蒸发原理

5、间歇和连续蒸发
间歇蒸发： （1） 一次进料，一次出料； （2）连续进料，一次出料； 使料液面保持不变。 蒸发器内溶液浓度、沸点、传热温度差、传热系数等随时 间的变化而变化，非稳态操作
连续蒸发： 连续加料，连续放料，蒸发器内溶液浓度、沸点、传热温 度差、传热系数等不随时间的变化而变化，属稳态操作。
五、蒸发操作流程：
蒸发过程：
加热料液使溶剂沸腾汽化 （蒸发器中），不断去除 汽化产生的水蒸气（冷凝 器中）； 不凝性气体：料液中的溶 解空气或系统减压时从周 围环境中漏入的空气。由 分离器和缓冲罐经真空泵 抽出。
第二节 单效蒸发
一、溶液的沸点升高和温度差损失
溶液的沸点升高：一定压强下，溶液的沸点较纯水高，两
3、热泵蒸发： 提高二次蒸汽的压力和温度，重新用作蒸发的加热蒸汽，称 热泵蒸发或蒸汽再压缩蒸发。 热泵：消耗一部分高质能（机械能、电能）或高温位热能为 代价，通过热力循环，将热由低温物体转移到高温物体的 能量利用装置。 • 蒸汽喷射热泵：将二次蒸汽吸入后与高温高压蒸汽混合达 到需加热蒸汽的压力和温度。 • 机械压缩热泵：利用压缩机将二次蒸汽压缩，提高其压力 和温度，重新用作加热蒸汽。
者之差，称为溶液的沸点升高。
稀溶液或有机溶液沸点升高值较小，无机盐溶液较大。 对于同一种溶液，沸点升高值随溶液浓度及蒸发器内液柱高
度而异，浓度越大，液柱越高，沸点升高值越大。
溶液沸点升高的计算公式：
Fra Baidu bibliotek
t T
式中 Δ——溶液的沸点升高，℃ t ——溶液的沸点，℃
T/——与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的
固体产物，
二、加热蒸气和二次蒸气
蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常 为水蒸气，而蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生 的蒸气也是水蒸气。为了易于区别，前者称为加热蒸
气或生蒸气，后者称为二次蒸气。
三、分类
1、按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发 2、闪蒸：闪急蒸发（flash evaporation）： 是一种特殊的减压蒸发，将热溶液的压力降到低于溶液温度 下的饱和压力，则部分水将在压力降低的瞬间沸腾汽化。 优点：避免在换热面上生成垢层，闪蒸不需要加热，热量来 自自身放出显热。
食品工程原理 ——蒸发
张亮
第一节
一、蒸发的定义
1、定义：
概述
使含有不挥发性溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸气，从而使溶液
中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发，所用的设备称为蒸发器。
2、 蒸发操作的目的：
① 获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品。 ② 脱除溶剂，将溶液增溶至饱和状态，随后加以冷却，析出 即采用蒸发，结晶的联合操作以获得固体溶质。 ③ 除杂质，获得纯净的溶剂。
饱和温度，℃
在文献和手册中，可以查到常压（1atm）下某些溶液在不同浓度时的 沸点数据。非常压下的溶液沸点则需计算。
2 液柱静压强引起的温度差损失
液层内的溶液的沸点高于液面的，液层内部沸点与表面沸点之差即为因 液柱静压强而引起的温度差损失。 简化处理：计算时以液层中部的平均压强pm及相应的沸点tAm为准，中 部的压强为：
饱和温度，℃
传热温度差损失：在一定操作压强条件下溶液的沸点升高。
蒸发操作中，当加热蒸气温度一定时，由于溶液的沸 点升高，使蒸发器中的传热有效温度差小于未考虑沸点升 高时理论上的传热温度差，由于沸点升高使传热温度差降 低，故溶液的沸点升高又称为传热的温度差损失。
蒸发过程中引起温度差损失的原因有：
（1）因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失Δ′；溶液中含有不挥发物质 ,在相同条件下,其蒸汽压比纯水的低,沸点比纯水的高. （2）因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失Δ″；处于不同深度处的溶液 受到不同的静压强,内部的静压强比液面的高. （3）因管路流体阻力而引起的温度差损失 Δ″' 。
pm p
gl
2
式中 pm——液层中部的平均压强，Pa
p′——液面的压强，即二次蒸气的压强，Pa
l——液层深度，m
常根据平均压强pm查出纯水的相应沸点tpm，故因静压强而引起的温度差
损失为：
Δ″=tpm-tp′
式中 tpm ——与平均压强pm相对应纯水的沸点，℃
tp′——与二次蒸气压强p′相对应的水的沸点，℃
四、蒸发操作的特点
1、传热性质：属于壁面两侧流体均有相变化的恒温 传热过程。 2、溶液性质：热敏性、腐蚀性、结晶性、结垢性、泡沫、粘度、 挥发性风味物质等。 3、沸点升高：当加热蒸气一定时，蒸发溶液的传热温度差要小 于蒸发纯水的温度差。 4、泡沫挟带：二次蒸气中带有大量泡沫，易造成物料损失和冷 凝设备污染。 5、能源利用：二次蒸气的利用是蒸发操作中要考虑的关键问题之 一。
二、单效蒸发的计算
单效蒸发的计算项目有：
（1）蒸发量； （2）加热蒸气消耗量；
（3）蒸发器的传热面积
通常生产任务中已知的项目有： （1）原料液流量、组成与温度；
4、按二次蒸气的利用情况分：单效和多效蒸发
单效蒸发(single-effect evaporation)：
将二次蒸气不在利用而直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸发操作。
多效蒸发(multiple-effect evaporation)：
若将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为加热蒸气，则可
提高加热蒸气（生蒸气）的利用率，这种串联蒸发操作称为多效 蒸发。
影响Δ″的因素：
（1）沸腾时液层内混有气泡，液层的实际密度较计算公式所用的纯液体 密度要小，使得算出的Δ″值偏大； （2）当溶液在加热管内的循环速度较大时，就会因流体阻力使平均压强 增高。
3、蒸汽流动的能量损失：
采用多效蒸发时，二次蒸气在离开前一效蒸发室流
往后一效加热室的过程中要克服管道的流动阻力，从 而导致蒸汽温度下降。此项温度差损失与蒸汽的流速、 物性和管道的尺寸有关，一般取0.5~1.5℃。
多效蒸发中,由于管道阻力使二次蒸汽的压强稍有降低,温度也相应下降,一般 约 1度 .
总温度差损失为：

（6-2）
1 溶液的蒸汽压下降引起的温度差损失
t A T
式中 作压强有关。
（6-1）
tA——溶液沸点，℃，主要与溶液的类别、浓度及操 T′——与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的