食品工程原理第五章 蒸发

38 5 56 3.5 8 9 453.5 9P 6a 3
38 .4146
Δ "
2.2 0 7 3 T '
1.3 80l3n 0 6 .0(0p 7 m )5
38 .41 46 2.0 2 7 3 7 5 3 .1o C 5
1.3 80 l3 n 0 .06 (0 473 .5 5 )963
f=0.0162 r'
0.1MPa下不同浓度蔗糖溶液的沸点升高D’0
浓度/％
0 10 20 30 40 50 60 70
沸点升高/℃ 0 0.1 0.3 0.7 1.2 2.0 3.3 5.4
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[例6-1]已知蒸发器中的蔗糖溶液质量浓度为50％，蒸发的 操作压强（绝对）为0.7bar，相应的水的沸点（二次蒸汽 温度）为90℃。问该溶液浓度效应的沸点升高是多少？ 解：由饱和水蒸汽性质表查得，在压强（绝对）为0.7bar
t’A=k(t’w-tw)+tA=kt’w+m 对NaOH水溶液
k=1+0.142w m=150.75w2-2.71w
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NaOH水溶 液 的杜林线图
2. 溶液静压强引起的沸点升高D“
平均压强 pm=p’+rgh/2
由p’求得相应的沸点tp，由pm求得相应的沸点tpm
Dt’=T-T’
溶液真正的沸点要高于二次蒸汽的温度，所以蒸发器的有 效传热温差Dtm要小于视传热温差。
视传热温差Dt’与有效传热温差Dtm之差值称为温差损失D：
Dtm=Dt’-D
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（二）溶液的沸点升高 蒸发器内的溶液沸点高于二次蒸汽的温度，这种现象称为 溶液的沸点升高。造成溶液沸点升高的原因有两个，一是
溶液蒸气压降低（D’），另一是液体静压头（D’’）： D=D’+D”
1．溶液蒸气压降低而导致的沸点升高D’
由于难挥发溶质的存在，使溶液的蒸气压降低，从而导致 沸点升高。一般而言，非电解质溶液的沸点升高远小于电 解质溶液的沸点升高。
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纯水
溶液
D’=tA-T’
（1）吉辛科公式
D’=f D’0 (T'+27)23
Pm→？℃
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[例6-3]糖厂多效蒸发系统的末效蒸发器内的糖浆平均浓度为 60 oBx（即浓度为60％），糖浆密度为1260kg/m3，该效蒸发 器的二次蒸汽温度为76℃，加热蒸汽温度为92℃，蒸发器内 的液位在静止时盖过的加热管长度为1m。若已知蒸发器的 总传热系数为900W/(m2·K)，蒸发器的传热面积为750m2。 试问该蒸发器的传热速率是多少？ 解：蒸发器的视温差 Dt’=92-76=16℃
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1—加热室 2—中央循环管 3—二次 蒸汽室 4—除沫器 5—冷凝器
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。
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时，水的汽化热r’为2283kJ/kg，则校正系数f为：
0.01 6(2273 9)02
f
0.935
2283
由表得，1大气压下50％的蔗糖溶液的浓度效应沸点升高
值D’0为2℃，于是有： D’=fD’0=0.935×2=1.87℃
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（2） 杜林法则
t
' A
-
tA
t
' w
-
tw
=k
某溶液在两种不同压强下的沸点差与另一溶液（标准液体） 在此两压强下的沸点差之比为一常数。
三、分类
1、按操作室压力分：常压、加压、真空（减压）蒸发
真空蒸发的特点如下： （1）在加热蒸汽温度不变的情况下，真空蒸发使物料的沸 点下降，从而加大了传热的温差； （2）由于物料的沸点降低，可以利用低温低压的蒸汽作为 热源，有利于节能； （3）低温防止了热敏性物料的变性和分解，但增大了溶液 的粘度，使传热系数降低。
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2、按二次蒸气的利用情况分：单效和多效蒸发
单效蒸发：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：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。
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对于水溶液
D”=tpm-tp
38 .4146
Δ "
2.2 0 7 3 T '
1.3 80l3n 0 6 .0(0p 7 m )5
如果不知道p而只知道T’，则可以由下式求得p： p=133.3e[18.3036-3816.44/(227.03+T’)]
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[例6-2]某食品厂用标准式蒸发器浓缩果汁。已知蒸发器内
在1大气压下，浓度为60％蔗糖溶液的浓度效应沸点升 高为3.3℃，76℃水的汽化潜热r’为2319kJ/kg，则：
四、作为一种传热过程，蒸发具有以下特点：
（1）一侧沸腾，另一侧冷凝，T，t 均为常数；
（2）溶液沸点高于溶剂沸点（温差损失）； （3）必须除去二次蒸汽夹带的雾沫； （4）必须考虑溶液的饱和度、粘度等物性； （5）汽化耗能很大。
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第二节 单效蒸发
一、溶液的沸点升高和温度差损失
（一）蒸发器的视传热温差和温差损失 加热蒸汽温度T和二次蒸汽温度T’之差称为视传热温差Dt’：
的果汁密度为1100kg/m3，蒸发产生的二次蒸汽的温度为
75℃。假设器内果汁的静止液位在加热管的1m处，试求静
压效应的沸点升高D’’。
解：
p=133.3e[18.3036-3816.44/(227.03+75)]=38568Pa
H rg
1 119 0 .80 1
p m p238 568 2
75℃→p
食品工程原理第五章 蒸发
第一节 概述
一、蒸发的定义
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。
蒸发进行的条件： （1）溶剂可挥发，溶质不可挥发； （2）供给汽化用的热量； （3）除去二次蒸汽（防止闷罐）。
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蒸发的基本过程 加热室是蒸发器中冷、 热流体进行热交换的场 所。水分汽化产生二次 蒸汽的场所为分离室。 为了保证蒸发的正常进 行，必须连续不断地将 二次蒸汽抽走，以维持 二次蒸汽压强及溶液温 度的稳定。