蒸发

将溶液加热，使其中部分溶剂气化并不断去除，以提高溶液中的溶质浓度的过程即蒸发。

一、蒸发原理与目的

蒸发原理:蒸发是溶液浓缩的单元操作。它采用加热的方法，使溶有不挥发性溶质的溶液沸腾，其中的部分溶剂被气化除去，而溶液得到浓缩。

蒸发目的：

1. 制取浓缩产品--如浓缩果汁、蔬菜汁。

2. 获得饱和溶液，冷却后使溶质结晶--味精、白糖、精制盐。

3. 制取纯溶剂--蒸馏水、海水淡化等。

从目的看：是使溶剂和溶质分离，属化工分离，传质过程。

从机理看：溶剂分离出来的速率直接取决于供热量或供热速率，属传热过程。

二、基本流程图

热源：水蒸汽，一般称为加热蒸汽。

二次蒸汽：当蒸发的物料为水溶液时，蒸发产生的

溶剂蒸汽，亦称为水蒸气。

注意：

加热蒸汽温度高于二次蒸汽温度。

料液、加热蒸汽分别在管内、管外流动。

二次蒸汽是否利用可将操作分为单效或多

效蒸发。

蒸发过程进行的必要条件:不断提供热源

(加热蒸汽);不断排除二次蒸汽。

三、蒸发过程的特点与方法

特点：(1) 传热性质传热壁面一侧为加热

蒸汽进行冷凝，另一侧为溶液进行沸腾，故属于壁面两侧流体均有相变化的恒温传热过程。

(2) 溶液特性有些物料浓缩时易于结晶，结垢；有些热敏性物料由于沸

点升高更易于变性；有些则具有较大的粘度或较强的腐蚀性等。

(3) 溶液沸点的改变由于不挥发溶质的存在，溶液的蒸气压低于同温度

下纯溶剂的蒸气压。因此，在相同压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点，这种现象称为溶液的沸点升高。溶液的沸点升高导致蒸发的传热温度差的降低。

(4) 泡沫夹带二次蒸汽常夹带大量液沫，须除去。

(5) 能源利用利用二次蒸汽产生的潜热是须考虑。

食品工业蒸发的特点

1.热敏性要求低温短时,采用真空蒸发器及液膜式蒸发器

2.腐蚀性设备防腐,不锈钢

3.粘稠性采用外力强制循环或加搅拌

4.发泡性食品沸腾时形成泡沫,加入表面活性剂或采用机械

装置消泡

5.挥发性∵芳香成分和风味成分易挥发

6.结垢性食品中Ca、Mg离子浓缩后产生沉淀；蛋白质、糖、果胶等到受热过度后变性、结块、焦化等；均形成垢层

蒸发的分类

●自然蒸发--溶液中的溶剂在低于沸点下汽化，例如海盐的晒制。

●沸腾蒸发--使溶液中的溶剂在沸点时汽化，在溶液各个部分都同时发生汽化

现象。

●沸腾蒸发的速率远超过自然蒸发速率。

蒸发操作的方法

1.常压蒸发和减压蒸发（又称真空蒸发）

减压(真空)蒸发时，不凝性气体用真空泵抽走，其特点：溶液沸点低。

真空操作优点：

①可利用低温热源；

↑, S↓；

②采用同样的热源温度△t

m

③有利于处理热敏性物质；

④系统热损失小。

缺点：

①溶液粘度增大，总传热系数↓

②系统投资和操作费用大。

2.单效蒸发和多效蒸发

单效----二次蒸汽直接冷凝，不利用其冷凝热的操作。（二次蒸汽未被利用）

多效----二次蒸汽引到下一蒸发器作为加热蒸汽，利用其冷凝热。（节省加热蒸汽用量）

3.间歇蒸发和连续蒸发

间歇蒸发----一次进料，一次出料，非稳定过程，适用小批量，多品种生产。连续蒸发----连续进料，连续出料，稳定过程，适用大批量生产。

四、蒸发设备

基本构成：蒸发器，冷凝器，除沫器等。

蒸发器主要由加热室及分离器组成，按加热室结构和操作溶液流动情况，可分为:

1.循环型（非膜式）

2.单程型（膜式）

3. 直接加热蒸发器

1. 循环式蒸发器（非膜式）

特点：溶液在蒸发器中做循环流动，蒸发器内溶液浓度基本相同，接近于完成液的浓度。操作稳定。

此类蒸发器主要有: (1)中央循环管式(标准式)

(2)悬筐式蒸发器 (3)列文式蒸发器

(4)外热式蒸发器 (5)强制循环蒸发器

(1)中央循环管式(标准式)

结构和原理：下部的加热室由垂直管束组成，中间由

一根直径较大的中央循环管。当管内液体被加热沸腾

时，中央循环管内气液混合物的平均密度较大；而其

余加热管内气液混合物的平均密度较小。在密度差的

作用下，溶液由中央循环管下降，而由加热管上升，

做自然循环流动。溶液的循环流动提高了沸腾表面传

热系数，强化了蒸发过程。

特点：自然循环，溶液循环好，传热效率高，

结构紧凑，制造方便，操作可靠。循环=0.4～

0.5m/s。

适用于处理结垢不严重、腐蚀性较小的溶液。

(2)悬筐式蒸发器

结构：如图5.2.2，其加热室像篮筐，悬挂在

蒸发器壳体的下部，加热蒸气由顶部引入，在

管间加热管内的溶液。其原理和中央循环管式

相同，但溶液沿悬筐外壁和外壳体内壁所形成

的环隙向下做循环流动。循环速度略大。

优点：适用于易结晶、结垢溶液的蒸发；热损

失较小。

缺点：结构复杂，单位传热面的金属消耗量较

多。

(3) 列文式蒸发器

结构特点：在加热室之上增设2.7～5米高的沸

腾室。

原理：由于沸腾室内液柱静压力的作用，加热管

内的溶液只升温不沸腾，升温后的溶液上升至沸腾室时，

压力降低，沸腾气化。这样，就将溶液的沸腾气化由加

热室转移到没有传热面的沸腾室，另外，其循环管的截

面积约为加热管总截面积的2～3倍，溶液流动阻力小，

因而循环速度可达1.5～2.5m/s。

优点：可显著减轻和避免加热管表面的结晶和结

垢，较长时间不需要清洗，传热效果较好。

缺点：由液柱静压力引起的温度差损失较大，要

求加热蒸气有较高的压力；设备庞大，消耗材料多，需要高大的厂房。

(4)外热式蒸发器

结构：如图5.2.3。

特点：加热室装于蒸发室之外；采用了长加热

管（管长与管径之比为50～100）；液体下降管（也

称循环管）不再受热；

优点：循环速度较大（可达1.5m/s）；加热室便

于清洗和更换。

（1）~（4）为自然循环型蒸发器：加热室与循

环管内溶液间的密度差而产生溶液的自然循环

运动。

缺点：循环速度小，传热效果差。