《食品工程原理》课程教学课件讲稿（B）第十一章 溶液浓缩-蒸发

第十一章溶液浓缩-蒸发本章重点和难点：蒸发操作原理及特点，包括单效蒸发和多效蒸发：单效蒸发与多效蒸发的比较：蒸发设备。多效蒸发流程及计算原理。重点掌握蒸发操作原理、特点及其单效和双效蒸发工艺计算

第十一章 溶液浓缩-蒸发 蒸发操作原理及特点，包括单效蒸发和多 蒸发操作原理及特点，包括单效蒸发和多 效蒸发；单效蒸发与多效蒸发的比较；蒸发 效蒸发；单效蒸发与多效蒸发的比较；蒸发 设备。多效蒸发流程及计算原理。 多效蒸发流程及计算原理。 重点掌握蒸发操作原理、特点及其单效和 重点掌握蒸发操作原理、特点及其单效和 双效蒸发工艺计算。 双效蒸发工艺计算。 本章重点和难点： 本章重点和难点：

概述1.1一、蒸发的定义蒸发：是利用溶质和溶剂挥发度的差异，将溶液加热至沸腾，使其中的部分溶剂汽化并被移出，而溶质则不挥发，以提高溶液中溶质浓度的操作。所涉及的平衡是汽---液平衡。所用的设备称为蒸发器。本章介绍水溶液的蒸发。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。额外蒸汽：多效蒸发中，将某一效的二次蒸汽引出一部分用作其他加热目的的蒸汽（这部分蒸汽不再引入下一效）

一、蒸发的定义 蒸发：是利用溶质和溶剂挥发度的差异，将溶液加热至沸 腾，使其中的部分溶剂汽化并被移出，而溶质则不挥发，以提 高溶液中溶质浓度的操作。所涉及的平衡是汽-液平衡。所用 的设备称为蒸发器。 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。 1.1 概述 本章介绍水溶液的蒸发。 额外蒸汽：多效蒸发中，将某一效的二次蒸汽引出一部分用作其 他加热目的的蒸汽（这部分蒸汽不再引入下一效）

三、分类1、按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发2、按二次蒸气的利用情况分：单效和多效蒸发单效蒸发：将二次蒸气不再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

三、分类 1、按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发 单效蒸发：将二次蒸气不再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。 2、按二次蒸气的利用情况分：单效和多效蒸发

四、蒸发操作的特点1、传热性质：传热壁面一侧为加热蒸汽冷凝，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差的传热过程。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、泡沫换带：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

四、蒸发操作的特点 1、传热性质：传热壁面一侧为加热蒸汽冷凝，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差的传热 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

1.2单效蒸发1.2.1溶液的沸点溶液的沸点升高：溶液中含有不挥发的溶质，在相同条件下，其蒸气压比纯水的低，所以溶液的沸点就比纯水的要高两者之差，称为溶液的沸点升高。溶液的沸点由压强、溶液浓度和溶质性质所决定。>稀溶液或有机溶液沸点升高值较小，无机盐溶液沸点升高值较大。>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

溶液的沸点升高：溶液中含有不挥发的溶质，在相同条件 下，其蒸气压比纯水的低，所以溶液的沸点就比纯水的要高 两者之差，称为溶液的沸点升高。 1.2 单效蒸发 1.2.1 溶液的沸点 ¾稀溶液或有机溶液沸点升高值较小，无机盐溶液沸点升高值 较大。 ¾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。 溶液的沸点由压强、溶液浓度和溶质性质所决定

溶液沸点升高的计算公式：△=t-T'式中溶液的沸点升高，℃A溶液的沸点，℃T一与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的饱和温度，℃沸点升高现象对蒸发操作的有效温度差不利。由于有沸点升高现象，使同条件下蒸发溶液时的有效温度差降低，其值与同条件下的沸点升高值相同

溶液沸点升高的计算公式： 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 饱和温度，℃ Δ = − Tt ′ 沸点升高现象对蒸发操作的有效温度差不利。由于有沸点升高 现象，使同条件下蒸发溶液时的有效温度差降低，其值与同条件 下的沸点升高值相同

1.2.2溶液的沸点升高和温度差损失T'Tk在一定压强下水的沸点，亦即二次蒸汽的饱和温度，T"=TkT(T）—加热蒸汽的温度：蒸发器内溶液的沸腾温度（即溶液的沸点）。总温差（实际传热温差）△t。= T- T(11-1)有效温差：(11-2)At =T-t温差损失：(11-3)= △t。 -△t = t -T (Tk

1.2.2 溶液的沸点升高和温度差损失 T′ ，T k——在一定压强下水的 沸点，亦即二次蒸汽的饱和温 度， T′ =T k T (Ts)——加热蒸汽的温度； t——蒸发器内溶液的沸腾温度 （即溶液的沸点）。 总温差（实际传热温差）： 有效温差： 温差损失： - - - T T k t t T′ ' 0 −=Δ TTt Δ = − tTt )( ` 0 −=Δ−Δ=Δ TTttt K （11-1） （11-2） （11-3）

［例11-2]用476kN/m?（绝压）的水蒸气作为加热蒸汽（T=T=150℃），蒸发室内压力为1atm，蒸发30%的Na0H溶液，沸点为t=115℃，其最大传热温度差，用△t.来表示：△t=T-T'=150-100=50℃有效温度差为：△t=T-t=150-115=35℃则温度差损失为：A=△t-△t=(T-T)-(T-t) =t-T'=15℃即传热温度差损失等于溶液的沸点与同压下水的沸点之差。只有求得△，才可求得溶液的沸点t（=T’+△）和有效传热温度差△t（=△to-△）

［例11-2］用476kN/m2（绝压）的水蒸气作为加热蒸汽 （T=Ts=150 ℃），蒸发室内压力为1atm，蒸发30%的NaOH溶 液，沸点为t=115 ℃，其最大传热温度差，用Δt0来表示： Δt0=T- T′ =150-100=50℃ 有效温度差为： Δt=T-t=150-115=35℃ 则温度差损失为： Δ= Δt0- Δt=（ T- T′ ）-（ T-t）=t- T′ =15 ℃ 即传热温度差损失等于溶液的沸点与同压下水的沸点之 差。只有求得Δ，才可求得溶液的沸点t（= T′ + Δ ）和有效 传热温度差Δt （=Δt0- Δ ）

1.2.3蒸发过程中引起温度差损失的原因1因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失△2因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失△"A3因管路流体阻力而引起的温度差损失总温度差损失为：='+"+

1 因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失Δ′ 3 因管路流体阻力而引起的温度差损失 Δ′′′ 2 因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失Δ″ 总温度差损失为： Δ = Δ′+Δ′′ +Δ′′′ 1.2.3 蒸发过程中引起温度差损失的原因

溶液的蒸汽压下降引起的温度差损失'（1）吉辛柯公式△'=f(11-4)式中A一常压下溶液的沸点升高，可由实验测定的t值求得，℃；表11-1；操作条件下溶液的沸点升高，℃；f一校正系数，无因次。其经验计算式为：0.016(T'+273)2(11-5)式中T一一操作压强下二次蒸气（饱和水蒸气）的温度，℃；ri操作压强下二次蒸气（饱和水蒸气）的汽化热，kJ/kg

式中 ——常压下溶液的沸点升高，可由实验测定的tA值 求得，℃；表11-1； Δ′——操作条件下溶液的沸点升高，℃； f——校正系数，无因次。其经验计算式为： Δa′ 式中 T′——操作压强下二次蒸气（饱和水蒸气）的温度，℃； r′——操作压强下二次蒸气（饱和水蒸气）的汽化热，kJ/kg。 a Δ ′ = fΔ ′ r T f ′′ + = 2 )273(016.0 (11-5) （1）吉辛柯公式 (11-4) 1 溶液的蒸汽压下降引起的温度差损失Δ′