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1、2020 3 29 第六章蒸发 第一节蒸发概述第二节单效蒸发第三节多效蒸发第四节蒸发设备 2020 3 29 第一节蒸发概述 一 食品物料的蒸发的目的二 食品物料蒸发的特点三 食品物料蒸发的基本过程四 常压蒸发和真空蒸发五 单效蒸发和多效蒸发六 间歇蒸发和连续蒸发 2020 3 29 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 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 提高制品溶质浓度 以增强制品的耐贮性 2020 3 29 二 食品物料蒸发浓缩的特点 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 含有高糖和高果胶等成
2、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 2020 3 29 三 蒸发的基本过程 2020 3 29 四 常压蒸发和真空蒸发 1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气压力的蒸发过程 2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蒸发过程 2020 3 29 3真空蒸发的优点和缺点3 1优点蒸发温度低 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 增大了蒸发器的传热温差 进而可降低所需
3、传热面积 操作温度低 蒸发器的热损失小 3 2缺点由于蒸发温度低 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 2020 3 29 4单效蒸发和多效蒸发4 1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泠凝 这样的蒸发过程称为单效蒸发 4 2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 2020 3 29 5间歇蒸发和连续蒸发5 1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 当溶液的浓度达到规定的要求时 停止蒸
4、发过程 该蒸发过程称为间歇蒸发 5 2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 2020 3 29 第二节单效蒸发 一 蒸发的传热温差二 单效蒸发的计算 2020 3 29 一 蒸发器的传热温差 传热壁两侧理论最大可能温差 传热壁两侧实际有效传热温差 引起温差损失 的原因主要有三方面 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蒸汽流动阻力和热损失引起的温差损失 2020 3 29 1液层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
5、损失比较突出 2020 3 29 2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 Kb 沸点升高常量 若水为溶剂 Kb 0 51kg K mol mb 溶质的质量摩尔浓度 mol kg 2020 3 29 减压下沸点升高按吉辛柯公式计算 T 某压力下水的沸点 K 某压力下水的汽化热 J kg 常压下溶液的沸点升高 K 食品料液的 可近似用糖液数据代替 见教材205页 2020 3 29 二 单效蒸发的计算 1蒸发量 总物料衡算式 固形物衡算式 上两式联立可得 2020 3 29 2加热蒸汽消耗量 rv 二次蒸汽的汽化热 J kgrs 加热蒸汽的汽化热 J kgcF 原料液的比定压
6、热容 J kg K TF 进料温度 KT1 料液沸点温度 K 2020 3 29 3加热蒸汽的经济性 如果是沸点进料 即TF T1 则 一般情况下 rs和rv相差不多 因此对于沸点进料的单效蒸发 2020 3 29 4换热面积 基于换热基本方程和蒸汽的汽化热热流量可表示为 因此 换热面积可表示为 2020 3 29 例 用单效率蒸发器将糖汁由质量分数0 1浓缩到0 45 进料液流量1000kg h 进料液温度15 蒸发器内料液沸点80 加热蒸汽温度115 糖汁的比定压热容4kJ kg K 蒸发器总传热系数2 84kW m2 K 已知80 和115 水蒸气的汽化热分别为2308kJ kg和221
7、9kJ kg 计算 每小时料液的蒸发量 每小时加热蒸汽的消耗量 加热蒸汽的经济性 蒸发器的换热面积 2020 3 29 解 1 2 3 4 2020 3 29 第三节多效蒸发 一 多效蒸发操作流程二 多效蒸发的计算 2020 3 29 一 多效蒸发操作流程 多效蒸发操作流程 平流法 逆流法 顺流法 2020 3 29 2020 3 29 2020 3 29 2020 3 29 二 多效蒸发的蒸汽经济性 2020 3 29 三 多效蒸发的计算 1总蒸发量和各效出料浓度 2020 3 29 2加热蒸汽消耗量和各效蒸发量 2020 3 29 3各效换热面积 2020 3 29 第四节蒸发器 一 循环
8、型蒸发器二 非循环型蒸发器 2020 3 29 一 循环型蒸发器 循环型蒸发器 外加热式蒸发器 悬筐式蒸发器 中央循环管蒸发器 2020 3 29 中央循环管蒸发器 优点结构简单 操作可靠 投资费用较少 传热效果较好 缺点清洗和检修较麻烦 料液循环速率较低 为0 5m s以下 2020 3 29 优点加热室可由蒸发器顶端取出 便于清洗和检修 料液循环速率较快 为1 1 5m s 缺点结构较为复杂 因此投资费用稍高 悬筐式蒸发器 2020 3 29 外加热式蒸发器 优点避免了料液在管内析出晶体 阻塞管道 分离室独立可改善气液分离条件 操作灵活 可使几个加热室公共一个分离室 缺点投资费用稍高 2020 3 29 二 非循环型蒸发器 非循环型蒸发器 板式蒸发器 刮膜蒸发器 长管式蒸发器 2020 3 29 长管式蒸发器 升膜蒸发器 左 和降膜蒸发器 右 2020 3 29 膜分布器 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 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 2020 3 29 刮膜蒸发器 优点料液在蒸发器内停留时间短 不结垢 可用于黏度很高的液体的浓缩 缺点投资费用高 并且生产能力小 仅用于后道浓缩
