huán)管三部分組成

優(yōu)點：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器的形式?？蓪讉€加熱器共用一個分離器，從而必要時可靈活輪流使用每個加熱器。循環(huán)條件得到了改善，檢修、清洗也較方便

第十七頁，共一百頁，2022年，8月28日自然循環(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。

解決的辦法是采用強制循環(huán)型，使溶液在管內(nèi)流速達3~4m/s.第十八頁，共一百頁，2022年，8月28日(四)長管式蒸發(fā)器

蒸發(fā)器采用細長的管子，單程通過的時間內(nèi)，達到全部濃縮的要求，這就是長管式蒸發(fā)器蒸發(fā)器的管束很長，約6~8m，其截面積很小，具有很大的傳熱面，溶液送入管束后很快強烈沸騰，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100-l20m/s。料液就被帶動而沿管子內(nèi)壁形成上升或下降的液膜。被蒸汽帶動而沿管壁流動的液體速度可達20m/s，所以這種蒸發(fā)器被稱為液膜式蒸發(fā)器。第十九頁，共一百頁，2022年，8月28日長管蒸發(fā)器的分類長管蒸發(fā)器根據(jù)濃膜的流動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。

第二十頁，共一百頁，2022年，8月28日1、升膜蒸發(fā)器

料液先經(jīng)預(yù)熱至接近沸點，從管束的下端引入。操作時，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，只是起著加熱的作用。在中部，溫度顯著升高并開始沸騰產(chǎn)生蒸汽，但傳熱速率仍不太高。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。

第二十一頁，共一百頁，2022年，8月28日升膜蒸發(fā)器底部結(jié)構(gòu)圖第二十二頁，共一百頁，2022年，8月28日特點優(yōu)點：在加熱器內(nèi)料液停留時間短，傳熱系數(shù)高，適于濃縮熱敏物料。缺點：在管內(nèi)下部區(qū)域尚積存較多的液體，故而延長了接觸時間

(約15~30min)通常還不能通過嚴格單程蒸發(fā)達到所要求的濃度，一般尚需部分再循環(huán)，加長了停留時間，在管子中部易發(fā)生結(jié)垢和蛋白質(zhì)沉積的現(xiàn)象。

第二十三頁，共一百頁，2022年，8月28日2、降膜蒸發(fā)器

降膜蒸發(fā)器能較徹底消除因液體積聚所造成的靜壓效應(yīng),達到傳熱效率高，熱能經(jīng)濟性好，停留時間短的目的。特點：經(jīng)預(yù)熱后的料液從管束的頂部加入

料液進管必須有均勻分配裝置

第二十四頁，共一百頁，2022年，8月28日降膜分布器的型式

導(dǎo)流管具有螺旋形溝槽的圓柱體:導(dǎo)流管下端錐體端面向內(nèi)凹入，以免液體再向中央聚集;利用加熱管上端管口的齒縫來分配液體;靠管子上端的旋液分配器，用于強制循環(huán)降膜蒸發(fā)器中。第二十五頁，共一百頁，2022年，8月28日降膜蒸發(fā)器應(yīng)用降膜蒸發(fā)器因不存在靜液層效應(yīng)，物料沸點均勻，使用廣泛，例如牛奶、果汁和糖漿等濃縮。

第二十六頁，共一百頁，2022年，8月28日3、升降膜蒸發(fā)器

是升膜蒸發(fā)與降膜蒸發(fā)相結(jié)合的蒸發(fā)器。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膜蒸發(fā)部分。如此結(jié)合，既有以兩程代單程，縮短加熱器長度的優(yōu)點，而又可因分段濃縮各取有利方面以避免固有的缺點。

第二十七頁，共一百頁，2022年，8月28日(五)刮板薄膜蒸發(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。其薄膜不是因為蒸汽的拖曳而是由機械的作用而形成。由夾套外殼和在殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動件組成，轉(zhuǎn)動件上裝有若干刮板。

第二十八頁，共一百頁，2022年，8月28日刮板薄膜蒸發(fā)器應(yīng)用刮板薄膜蒸發(fā)器能處理粘度高達50，000~l00，000cP的粘性料液，一般用于后道濃縮操作。

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。第二十九頁，共一百頁，2022年，8月28日刮板薄膜蒸發(fā)器特點優(yōu)點可處理粘性極大的物料可濃縮漿狀和帶泡沫物停留時間短蒸發(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。缺點刮板和壁速之間的間隙小，轉(zhuǎn)動件要精密對中，因而結(jié)構(gòu)成本較高不易清洗一般情況只能用于單效蒸發(fā)，耗汽量大投資費和操作費用大。第三十頁，共一百頁，2022年，8月28日(六)板式

(片式)蒸發(fā)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，也是一種薄膜式蒸發(fā)器。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代替管壁或殼上形成的液膜。第三十一頁，共一百頁，2022年，8月28日板式

蒸發(fā)器近代板式蒸發(fā)器在國外使用已很普遍。雖然工業(yè)上應(yīng)用始于1950年。但早在1928年已運用板式熱交換器的原理作成第一臺板式蒸發(fā)器，并用于果醬的濃縮。隨著食品濃縮低溫、短時的要求愈來愈高，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)。第三十二頁，共一百頁，2022年，8月28日

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排成四片一組。蒸汽在3~4板間沸騰成降膜，板組的數(shù)目可以變動，視生產(chǎn)能力需要而定。第三十三頁，共一百頁，2022年，8月28日板式蒸發(fā)器與管式蒸發(fā)器比較

板間的沸騰機理與管內(nèi)發(fā)生的不完全相同，單位高度的傳熱面積，板式遠大于管式，停留時間則板式遠小于管式。如果板式蒸發(fā)的板隙和板寬加以適當改變，就可控制蒸汽速度，提高傳熱效率，而傳熱板仍能保持適度潤濕。對各種不同粘度、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作條件的要求。板式蒸發(fā)器的板組(4片成1板組)按所需傳熱面積順序裝于機架上，對所有板組而言，加料是平流的。

第三十四頁，共一百頁，2022年，8月28日英國APV公司新型板式蒸發(fā)器這種設(shè)備沒有升膜段，全部料液以降膜方式流過加熱板，而加熱板則比普通板式蒸發(fā)器的大。如此，一片降膜進料板緊接一片蒸汽加熱板，即兩片成一組，板的長度為以前的升膜板和降膜板長度之和，而板寬則比以前增加50%，因此，為完成同一任務(wù)，需要板數(shù)較少，組合后長度較短。料液在此設(shè)備內(nèi)不再循環(huán)，且停留時間極短。第三十五頁，共一百頁，2022年，8月28日板式蒸發(fā)器優(yōu)點靈活性大，傳熱面積可按需要而隨意增減整個裝置所需的廠房高度小具有良好的衛(wèi)生結(jié)構(gòu)設(shè)計，傳熱面裝拆方便可進行多效操作用途可變性大，包括熱敏制品的濃縮。

第三十六頁，共一百頁，2022年，8月28日板式蒸發(fā)器的局限性因為使用橡皮墊圈密封，故不能處理有機溶劑的溶液，同時操作溫度上也有限度為保證適當?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。同時處理一般料液，也有必要在生產(chǎn)線上安裝過濾器，防止液體顆粒進入蒸發(fā)器設(shè)備生產(chǎn)能力受限制第三十七頁，共一百頁，2022年，8月28日三、蒸發(fā)設(shè)備的選擇生產(chǎn)能力，通常是以每小時的水分蒸發(fā)量來表示物料需要濃縮的程度：通常以濃縮制品的固體百分含量來表示物料的熱敏性：與停留時間及蒸發(fā)溫度有關(guān)是否需要回收風味物質(zhì)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裝置大小，相對于蒸發(fā)能力的蒸發(fā)器大小，與廠房大小有關(guān)投資費用及操作費用：相對于蒸發(fā)能力和產(chǎn)品質(zhì)量的操作費用第三十八頁，共一百頁，2022年，8月28日第三十九頁，共一百頁，2022年，8月28日四、影響蒸發(fā)經(jīng)濟性的因素由于發(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二次蒸汽再壓縮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)省的能量與操作費用的增加比較）

第四十頁，共一百頁，2022年，8月28日第三節(jié)、蒸發(fā)系統(tǒng)一、單效真空蒸發(fā)(一)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，則此種操作稱為單效蒸發(fā)為了濃縮熱敏物料，必須盡可能使操作保持在低溫下進行。當蒸發(fā)壓力低于大氣壓，則稱此蒸發(fā)為真空蒸發(fā)。第四十一頁，共一百頁，2022年，8月28日(二)單效真空蒸發(fā)裝置蒸發(fā)器為升膜式，它包括一個長管加熱器和一個分離器以及附屬設(shè)備：冷凝器、真空泵、不凝氣排除裝置、疏水器、捕沫器。

第四十二頁，共一百頁，2022年，8月28日附屬設(shè)備1、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)入冷凝器進行冷凝。一般均采用混合式冷凝器2、疏水器：為求蒸發(fā)器的蒸汽利用經(jīng)濟、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，即疏水器。第四十三頁，共一百頁，2022年，8月28日3、真空泵：因為冷凝器所能冷凝的氣體主要為水蒸氣。而空氣等不凝結(jié)氣體如不設(shè)法除去，系統(tǒng)的真空度不可能長久維持。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效率。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。

第四十四頁，共一百頁，2022年，8月28日5、捕沫器：蒸發(fā)操作時，應(yīng)盡量避免或減少霧沫被二次蒸汽帶出。濃縮時，霧沫夾帶對得率和蒸發(fā)能力均有影響。如果是多效蒸發(fā)，還可能使下一效加熱面形成污垢或腐蝕。特別在果蔬汁如蕃茄汁的濃縮時，強腐蝕性酸霧會帶來嚴重的后果。

第四十五頁，共一百頁，2022年，8月28日造成霧沫夾帶的原因泡沫:液料的表面張力減小是造成泡沫的原因之一蒸汽高速流動:蒸汽流動速度過快，必然促使霧沫伴隨而行。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。

第四十六頁，共一百頁，2022年，8月28日(三)單真空蒸發(fā)器裝置內(nèi)的傳熱

蒸發(fā)過程實質(zhì)上是以傳熱為主的過程。從整個單效真空蒸發(fā)系統(tǒng)來看：蒸發(fā)器和冷凝器的結(jié)合是兩個熱交換器的串聯(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。熱量傳遞的總趨勢是從加熱介質(zhì)放熱開始，以冷卻介應(yīng)吸熱而告終。第四十七頁，共一百頁，2022年，8月28日整個單效真空蒸發(fā)系統(tǒng)的熱量轉(zhuǎn)移七個階段。1、蒸發(fā)器加熱側(cè)的傳遞阻力。此項熱阻一般較小，不是全過程的控制因素。2、蒸發(fā)器傳熱壁熱阻，通常也很小。3、蒸發(fā)器沸騰側(cè)的傳遞阻力，與上述阻力相比，此項阻力在蒸發(fā)器傳熱中占有支配地位。第四十八頁，共一百頁，2022年，8月28日4、二次蒸汽從分離室沿管線向冷疑器轉(zhuǎn)移時，要發(fā)生熱損失和流動阻力。5、冷凝器蒸汽側(cè)的傳遞阻力。此項阻力與1相似。6、冷凝器冷卻壁熱阻。此項阻力與2熱阻相似。7、冷凝器冷卻介質(zhì)側(cè)的熱阻：表面式冷凝器的主要熱阻。第四十九頁，共一百頁，2022年，8月28日(四)蒸發(fā)裝置內(nèi)的溫差損失

當采用混合式冷凝器，由真空泵維持冷凝器在一定真空度下操作。在此真空度下，水蒸氣和水的兩相平衡物系必有一對應(yīng)的溫度，稱為冷凝溫度，以TK表示。若加熱蒸汽的溫度為T，則上述熱量轉(zhuǎn)移過程中所產(chǎn)生的全部溫度降落(稱為總溫差)為:△To=T一TK.

第五十頁，共一百頁，2022年，8月28日設(shè)蒸發(fā)器內(nèi)沸騰溫度為t，則蒸發(fā)器的傳熱溫差稱為有效溫差為△T:△T=T一t△T<△To（=T一TK）總溫差△To與有效溫差△T的差值稱為溫差損失Δ。故有△=△To一△T=(T一TK)一(T一t)=t一TK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。第五十一頁，共一百頁，2022年，8月28日引起溫差損失的原因如蒸發(fā)料液為純水，且無其他原因引起液體的沸點升高，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△=o，但實際上，由于下述三種原因，常引起溫差的損失。第五十二頁，共一百頁，2022年，8月28日1、由于溶液的沸點升高所引起

①在手冊和文獻中可以查得常壓下某些溶液在不同濃度下沸點升高的數(shù)據(jù)(以△a表示)。

第五十三頁，共一百頁，2022年，8月28日第五十四頁，共一百頁，2022年，8月28日②吉辛柯公式如能查到常壓下水溶液的沸點升高△a，則可按下面吉辛柯公式計算非常壓下的沸點升高△′：

式中：T---某壓力下水的沸點，K；

LV---壓力下水的汽化潛熱，J/kg△a---常壓下水溶液的沸點升高，K

第五十五頁，共一百頁，2022年，8月28日③杜林法則：這個法則表明，溶液的沸點是相同氣壓下純?nèi)軇┓悬c的線性函數(shù)。

淀粉糖廠的設(shè)計中得到的經(jīng)驗公式：

式中為各效排出液濃度。第五十六頁，共一百頁，2022年，8月28日2、由于液層靜壓效應(yīng)所引起△’’在低壓下，液層高度會影響沸騰溫度。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ρ，則溶液中層的壓力為：第五十七頁，共一百頁，2022年，8月28日3、由蒸汽流動中熱損失引起△'''此項溫差損失與蒸發(fā)裝置的流程有關(guān)。計算時，一般作△’’’=0.5~1.5K第五十八頁，共一百頁，2022年，8月28日全部溫差損失

△=△’+△’’十△’’’有效溫差△T則等于總溫差減去總溫差損失。即:△T=△To一△

第五十九頁，共一百頁，2022年，8月28日(五)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)

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)K按通用表達式為第六十頁，共一百頁，2022年，8月28日蒸發(fā)器傳熱系數(shù)K值，除上述按公式計算外，比較可靠的辦法是根據(jù)生產(chǎn)實踐中的直接經(jīng)驗數(shù)據(jù)

第六十一頁，共一百頁，2022年，8月28日(六)單效真空蒸發(fā)器計算單效真空蒸發(fā)器的工藝設(shè)計計算項目主要有：

1蒸發(fā)量

2熱蒸汽消耗量

3傳熱面積。

第六十二頁，共一百頁，2022年，8月28日1蒸發(fā)量

W1：取濃縮過程中質(zhì)量不變的物質(zhì)---絕對干固體為計算基準設(shè)：S--原料液量，kg/s:B。--原料液中的固體含量%W1--水分蒸發(fā)量，kg,/S:B1---濃縮液的固體含量%

則有：第六十三頁，共一百頁，2022年，8月28日2加熱蒸汽消耗量（沸點進料）

Kg

/s

式中：Q--傳熱速率J/sLv--汽化潛熱KJ/Kg

3傳熱面積

:蒸發(fā)傳熱面積的計算仍根據(jù)傳熱基本方程式。

A=Q/(K△T)m2

式中：K--傳熱系數(shù)第六十四頁，共一百頁，2022年，8月28日習(xí)題1蕃茄汁在單效薄膜式蒸發(fā)器中從固體含量12%濃縮至28%。蕃茄汁已經(jīng)預(yù)熱到最高許可溫度60℃后進料。采用加熱蒸汽為壓力0.7公斤/厘米2(表壓)的飽和水蒸氣。設(shè)蒸發(fā)傳熱面積為0.4m2，傳熱系數(shù)為1500W/m2..K，試近似估算蒸汽消耗量和原料量。

第六十五頁，共一百頁，2022年，8月28日解：適當選取操作的真空度，保證器內(nèi)料液沸點為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，計算傳熱速率Q1=K1A1Δt1=1500×0.4×(114.5-60)=32700J/s計算蒸汽消耗量

D1=Q1/Lv=32700/2210000=0.0148kg/s=53.3Kg/h計算蒸發(fā)量

(查得60℃下水的汽化潛熱L’V=2304kJ/kg)W1=Q1/L’V=32700/2340000=0.014kg/s=50.3kg/h計算原料液流量：

第六十六頁，共一百頁，2022年，8月28日二、多效蒸發(fā)(一)多效蒸發(fā)的定義和特點蒸發(fā)過程汽化所產(chǎn)生的水蒸氣叫做二次蒸汽，以區(qū)別作為熱源的生蒸汽。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)。1、定義：如將二次蒸汽引入另一蒸發(fā)器作為熱源進行串聯(lián)蒸發(fā)操作，稱為多效蒸發(fā)。對于單效或多效蒸發(fā)，最后一效的二次蒸汽通常用冷卻水冷凝的方法來排除，所以冷凝器是蒸發(fā)設(shè)備的重要組成部分。第六十七頁，共一百頁，2022年，8月28日2、多效蒸發(fā)的特點提高了熱能的經(jīng)濟性。按單效蒸發(fā)的結(jié)論，1千克加熱蒸汽可以蒸發(fā)大約l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汽時，同樣在第二效中又可蒸發(fā)大約l千克的二次蒸汽。以此類推，n效串聯(lián)蒸發(fā)操作，1千克加熱生蒸汽則可蒸發(fā)約n千克的二次蒸汽。第六十八頁，共一百頁，2022年，8月28日多效蒸發(fā)圖（降膜蒸發(fā)器機組）第六十九頁，共一百頁，2022年，8月28日

(二)多效蒸發(fā)裝置的設(shè)備流程多效蒸發(fā)操作的加料可有四種不同的方法: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，簡稱混流法

第七十頁，共一百頁，2022年，8月28日順流法第七十一頁，共一百頁，2022年，8月28日逆流法第七十二頁，共一百頁，2022年，8月28日平流法

第七十三頁，共一百頁，2022年，8月28日混流法對于效數(shù)多的蒸發(fā)也搞采用順流和逆流并用，有些效間用順流，有些效間用逆流。此法起協(xié)調(diào)順流和逆流的優(yōu)缺點的作用，對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合下，可以采用此法。

第七十四頁，共一百頁，2022年，8月28日額外蒸汽的運用

第七十五頁，共一百頁，2022年，8月28日(三)多效蒸發(fā)的溫差分配多效設(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。設(shè)第1效加熱蒸汽溫度為T1

，冷凝器的冷凝溫度為Tk，則總溫差為第七十六頁，共一百頁，2022年，8月28日①若每效無溫差損失，對n效蒸發(fā)，顯然每效傳熱溫差為：

……而總的有效溫差為：可見總有效溫差等于總溫差

第七十七頁，共一百頁，2022年，8月28日②在溫差損失不能忽略的情況下，總有效溫差必小于總溫差，其差值即為總溫差損失。即式中為n效溫差損失之和，即：當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：第七十八頁，共一百頁，2022年，8月28日由此可得有效溫差分配所必須遵循的如下比例關(guān)系：確定各效的有效溫差，需另加特定的限制原則

①各效等面積原則；②相鄰效間等壓差原則（確定各效壓力及其對應(yīng)的飽和溫度）；③各效蒸發(fā)量按經(jīng)驗比例法④其他特殊的限制（最高蒸發(fā)溫度的限制對于熱敏食品的濃縮，常規(guī)定蒸發(fā)溫度的安全極限。

第七十九頁，共一百頁，2022年，8月28日（四）多效蒸發(fā)的計算多效蒸發(fā)的工藝設(shè)計計算項目主要包括(1)

水分總蒸發(fā)量和各效蒸發(fā)量(2)

加熱蒸汽消耗量;(3)

各效傳熱面積。第八十頁，共一百頁，2022年，8月28日(1)總蒸發(fā)量的計算蒸發(fā)操作時，如無額外蒸汽抽出，因各效蒸發(fā)量大致相等Q1≈Q2；△T1=△T2=（T1一Tk）/2由此可見，如果單效設(shè)備的傳熱面積與雙效的每效面積相同時，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。

第八十一頁，共一百頁，2022年，8月28日水分總蒸發(fā)量為各效蒸發(fā)量之和

W＝W1+W2+……+Wn(kg/s)對溶液中固體進行物料衡算：

SB0=(S-W1)B1=(S-W1-W2)B2=……=(S-W)Bn(kg/s)由此得出總蒸發(fā)量：

W=S(1-B0/Bn)(kg/s)第八十二頁，共一百頁，2022年，8月28日任一效蒸發(fā)水量計算已知各效水分蒸發(fā)量，則可按下式求出各效的濃度第八十三頁，共一百頁，2022年，8月28日已知各效汁汽量E1、E2….En和末效蒸發(fā)量Wn，計算蒸發(fā)水量。

Wn=EnWn-1=En-1+En……W2=E2+E3+E4+EnW1=E1+E2+E3+E4+En總蒸發(fā)水量：W=W1+W2+……+Wn-1+Wn=nEn+(n-1)En-1+……+2E2+E1第八十四頁，共一百頁，2022年，8月28日(2)

蒸汽消耗量升溫耗熱量：液體在沸點以下進入蒸發(fā)罐，加熱至沸騰溫度所需熱量也稱顯熱。

Q1=S0C0(t沸-t1)汽化耗熱量：物料進入蒸發(fā)罐升溫至沸點后，水分又開始由液態(tài)變成汽態(tài)，沸點下汽化所消耗的熱量也稱為潛熱Q2=Wr熱損失Q損＝0.05(Q1+Q2)加熱蒸汽消耗量D=Q/Lv第八十五頁，共一百頁，2022年，8月28日(3)各效傳熱面積的計算各效傳熱面積的計算

第八十六頁，共一百頁，2022年，8月28日第四節(jié)蒸汽再壓縮蒸發(fā)提高經(jīng)濟性措施：多效蒸發(fā)代替單效蒸發(fā)蒸汽再壓縮方法。第八十七頁，共一百頁，2022年，8月28日一、蒸汽再壓縮的基本概念和原理1、蒸汽再壓縮方法的定義：設(shè)法使蒸發(fā)出來的二次蒸汽的熱力狀態(tài)提高到接近于原來的水蒸氣的狀態(tài)，作為熱源，進行加熱的方法。第八十八頁，共一百頁，2022年，8月28日2、蒸汽再壓縮節(jié)能的原理假定：將絕對壓力為1.74×105N/m2，溫度為1l6℃的飽和水蒸氣送入蒸發(fā)器，用以濃縮在大氣壓下沸點為100℃的液體，并假定冷凝水離開的溫度為104℃。因116℃飽和水蒸氣的焓值為2700kJ/kg，104℃冷凝水的焓值為435kJ/Kg，若將此冷凝水送回鍋爐房，則每千克冷凝水至少要加入2265kJ/kg的熱量，才能得到與原來加熱蒸汽同樣的飽和水蒸氣。而焓值為l00℃下飽和水蒸氣的焓值2670kJ/kg，與原加熱蒸汽焓值相差30kJ/Kg。所以將此lkg二次蒸汽在回復(fù)到lkg原來狀態(tài)的水蒸氣，僅需加入30kJ/kg的熱最即可。第八十九頁，共一百頁，2022年，8月28日二、壓縮二次蒸汽的方法機械再壓縮法蒸汽噴射再壓縮法(熱再壓縮法)熱泵循環(huán)再壓縮法第九十頁，共一百頁，2022年，8月28日1、機械再壓縮蒸發(fā)機械再壓縮蒸發(fā)是利用機械壓縮機的絕熱壓縮來實現(xiàn)。由于此法每蒸發(fā)1噸水分約耗電29~46kWh，只適用于電力發(fā)達而電費便宜的場合。另外，機械再壓縮蒸發(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才比較經(jīng)濟。如果料液沸點升高顯著，或有嚴重結(jié)垢現(xiàn)象，就不宜采用。第九十一頁，共一百頁，2022年，8月28日2、熱再壓縮法

機械再壓縮中的壓縮機，如用蒸汽噴射器代替機械壓縮則稱為熱再壓縮蒸發(fā)，所使用的蒸汽噴射器稱為升壓泵。升壓泵的作用與蒸汽噴射真空泵不同之點在于其吸入氣為水蒸氣而由擴壓管壓縮.相當于lkg工作蒸汽所吸入的二次蒸汽量，稱為抽氣系數(shù)μ，則式中：GX--被吸入的二次蒸汽量

G工作--工作蒸汽量消耗量第九十二頁，共一百頁，2022年，8月28日升壓泵送入蒸發(fā)器加熱室的蒸汽量D加熱等于被吸入的二次蒸汽量和工作蒸汽量之和

D加熱

=G工作＋GX。將GX=μG工作代入得：或上式表示采用熱再壓縮法的經(jīng)濟程度。一般而言，μ的數(shù)值根據(jù)蒸發(fā)壓力而定。對于許多低溫操作，當工作蒸汽的壓力為8~l0atm時，μ約等于l，其經(jīng)濟程度為:G/D=1/(1+μ)=0.5即每小時蒸發(fā)l噸水分的設(shè)備，約需工作蒸汽半噸。當μ=2時，則每蒸發(fā)1噸水分僅需工作蒸汽1/3噸。

第九十三頁，共一百