第5章真空蒸发4

第五章 真空蒸发装置
第七节蒸发器的辅助设备 3、选择捕集器的条件： 捕集器的选择，必须考虑下面几个条件。 (1)汽液分离效果好。 (2)阻力小，即压力损失少。 (3)汽液得到分离后，回流液进入蒸发室内具有较 好的结果，不会使回流液在回到蒸发室的途中再 次被二次蒸汽带走。 (4)捕集器结构简单，体积及其尺寸小，金属耗量 低。 (5)生产结束时容易拆洗，没有死角。
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第七节蒸发器的辅助设备 二、冷凝器 3、冷凝器的结构、工作原理、流程： (2)大气式冷凝器：(干式高位逆流冷凝器) ①工作原理： 1—真空浓缩锅 2—干式真空泵 3—冷却水泵 4—水池 5—大气式冷凝器 6—汽水分离器 7—气压式真空腿
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第七节蒸发器的辅助设备 二、冷凝器 3、冷凝器的结构、工作原理、流程： ②结构： 冷凝器体是一个用钢板制成的圆筒。直径为 400—2000(毫米)，高度1200～5000(毫米)，内 部装有淋水板常见的如图(5—36)，板数一般为 3～8块，板上有孔眼或无孔眼，孔眼直径为2～ 5(毫米)，每块淋水板的面积为冷凝器断面积的 60～75％。
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真空蒸发装置的附属设备，主要包括捕集器 (或称捕沫器、捕汁器)，冷凝器，水力喷射器及 机械式抽真空泵和热能压缩机等。 一、捕集器 它一般安装在蒸发设备蒸发室的顶部或侧面， 其目的防止蒸发过程中形成极细微液滴被上升的 二次蒸汽流带走，使汽液很好的得到分离，减少 料液的损失，可以由此防止污染管道及其它蒸发 器的加热面。
第七节蒸发器的辅助设备 1、造成液沫的主要原因： (1)由于蒸发过程中受热，在低压下操作，使 溶液表面张力发生变化。生成大量的气泡沫。而 且这时不少气泡不易破裂。泡上加泡。最后甚至 会充满蒸发空间，无法操作。 (2)二次蒸汽的高速运动．使极细微液滴随行上 升。带至室外，造成损失和污染。 (3)料液以超过蒸发的沸腾温度进料。自身膨胀 蒸发，形成大量飞沫， 由于它们的体积发生突 然的膨胀，夹带液沫逸出，在真空度较高的蒸发 设备，多效蒸发的最终一效最易发生。
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第七节蒸发器的辅助设备 二、冷凝器 1、冷凝的主要目是： ①将真空浓缩所产生的二次蒸汽进行冷凝 将其中之不凝结气体(如空气、二氧化碳等)分离 以减轻抽真空系统的容积负荷； ②同时保证一定要求的真空度。如绝对压强 140.4(毫米汞柱)60℃之饱和水蒸汽比容每公斤 为7673(升)。而冷凝后之冷凝液，体积仅是 1.017(升)，相差达7000倍。
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第七节蒸发器的辅助设备 (5)水力喷射冷凝器：
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(5)水力喷射冷凝器： 操作过程：离心水泵将水压入喷咀后，由于 喷咀断面积小速度快(15—30米／秒)射入混合室 及扩散室而到排水管中在喷咀出口处形成低压区 这样会不断的吸入二次蒸汽。因二次蒸汽与冷却 水间有温差，混合后产生热交换，二次蒸汽温度 降低，被冷却为冷凝水，与不凝性气体随冷却水 一同排出，这样就完成了二次蒸汽的冷凝，又能 起抽真空的作用，(要求供水压力稳定)，结束时， 应先破坏真空，然后再关离心水泵。
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第七节蒸发器的辅助设备 二、冷凝器 (2)直接冷凝法 这种方法在上是用冷水与二次蒸汽直接混合 而使二次蒸汽冷凝，工厂中常用的直接冷凝器有 干式高位逆流冷凝器和低位湿式冷凝器及喷射式 冷凝器等。 冷凝器是真空浓缩装置中主要的附属设备之 一，现将乳品中常遇到的冷凝器分述如下。
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第七节蒸发器的辅助设备 二、冷凝器 2、分类： 二次蒸汽一般采用冷水进行冷凝，方法如下 (1)一种是间接冷凝法，它是采用间接冷凝器 (如蛇管式，列管式)，冷却水与二次蒸汽不直接 接触，这样蒸汽冷凝液不会被水弄脏，使冷凝液 能回收. 二次蒸汽一般走管内，流速一般选10— 15(米／秒) ，冷凝液在一般管外，冷水在管内， 则水的流速为1.5-2.5(米／秒)．
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(3)并流式冷凝器： 结构如图5—3 8所示，冷却水网格中喷出， 其流动方向与二次蒸汽流动方向相同，故称之并 流冷凝器一般与湿式真空泵配套使用。 特点：二次蒸汽温度与冷却水终了温度相差5— 6℃，可见冷却水利用率设有逆流式混合冷凝器 经济，另外一方面它必须与湿式真空泵配套使用， 而湿式真空泵结构笨重，效率低，这种设备已属 淘汰产品，乳品厂也不见采用。
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第七节蒸发器的辅助设备 (3)并流式冷凝器：
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(5)水力喷射冷凝器： 它由水力喷射器及离心泵所组成，操作时兼有 冷凝及抽真空两种作用。 结构及工作原理，结构如图5—3 9所示，为水 力喷射器结构，由图中可见，它是由喷咀、吸气 室、混合室、扩散室等部分所组成的，工作时通 过离心水泵的动力将水压入喷咀，为了防止高速 水流的冲击作用，故在吸气室内装有流体导向板， 对水流起缓冲及分配作用。
第七节蒸发器的辅助设备 二、冷凝器 3、冷凝器的结构、工作原理、流程： (1)表面式冷凝器(间接冷凝器：如图5—35中(2) 所示，工作原理与一般管壳式热交换器相同，因 是通过一层传热壁间接传递热量的，再加上壁垢 的生成使传递热量两边的温度差较大，即二次蒸 汽与冷却水的终温可能温差达10—12℃，除非冷 凝液要回收，冷却水的使用是不经济的，故一般 情况下较少采用。
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第七节蒸发器的辅助设备 二、冷凝器 3、冷凝器的结构、工作原理、流程： ②结构： 气压真空腿的高度计算可应用下式 H=10.33—hK+∑hw+hz （M） 式中：hk—冷凝器内之绝对压力 , (M水柱) ∑hw—降水管中之阻力总和(约为0.1～ 0.2M水柱) hz——补充高度，在正常条件下为0.5M 水柱(在计算值后加)
双效蒸发器的计算步骤 1.先假定各效加热面积相等。 2.估算各效的浓度： 假定蒸发量：W1:W2:W3=1 : 1.1 : 1.2 3.初步确定各效沸点： 根据经验确定各效的压强降相等，若温度差 损失不能忽略时，则计算损失，再求各效溶 液的沸点。 4.求各效的蒸发量和传热量： 根据热量衡算，求各效的蒸发量和传热量。 5.根据传热量计算各效的传热面积，若面积不 相等，则重新分配有效温差，重复4，5步， 直到各效的传热面积相等为止。
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第七节蒸发器的辅助设备 2、捕集器的结构形式 在工业生产上，捕集器的工作原理不同，类型 就有很多， 但是把它们总结和归纳后，可发现 不外乎为惯性型、离心型及表面型三太类。现分 述如下 (1)惯性型：如图5—34中(1)及(2)和(5)所示， 它是在二次蒸汽高速上升运动时，突然改变其运 动方向，让二次蒸汽与若干档板相碰撞，液体本 身因质量大惯性大，不易改变运动方向，向前不 断与档板碰撞。速度很快降下来，动能减小，使 液体与二次蒸汽得到分离。
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第七节蒸发器的辅助设备 二、冷凝器 3、冷凝器的结构、工作原理、流程： ②结构：
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第七节蒸发器的辅助设备 二、冷凝器 3、冷凝器的结构、工作原理、流程： ②结构： 大气式冷凝器是利用冷却水与二次蒸汽直接 接触时进行冷凝。一般为逆流方式，冷却水之排 出利用气压真空腿。故冷凝器需架设于适当之高 度(10～11M)，以利排水，不凝缩气体是用干式 真空泵从冷凝器顶部抽出的。
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第七节蒸发器的辅助设备 2、捕集器的结构形式 (1)惯性型： 为了提高分离效果，要求容器的直径比二次 蒸汽入口直径大2.5～3倍。在正常操作时效果尚 好，缺点是阻力大，压力损失大。
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第七节蒸发器的辅助设备 2、捕集器的结构形式 (2)离心型： 如图5—34中(3)所示，其形状与旋风分离器 相似．二次蒸汽沿分离器的壳壁呈切线方向进入， 因此汽流产生回旋运动。液滴本身因质量大被甩 至外璧，使之产生摩擦，速度下降，动能减少。 液滴沿壁回流下来到蒸发器内参加蒸发。此种形 式的捕集器，必须要求二次蒸汽速度大(一般在 12—30米／秒)的才能充分发挥设备性能。其压 力损失也大(一般为40—100毫米汞柱)。
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第七节蒸发器的辅助设备 二、冷凝器 3、冷凝器的结构、工作原理、流程： ②结构： 由于这种冷凝器采用逆流方式，二次蒸汽温 度与冷却水之终温仅相差1～3℃，冷却水消耗量 较少，此外，结构简单，工作可靠。其缺点是架 设过高，需要较长之管道，安装检修不便。
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第七节蒸发器的辅助设备 二、冷凝器 3、冷凝器的结构、工作助设备 (5)水力喷射冷凝器： 喷射式冷凝器的特点 ①同时具有蒸汽的冷凝及抽真空的作用，在配 置上可省略一个真空系统减少设备投资和能源的 消耗。 ②喷射式冷凝器本身没有机械运转部件，结构 简单，造价低廉，适合小厂使用，运转可靠也不 需经常维护。 ③如果二次蒸汽具腐蚀性，也能适合使用。 ④正常运转费用低，不需要润滑油等消耗。
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第七节蒸发器的辅助设备 2、捕集器的结构形式 (2)离心型：
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第七节蒸发器的辅助设备 2、捕集器的结构形式 (3)表面型：如图5—34中(4)所示，它是二次 蒸汽通过多层金属网或者 磁圈等所构成的捕集器。 液滴被粘附在其表面， 二次蒸汽则通过，速度小， 压力损失小，一般只有几 个毫米汞柱，由于磁圈填 料或金属网，不易清洗， 在食品工业中较少采用。
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第七节蒸发器的辅助设备 4、计算： 捕集器的容积可按如下公式计算
W V VD A
式中： VD—蒸汽分离器的容积，米3。 W—水份蒸发量(即二次蒸汽量)公斤／h V—二次蒸汽的比容，米3／公斤 A—捕集器的容积负荷，一般离心式捕集 器A=4000-4500米3/时米3。其他类型的捕集器 A=8 000-12000米3/时米3
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第七节蒸发器的辅助设备 二、冷凝器 3、冷凝器的结构、工作原理、流程： (1)表面式冷凝器
1—真空浓缩锅 2—干式真空泵 3—冷却水泵 8—表面式冷凝器
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第七节蒸发器的辅助设备 二、冷凝器 3、冷凝器的结构、工作原理、流程： (2)大气式冷凝器：(干式高位逆流冷凝器) ①工作原理：冷凝器的流程如图(5—35)中(1)所 示，二次蒸汽由冷凝器的下侧进入，向上通过隔 板间隙，与从冷凝器上部进入的冷水逆流接触和 冷凝，从气压管排出。不凝结气体由冷凝器上端 排出，进入气液分离器将液滴分离后，再被抽真 空装置吸取排到大气中。因被抽真空装置吸入的 不凝结气体是没有液滴的，故称之为干式高位逆 流冷凝器。
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第七节蒸发器的辅助设备 (5)水力喷射冷凝器： 高速的液流(或称射流)夹带气体并能混合的 原理。 在任何自由湍急射流中．都呈现着旋动小质 团的不规则运动，这些小质团在其横向位移中， 穿越射流的边界，而与周围静止环境中的质量相 接触。当接触时，移动着的质量则把“动量”传 给周围的界层，因此使周围界层的质点产生谐振 运动，而归并于射流，附近空间的质点则渗进补 充，从而源源不断地将气体介质夹带排出。
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二、冷凝器 (4)低水位冷凝器：前面介绍过高位逆流混合冷凝 器。其中缺点之一就是太高，要安置在10—11米 位置上，为了降低大气脚(气压管)高度，可在它 的下面联接抽水泵，使其抽吸压头等于气压管降 低的高度，在顶端接干式真空泵或蒸汽喷射泵， 因高度降低了，可安装在厂房内部，但要求配具 有允许的真空吸头的抽水泵，管路联接要求严密， 以免发生冷却水倒灌入蒸发器内部的事故，在整 个冷凝器系统中，要配置干式真空泵和抽水泵， 投资费高，能量消耗也多。