常压蒸发和真空蒸发五课件.ppt

1、2022-7-26第第第第第第六六六六六六章章章章章章 蒸发蒸发蒸发蒸发蒸发蒸发第一节第一节 蒸发概述蒸发概述第二节第二节 单效蒸发单效蒸发第三节第三节 多效蒸发多效蒸发第四节第四节 蒸发设备蒸发设备2022-7-26 第一节第一节第一节第一节第一节第一节 蒸发概述蒸发概述蒸发概述蒸发概述蒸发概述蒸发概述一、食品物料的蒸发的目的一、食品物料的蒸发的目的二、食品物料蒸发的特点二、食品物料蒸发的特点三、食品物料蒸发的基本过程三、食品物料蒸发的基本过程四、常压蒸发和真空蒸发四、常压蒸发和真空蒸发五、单效蒸发和多效蒸发五、单效蒸发和多效蒸发六、间歇蒸发和连续蒸发六、间歇蒸发和连续蒸发2022-7-26

2、一、食品物料蒸发的目的一、食品物料蒸发的目的一、食品物料蒸发的目的一、食品物料蒸发的目的一、食品物料蒸发的目的一、食品物料蒸发的目的 除去食品中部分水分，降低包装、贮藏和运输费用。除去食品中部分水分，降低包装、贮藏和运输费用。用于结晶和干燥等单元操作的预处理过程。用于结晶和干燥等单元操作的预处理过程。用于制备产品和回收溶剂。用于制备产品和回收溶剂。提高制品溶质浓度，以增强制品的耐贮性。提高制品溶质浓度，以增强制品的耐贮性。2022-7-26二、食品物料蒸发浓缩的特点二、食品物料蒸发浓缩的特点二、食品物料蒸发浓缩的特点二、食品物料蒸发浓缩的特点二、食品物料蒸发浓缩的特点二、食品物料蒸发浓缩的特点

3、 食品物料中的蛋白质、脂肪和维生素等具有热敏性。食品物料中的蛋白质、脂肪和维生素等具有热敏性。食品物料中的有机酸具有腐蚀性。食品物料中的有机酸具有腐蚀性。含有高糖和高果胶等成分的食品物料具有高黏稠性。含有高糖和高果胶等成分的食品物料具有高黏稠性。食品物料中的蛋白质和糖类等物质在换热器壁面容易结垢食品物料中的蛋白质和糖类等物质在换热器壁面容易结垢 食品物料中的蛋白质在蒸发时容易形成泡沫。食品物料中的蛋白质在蒸发时容易形成泡沫。食品物料中含有的特征性风味物质在蒸发时容易挥发。食品物料中含有的特征性风味物质在蒸发时容易挥发。2022-7-26三、蒸发的基本过程三、蒸发的基本过程三、蒸发的基本过程三、

4、蒸发的基本过程三、蒸发的基本过程三、蒸发的基本过程2022-7-26四、常压蒸发和真空蒸发四、常压蒸发和真空蒸发四、常压蒸发和真空蒸发四、常压蒸发和真空蒸发四、常压蒸发和真空蒸发四、常压蒸发和真空蒸发1 常压蒸发的定义常压蒸发的定义常压蒸发是指泠凝器和蒸发器内的操作压力等于或稍大于大常压蒸发是指泠凝器和蒸发器内的操作压力等于或稍大于大气压力的蒸发过程。气压力的蒸发过程。2 真空蒸发的定义真空蒸发的定义真空蒸发是指泠凝器和蒸发器内的操作压力低于大气压力的真空蒸发是指泠凝器和蒸发器内的操作压力低于大气压力的蒸发过程。蒸发过程。2022-7-263 真空蒸发的优点和缺点真空蒸发的优点和缺点3.1 优

5、点优点 蒸发温度低，对浓缩热敏性物料有利。蒸发温度低，对浓缩热敏性物料有利。溶液沸点低，可应用低温热源，进而降低生产费用和投资。溶液沸点低，可应用低温热源，进而降低生产费用和投资。溶液沸点低，增大了蒸发器的传热温差，进而可降低所需传热面积。溶液沸点低，增大了蒸发器的传热温差，进而可降低所需传热面积。操作温度低，蒸发器的热损失小。操作温度低，蒸发器的热损失小。3.2 缺点缺点 由于蒸发温度低，因此料液黏度大，传热系数较小。由于蒸发温度低，因此料液黏度大，传热系数较小。由于系统内为负压，因此完成液需用泵排出。这增加了系统的能耗。由于系统内为负压，因此完成液需用泵排出。这增加了系统的能耗。2022-

6、7-264 单效蒸发和多效蒸发单效蒸发和多效蒸发4.1 单效蒸发单效蒸发如果蒸发生成的二次蒸汽不再被用作加热介质，而是直接送到泠凝器中如果蒸发生成的二次蒸汽不再被用作加热介质，而是直接送到泠凝器中泠凝，这样的蒸发过程称为单效蒸发。泠凝，这样的蒸发过程称为单效蒸发。4.2 多效蒸发多效蒸发将一个蒸发器产生的二次蒸汽引入下一蒸发器，利用其冷凝热加热下一将一个蒸发器产生的二次蒸汽引入下一蒸发器，利用其冷凝热加热下一蒸发器中的水，将多个蒸发器按照该方式彼此串联起来组成的协同蒸发蒸发器中的水，将多个蒸发器按照该方式彼此串联起来组成的协同蒸发过程称为多效蒸发。过程称为多效蒸发。2022-7-265 间歇蒸

7、发和连续蒸发间歇蒸发和连续蒸发5.1 间歇蒸发间歇蒸发在操作开始时，将料液加入蒸发器内，开始蒸发过程。当溶液的浓在操作开始时，将料液加入蒸发器内，开始蒸发过程。当溶液的浓度达到规定的要求时，停止蒸发过程。该蒸发过程称为间歇蒸发。度达到规定的要求时，停止蒸发过程。该蒸发过程称为间歇蒸发。5.2 连续蒸发连续蒸发操作开始时，将料液加入蒸发器内，开始蒸发过程。随着溶液中水操作开始时，将料液加入蒸发器内，开始蒸发过程。随着溶液中水分的蒸发，不断加入料液，使蒸发器液面高度保持恒定，当溶液浓分的蒸发，不断加入料液，使蒸发器液面高度保持恒定，当溶液浓度达到规定值时，将完成液放出。该蒸发过程称为连续蒸发。度达

8、到规定值时，将完成液放出。该蒸发过程称为连续蒸发。2022-7-26 第二节第二节第二节第二节第二节第二节 单效蒸发单效蒸发单效蒸发单效蒸发单效蒸发单效蒸发一、蒸发的传热温差一、蒸发的传热温差二、单效蒸发的计算二、单效蒸发的计算2022-7-26tscTTT一、蒸发器的传热温差一、蒸发器的传热温差传热壁两侧理论最大可能温差传热壁两侧理论最大可能温差传热壁两侧实际有效传热温差传热壁两侧实际有效传热温差tTT 引起温差损失引起温差损失的原因主要有三方面：的原因主要有三方面：由液层静压效应英气的温差损失由液层静压效应英气的温差损失由料液沸点升高而引起的温差损失由料液沸点升高而引起的温差损失由蒸汽流动

9、阻力和热损失引起的温差损失由蒸汽流动阻力和热损失引起的温差损失2022-7-261 液层静压效应引起的温差损失液层静压效应引起的温差损失100 kPa,=99.6 C;=90 kPa,=96.4 C;=3.2 C15 kPa,=53.5 C;=5 kPa,=32.4 C;=21.1 CmmmmpTpTpTpT=D=Doooooo2mppghmTT 真空蒸发时候，静压效应引起的温差损失真空蒸发时候，静压效应引起的温差损失 比较突出比较突出。D2022-7-262 由料液沸点升高引起的温差损失由料液沸点升高引起的温差损失 常压下沸点升高用杜林公式计算常压下沸点升高用杜林公式计算bbK m Kb-沸

10、点升高常量。若水为溶剂，沸点升高常量。若水为溶剂，Kb=0.51 kgK/mol。mb=溶质的质量摩尔浓度，溶质的质量摩尔浓度，mol/kg。2022-7-26 减压下沸点升高按吉辛柯公式计算减压下沸点升高按吉辛柯公式计算T-某压力下水的沸点，某压力下水的沸点，K216.2/aVTh Vh-某压力下水的汽化热，某压力下水的汽化热，J/kga-常压下溶液的沸点升高，常压下溶液的沸点升高，K食品料液的食品料液的a可近似用糖液数据代替。见教材可近似用糖液数据代替。见教材205页。页。2022-7-26二、单效蒸发的计算二、单效蒸发的计算1 蒸发量蒸发量FVP总物料衡算式：总物料衡算式：固形物衡算式：

11、固形物衡算式：FPFPww=上两式联立可得：上两式联立可得：1FPVFww骣=-桫2022-7-262 加热蒸汽消耗量加热蒸汽消耗量()1vFFsVrFcTTSr+-=rv-二次蒸汽的汽化热，二次蒸汽的汽化热，J/kgrs-加热蒸汽的汽化热，加热蒸汽的汽化热，J/kgcF-原料液的比定压热容，原料液的比定压热容，J/(kgK)TF-进料温度，进料温度，KT1-料液沸点温度，料液沸点温度，K2022-7-263 加热蒸汽的经济性加热蒸汽的经济性eV S=vssvVrrVSrSr=如果是沸点进料，即如果是沸点进料，即TF=T1，则，则1e一般情况下，一般情况下，rs和和rv相差不多，因此对于沸点进

12、料的单效蒸发相差不多，因此对于沸点进料的单效蒸发2022-7-264 换热面积换热面积()1ssKA TTSrF=-=基于换热基本方程和蒸汽的汽化热热流量可表示为：基于换热基本方程和蒸汽的汽化热热流量可表示为：()()11sssSrAK TTK TTF=-因此，换热面积可表示为：因此，换热面积可表示为：2022-7-26例：例：用单效率蒸发器将糖汁由质量分数用单效率蒸发器将糖汁由质量分数0.1浓缩到浓缩到0.45。进料进料液流量液流量1000 kg/h，进料液温度，进料液温度15，蒸发器内料液沸点，蒸发器内料液沸点80，加热蒸汽温度加热蒸汽温度115。糖汁的比定压热容。糖汁的比定压热容4 kJ

13、/(kgK)，蒸发器，蒸发器总传热系数总传热系数 2.84 kW/(m2K)，已知已知 80 和和 115 水蒸气的水蒸气的汽化热分别为汽化热分别为 2 308 kJ/kg和和 2 219 kJ/kg。计算：。计算：(1)每小时料液的蒸发量。每小时料液的蒸发量。(2)每小时加热蒸汽的消耗量。每小时加热蒸汽的消耗量。(3)加热蒸汽的经济性。加热蒸汽的经济性。(4)蒸发器的换热面积。蒸发器的换热面积。2022-7-26解：解：()0.111 0001750 kg/h0.4FPVFww骣骣=-=-=桫桫(1)(2)()()()17502 308 1 000+10004 0008015 =2 219

14、1 000 =897.25 kg/hvFFsVrFcTTSr+-=创创-(3)750/897.25183.59%eV S=(4)()()21897.2512 219 1 0003 6005.56(m)2 840115-80ssSrAK TT创=-2022-7-26 第三节第三节第三节第三节第三节第三节 多效蒸发多效蒸发多效蒸发多效蒸发多效蒸发多效蒸发一、多效蒸发操作流程一、多效蒸发操作流程二、多效蒸发的计算二、多效蒸发的计算2022-7-26一、多效蒸发操作流程一、多效蒸发操作流程一、多效蒸发操作流程一、多效蒸发操作流程一、多效蒸发操作流程一、多效蒸发操作流程 多效蒸发多效蒸发 操作流程操作流

15、程 平流法 逆流法 顺流法顺流法2022-7-262022-7-262022-7-262022-7-26二、多效蒸发的蒸汽经济性二、多效蒸发的蒸汽经济性二、多效蒸发的蒸汽经济性二、多效蒸发的蒸汽经济性二、多效蒸发的蒸汽经济性二、多效蒸发的蒸汽经济性123450.00.51.01.52.02.53.03.5 eNumber of effect2022-7-26三、多效蒸发的计算三、多效蒸发的计算三、多效蒸发的计算三、多效蒸发的计算三、多效蒸发的计算三、多效蒸发的计算1FPVFww骣=-桫11=FFFVww-212=FFFVVww-1 总蒸发量和各效出料浓度总蒸发量和各效出料浓度3123=FFFV

16、VVww-2022-7-262 加热蒸汽消耗量和各效蒸发量加热蒸汽消耗量和各效蒸发量11111sFFrTTVSFcrr-=+()22122FwVSFcc Vbh轾=+-臌()331233FwVSFccVVbh轾=+-+臌2022-7-263 各效换热面积各效换热面积22 222222S rAKTKTF=DD11 111111S rAKTKTF=DD33 333333S rAKTKTF=DD2022-7-26 第四节第四节第四节第四节第四节第四节 蒸发器蒸发器蒸发器蒸发器蒸发器蒸发器一、循环型蒸发器一、循环型蒸发器二、非循环型蒸发器二、非循环型蒸发器2022-7-26一、循环型蒸发器一、循环型蒸

17、发器一、循环型蒸发器一、循环型蒸发器一、循环型蒸发器一、循环型蒸发器 循环型蒸发器循环型蒸发器 外加热式蒸发器外加热式蒸发器 悬筐式蒸发器悬筐式蒸发器 中央循环管蒸发器中央循环管蒸发器2022-7-26中央循环管蒸发器中央循环管蒸发器优点优点结构简单，操作可靠，投资结构简单，操作可靠，投资费用较少，传热效果较好。费用较少，传热效果较好。缺点缺点清洗和检修较麻烦，料液循清洗和检修较麻烦，料液循环速率较低，为环速率较低，为0.5m/s以下。以下。2022-7-26优点优点加热室可由蒸发器顶端取加热室可由蒸发器顶端取出，便于清洗和检修；料出，便于清洗和检修；料液 循 环 速 率 较 快，为液 循 环

18、 速 率 较 快，为 1-1.5m/s。缺点缺点结构较为复杂，因此投资结构较为复杂，因此投资费用稍高。费用稍高。悬筐式蒸发器悬筐式蒸发器2022-7-26外加热式蒸发器外加热式蒸发器优点优点避免了料液在管内析出晶避免了料液在管内析出晶体，阻塞管道；分离室独体，阻塞管道；分离室独立可改善气液分离条件；立可改善气液分离条件；操作灵活，可使几个加热操作灵活，可使几个加热室公共一个分离室。室公共一个分离室。缺点缺点投资费用稍高。投资费用稍高。2022-7-26二、非循环型蒸发器二、非循环型蒸发器二、非循环型蒸发器二、非循环型蒸发器二、非循环型蒸发器二、非循环型蒸发器 非循环型蒸发器非循环型蒸发器 板式

19、蒸发器蒸发器 刮膜蒸发器蒸发器 长管式蒸发器长管式蒸发器2022-7-26长管式蒸发器长管式蒸发器升膜蒸发器升膜蒸发器(左左)和降膜蒸发器和降膜蒸发器(右右)2022-7-26膜分布器膜分布器升膜蒸发器的缺点升膜蒸发器的缺点 料液在管下部积存，造成静压效应，进而影响传热，延料液在管下部积存，造成静压效应，进而影响传热，延长了料液在管内的停留时间，容易产生结垢现象。长了料液在管内的停留时间，容易产生结垢现象。降膜蒸发器的优点降膜蒸发器的优点 无静压效应，传热温差大，物料沸点均匀，传热系数高，无静压效应，传热温差大，物料沸点均匀，传热系数高，停留时间短，不易结垢。停留时间短，不易结垢。2022-7-26 刮膜蒸发器刮膜蒸发器优点优点料液在蒸发器内停留时间料液在蒸发器内停留时间短，不结垢，可用于黏度短，不结垢，可用于黏度很高的液体的浓缩。很高的液体的浓缩。缺点缺点投资费用高，并且生产能投资费用高，并且生产能力小，仅用于后道浓缩。力小，仅用于后道浓缩。