华中农业大学：《食品工程原理》课程教学资源（PPT课件）第五章 蒸发

第五章蒸发 本章重点和难点: 口掌握蒸发浓缩的操作原理、特点及其 工艺计算方法; 口熟悉单效真空的工艺设备的配置; 口了解多效蒸发流程及计算原理

第五章 蒸发 ❑掌握蒸发浓缩的操作原理、特点及其 工艺计算方法； ❑熟悉单效真空的工艺设备的配置； ❑了解多效蒸发流程及计算原理。 本章重点和难点：

第一节概述 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。 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,后者称为二次慈

一、蒸发的定义 二、加热蒸气和二次蒸气 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。 第一节 概述

、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

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。 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:属于壁面两侧流体均有相变化的恒温传热过程。 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

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

第二节单效蒸发 溶液的沸点升高和温度差损失 溶液的递点升高:一定压强下,溶液的沸点较纯水高,两 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

溶液的沸点升高：一定压强下，溶液的沸点较纯水高，两 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。 第二节 单效蒸发 一、溶液的沸点升高和温度差损失

溶液沸点升高的计算公式: △=t-T"() 式中Δ—溶液的沸点升高,℃ t—溶液的沸点,℃ 与溶液压强相等时水的沸点,即二次蒸气的 饱和温度,℃

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，℃  = t −T （5-1）

传热温度差损失:在一定操作压强条件下溶液的沸点升高。 计算公式为: A=△t-△t (5-2) △t= Tst At=TsT 式中At传热的有效温度差,℃ Atr-理论上的传热温度差,℃ 溶液的沸点,℃ T纯水在操作沸点,℃ T加热蒸气的温度,℃

传热温度差损失：在一定操作压强条件下溶液的沸点升高。 式中 Δt——传热的有效温度差，℃ ΔtT ——理论上的传热温度差，℃ t —— 溶液的沸点，℃ T——纯水在操作沸点，℃ Ts——加热蒸气的温度，℃ 计算公式为： Δt=Ts -t ΔtT =Ts -T Δ= ΔtT - Δt （5-2）

例:用476kN/m2(绝压)的水蒸气作为加热蒸汽(T=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△t1来表示: △t1=Ts-T=150-100=50℃ 有效温度差为: At=Ts-t=150-115=35℃ 则温度差损失为: A=At△t=(Ts-T)-(Ts-t)=tT=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+A)和有效传热温度 差At(=AtrA)

例：用476kN/m2（绝压）的水蒸气作为加热蒸汽（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ΔtT来表示： ΔtT=Ts-T=150-100=50℃ 有效温度差为： Δt=Ts-t=150-115=35℃ 则温度差损失为： Δ= ΔtT- Δt=（ Ts-T）-（ Ts-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 （=ΔtT- Δ ）

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A (2)因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失A"; (3)因管路流体阻力而引起的温度差损失△ 总温度差损失为 △=△+△"+△"(53)

（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  。 （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：  =  +  +  （5-3） 蒸发过程中引起温度差损失的原因有：

1溶液的蒸汽压下降引起的温度差损失 △=tA-T 5-4) 式中t溶液沸点,℃C,主要与溶液的类别、浓度及操 作压强有关。 T’与溶液压强相等时水的沸点,即二次蒸气的 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,估算方 法有两种

 = t A −T （5-4） 式中 tA——溶液沸点，℃，主要与溶液的类别、浓度及操 作压强有关。 T′——与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的 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，估算方 法有两种。 1 溶液的蒸汽压下降引起的温度差损失