第七章 蒸发与结晶

三、多效蒸发
• 多效蒸发 ？ • 多效蒸发的特点？
（一）多效蒸发操作的流程
1、并流加料多效蒸发
• 并流加料多效蒸发？ • 并流加料多效蒸发的 特点？
2、逆流加料多效蒸发
• 逆流加料多效蒸发？ • 逆流加料多效蒸发的 特点？
3、平流加料多效蒸发
• 平流加料多效蒸发？ • 平流加料多效蒸发的 特点？
x0 W F (1 ) x
水分蒸发量为：
2、加热蒸汽消耗量的计算
• 物料作焓衡算（热量衡算）：
DH s Fh0 Lh WH Dhs Q1
加热蒸汽消耗量为：
( F W )h WH Fh0 Ql D H s hs
3、蒸发器传热面积的计算
• 蒸发器传热面积：
，
L1x1 L2 x2 ( L1 W2 ) x2
，
L2 x2 L3 x3 ( L2 W3 ) x3
各效蒸发器中溶液的浓度：
Fx0 x1 L1
L1 x1 x2 L2
L2 x2 x3 L3
⑵热量衡算式
若忽略热损失，对每一效进行热量衡算： 第一效 第二效 第三效
D(H1s h1s ) Fh0 L1h1 W1 H1
4、错流加料多效蒸发
• 错流加料多效蒸发？ • 错流加料多效蒸发的特点？
（二）多效蒸发的计算 • 1、多效蒸发的计算公式
⑴物料衡算式
• 对整个蒸发系统作物料衡算：
Fx0 ( F W ) x3
总水分蒸发量：
x0 W F 1 x 3

对各效作物料衡算：
Fx0 ( F W1 ) x1 L1x1
⑶传热速率方程式
传热速率方程：
Q KAt
各效的传热面积：
，
Q1 A1 K 1 t1
Q2 A2 K 2 t 2
Q3 A3 K 3 t 3
2、多效蒸发的计算方法
• ①计算总水分蒸发量、假设各效水分蒸 发量和估算各效蒸发器中溶液的浓度。 • ②估算各效温度差损失。 • ③估算总有效温度差和各效的温度差。 • ④估算各效中溶液的沸点和各效二次蒸 汽温度。 • ⑤计算生蒸汽消耗量和各效水分蒸发量。 • ⑥计算传热速率和各效传热面积。
L1c1T1 W1 ( H1 cwT2s ) L2c2t2 W2 H 2
L2c2T2 W2 ( H 2 cwT3s ) L3C3t3 W3 H3
生蒸汽用量为：
L1c1t1 Fc 0t 0 W1 H1 D H1s cwT1s
每一效的蒸发量：
D ( H 1s c wT1s ) Fc 0 t 0 L1c1t1 W1 H1
L1c1T1 W1 ( H 1 cwT2 s ) L2 c2t 2 W2 H2
L2 c2T2 W2 ( H 2 cwT3s ) L3C3t3 W3 H3
各效的传热速率为：
Q1 D(H1s cwT1s )
Q2 W1 (H1 cwT2s )
Q3 W2 ( H 2 cwT3s )
第七章 蒸 发与结晶
第一节蒸发
• 一、蒸发的基本概念
• 蒸发 ? • 蒸发的目的? • 生蒸汽 ? • 二次蒸汽 ?
蒸发过程的特点：
• ①溶液的特性 • ②能源消耗的特性
二、单效蒸发
• 单效蒸发?
（一）单效蒸发的计算
• 1、水分蒸发量的计算
物料衡算 :
Fx0 Lx ( F W ) x
四、冷冻浓缩
• 冷冻浓缩？
冷冻浓缩的 原理：
• 低共溶点 ？ • 水结晶过程？ • 水溶液浓度对操作的影响？
五、蒸发与冷冻浓缩设备
（一）蒸发设备
单效升膜式蒸发设备
• 主要组成：蒸发室、 分离器、雾沫捕集 器、水力喷射器、 循环管等部分组成。
单效升膜式蒸发设备的特点：
• ①传热性能高，物料停留时间短，适用于热敏 性溶液的浓缩； • ②汁液不回流或较少回流。 • ③高速的二次蒸汽具有良好的破沫作用，故尤 其适用于易起泡沫的料液；
• ④薄膜料的上升必须克服其重力与管壁的阻力， 故不适用于较浓溶液的蒸发。 • ⑤不适用粘度很大，易结晶或易结垢的物料。 • ⑥设计、制造和使用的要求都比较高。
（二）冷冻浓缩设备
1、悬浮结晶法设备
• 悬浮结晶法是让物料 溶液在刮板换热器内 过冷，然后流入结冰 罐内长大成冰晶。其 特征为无数自由悬浮 于母液中的小冰晶， 在带搅拌的低温罐中 长大并不断排除，使 母液浓度增加而实现 浓缩。
热量衡算：
GF hF Q GS hS GR hR GC hC
3、溶液结晶设备
⑴立式冷却结晶釜
• 组成：结晶釜、外 夹套（或内螺旋 管）、搅拌器和出 料阀等部分组成。
(2)卧式冷却结晶槽
• 组成：主要由结晶槽、冷却夹套、搅拌 器和排料阀组成。
三、结晶操作在工业中的应用
• ①结晶操作在食品原料和添加剂的生产 中有着极其重要的地位。 • ②在医药、染料、精细化工生产中, 虽然 结晶态产品产量相对较低，但具有异常 重要的地位以及高额的产值。 • ③在冶金工业、材料工业中，结晶亦是 关键的单元操作。 • ④值得注意的新动向是在高新技术领域 中，结晶操作的重要性与日俱增。
2、晶体成长
• 晶体成长？ • 影响晶体成长速率的因素？
3、晶习
• 晶习 ？
4、再结晶现象
• 再结晶现象ຫໍສະໝຸດ Baidu？
（四）溶液结晶
1、溶液结晶类型
冷却结晶 溶液结晶类型 蒸发结晶
2、物料衡算和热量衡算
总物料衡算：
GF GC GR GS
溶质的物料衡算：
GF wF GC wC GR wR GS wS
悬浮结晶法设备的特点：
• ①产品品质好。 • ②投资大和生产成本较高。
六、蒸发操作在工业中的应用
• ①在干燥食品的制造中，以蒸发浓缩作为干燥 的前处理操作。例如用鲜乳液制作奶粉，需先 进行蒸发浓缩，再进行喷雾干燥。 • ②蒸发浓缩作为结晶操作的前处理操作。
• ③在蒸发浓缩过程中使制品改变物性，以得到 物性及风味独特的制品。例如果酱类及馅类的 浓缩。 • ④蒸发浓缩可提高食品的浓度和保藏性，降低 运费。例如果汁的蒸发浓缩。
L1h1 W1 ( H1 h2s ) L2 h2 W2 H 2
L2 h2 W2 ( H 2 h3s ) L3 h3 W3 H 3
若忽略浓缩热：
h1s cwT1s
第一效 第二效 第三效
h0 c0T0
h1 c1t1
合并以上各式得：
D(H1s cwT1s ) Fc0t0 L1c1t1 W1H1
第二节结晶
• 一、基本概念 • 结晶？ • 结晶的特点？
二、结晶原理
（一）晶体的特性
• 晶体的特征？ • 晶格 ？ • 晶习？
（二）结晶过程的相平衡与溶解度曲 线
• 结晶过程的相平衡？
溶解度曲线
• 表示溶解度与温度 关系的曲线
（三）结晶机理
1、晶核生成
• 晶核生成 ？ • 影响晶核生成速率的因素？
Q A K t m
（二）蒸发操作中的温度差损失
• 总温差： 有效温差 ：
tT Ts Tk
t Ts t
温差损失Δ：
tT t (Ts Tk ) (Ts t ) t Tk
引起温差损失的原因：
• 1、由于溶液的蒸汽压下降，引起沸点升 高，产生温度差损失。 • 2、由于液柱静压效应，引起溶液沸点升 高，产生温度差损失 。 • 3、由于蒸汽流动中磨擦阻力等，产生温 度差损失 。