《食品加工技術(shù)--食品濃縮技術(shù)（135頁）》

1、食品加工技術(shù)食品技術(shù)研究主要是指：食品保藏技術(shù)：腌制、發(fā)酵、低溫、干制食品生產(chǎn)技術(shù)：分離技術(shù)、濃縮技術(shù)、膨化技術(shù)和酶技術(shù)等食品加工技術(shù)的發(fā)展由于古代的飲食比較簡單，技術(shù)方面主要是栽培、狩獵、飼養(yǎng)和簡單的加工儲藏。產(chǎn)業(yè)革命后，人們試圖用科學(xué)原理解釋過去的經(jīng)驗貯藏法，并陸續(xù)開發(fā)了科學(xué)的保藏和貯藏方法以及優(yōu)良食品的制造技術(shù)。從此以后，原來依靠手工的食品加工變成了依靠動力和機械的食品加工，由原料的粉碎、篩分、分離和濃縮等方法而獲得純度遠比過去為高的食品原料。當(dāng)今經(jīng)分離重組后的組合食品，如添加色素、香料、調(diào)味品等的餅干，冰激凌以及當(dāng)今流行的功能性食品等。 這些功能性食品一般添加的是具有生理活性或生物活性

2、（如抗癌，抗腫瘤，改善心腦血管疾病，提高免疫力），或本身就是有生命的（如活菌）成分。這些成分大多含量低，甚至是微量的。因此從一定原料中提取這些功能因子材料，采用一般的分離、重組的方法、系統(tǒng)、設(shè)備，不能完全保證分離重組的效率和保留配料的活性。因此，往往依靠如超臨界流體萃取技術(shù)，膜分離技術(shù)等高新的分離技術(shù)才能完成這一任務(wù)。食品分離技術(shù)內(nèi)容1 、液體濃縮技術(shù)：蒸發(fā)、膜分離、冷凍濃縮等；2 、食品的分離加工技術(shù)：物理與機械分離：結(jié)晶、離心分離和旋液分離擴散與平衡分離：吸收、浸提、吸附、離子交換、超臨界流體萃取 第八章-食品濃縮技術(shù)一、液體濃縮技術(shù)概述 (Introduction)1、濃縮是從溶液中除去

3、部分溶劑的單元操作，是溶質(zhì)和溶劑均勻混合液的部分分離過程。2、濃縮和干燥的區(qū)別濃縮過程中，水分在物料內(nèi)部是借對流擴散作用從液相內(nèi)部達到液相表面而后除去，最低水分含量約30%(質(zhì)量)，一般為穩(wěn)定狀態(tài)的過程。干燥過程中，水分在物料內(nèi)部借分子擴散作用從固相中幾乎完全除去，且一般為不穩(wěn)定狀態(tài)的過程。二、濃縮方法平衡濃縮是利用兩相在分配上的某種差異而獲得溶質(zhì)和溶劑分離的方法。蒸發(fā)濃縮冷凍濃縮（自學(xué)）非平衡濃縮：是利用半透膜來分離溶質(zhì)與溶劑的過程，兩相用膜隔開，因此分離不是靠兩相的直接接觸，故稱非平衡濃縮。膜濃縮 濃縮內(nèi)容：蒸發(fā)的基本概念 蒸發(fā)器類型及其選擇 單效真空蒸發(fā) 多效蒸發(fā)蒸汽再壓縮蒸發(fā)重點：蒸發(fā)

4、器結(jié)構(gòu)、多效蒸發(fā)流程難點：蒸發(fā)計算、蒸汽再壓縮蒸發(fā)第一節(jié) 蒸發(fā)及其特點一、蒸發(fā)的基本概念1定義：蒸發(fā)濃縮是利用溶劑和溶質(zhì)揮發(fā)度的差異，從而獲得一個有利的汽液平衡條件，達到分離的目的。即溶液中溶質(zhì)的揮發(fā)性小，溶劑具有明顯揮發(fā)性時，工業(yè)上常用加熱方法，使溶劑汽化達到使溶質(zhì)增濃的目的就是蒸發(fā)操作。食品工業(yè)濃縮的物料大多數(shù)為水溶液。蒸發(fā)就指水溶液的蒸發(fā)。2、蒸發(fā)原理按照分子運動學(xué)觀點，溶液受熱時，溶劑分子獲得了動能，當(dāng)一些溶劑分子的能量足以克服分子間的吸引力時，溶劑分子就會逸出液面進入上部空間，成為蒸汽分子，這就是汽化。如果不設(shè)法除去這些蒸汽分子，則汽相與液相之間，水分的化學(xué)勢將漸趨平衡，汽化過程也相

5、應(yīng)逐漸減弱以至停止進行。蒸發(fā)的必要條件：熱能的不斷供給（飽和蒸汽）和生成的蒸氣的不斷排除。3、食品濃縮的目的除去食品中大量水分，減少包裝、貯藏和運輸費用。提高制品濃度，增加制品的保藏性。濃縮經(jīng)常用作干燥或更完全的脫水的預(yù)處理過程。 濃縮用作某些結(jié)晶的預(yù)處理過程。二、食品物料蒸發(fā)濃縮的特點 熱敏性 ：加熱溫度和加熱時間腐蝕性 ：酸性食品粘稠性：蛋白質(zhì)、糖分、果膠 結(jié)垢性：蛋白質(zhì)、糖分、果膠過熱 泡沫性 ：物料沸騰時形成易揮發(fā)成分：芳香成分和風(fēng)味成分 三、蒸發(fā)對食品的影響風(fēng)味 風(fēng)味物質(zhì)損失 解決方法包括：A將濃縮物與部分新鮮物料混合，以提高風(fēng)味；B風(fēng)味物質(zhì)回收 風(fēng)味劣變 顏色：加深 營養(yǎng)物質(zhì)損失

6、第二節(jié) 蒸發(fā)器類型及其選擇一、蒸發(fā)器的組成蒸發(fā)器主要由加熱室(器)和分離室 (器)兩部分組成。加熱室的作用是利用水蒸氣為熱源來加熱被濃縮的料液。蒸發(fā)器分離室的作用是將二次蒸汽中夾帶的霧沫分離出來。 二、食品工業(yè)上常用的典型蒸發(fā)器標準式蒸發(fā)器懸筐式蒸發(fā)器加熱室在外的蒸發(fā)器長管式蒸發(fā)器刮板薄膜蒸發(fā)器板式 (片式)蒸發(fā)器(一)標準式蒸發(fā)器標準式蒸發(fā)器由上、下兩部分構(gòu)成，下部為加熱室，上部為分離室。加熱室由沸騰管、上、下管板所組成的加熱管束。分離器頂部有捕沫器，用以分離霧沫，保證二次蒸汽潔凈，有利于下一效蒸發(fā)器的加熱。分離器頂部連接二次蒸汽排出管。標準式蒸發(fā)器的缺點在增強循環(huán)方面有一定限制，因而沸騰液

7、一側(cè)的傳熱膜系數(shù)也受到限制。不便清洗和更換管子。 (二)懸筐式蒸發(fā)器懸筐式蒸發(fā)器是標準式蒸發(fā)器的改進。適用于中等粘度、輕度結(jié)垢的非腐蝕性料液，并且可以得到較好的蒸發(fā)速率。在食品工業(yè)上：果汁、麥芽浸出液、蔗糖、葡萄糖等溶液的濃縮。(三)加熱室在外的蒸發(fā)器蒸發(fā)器是由加熱器、分離器和循環(huán)管三部分組成 優(yōu)點：可以改變兩者之間的距離，并調(diào)節(jié)循環(huán)速度使料液達到不在加熱室中沸騰可改善分離霧沫條件，并有可能將其作成離心分離器的形式?？蓪讉€加熱器共用一個分離器，從而必要時可靈活輪流使用每個加熱器。循環(huán)條件得到了改善，檢修、清洗也較方便 自然循環(huán)型設(shè)備不適用于蒸發(fā)粘稠溶液，主要是傳熱速率降低，污垢易于形成。 解

8、決的辦法是采用強制循環(huán)型，使溶液在管內(nèi)流速達34m/s. (四)長管式蒸發(fā)器 蒸發(fā)器采用細長的管子，單程通過的時間內(nèi)，達到全部濃縮的要求，這就是長管式蒸發(fā)器蒸發(fā)器的管束很長，約68m，其截面積很小，具有很大的傳熱面，溶液送入管束后很快強烈沸騰，管子的中央部分充滿料液蒸汽，蒸汽從管口流出的速度高達100-l20m/s。料液就被帶動而沿管子內(nèi)壁形成上升或下降的液膜。被蒸汽帶動而沿管壁流動的液體速度可達20m/s，所以這種蒸發(fā)器被稱為液膜式蒸發(fā)器。長管蒸發(fā)器的分類長管蒸發(fā)器根據(jù)液膜的流動方向可分為：升膜蒸發(fā)器降膜蒸發(fā)器升、降膜蒸發(fā)器。 1、升膜蒸發(fā)器 料液先經(jīng)預(yù)熱至接近沸點，從管束的下端引入。 操作

9、時，管內(nèi)有三段不同的區(qū)域。在底部，因液層靜壓力的作用，不發(fā)生沸騰，只是起著加熱的作用。在中部，溫度顯著升高并開始沸騰產(chǎn)生蒸汽，但傳熱速率仍不太高。在上部區(qū)域，蒸汽體積急速增大，所產(chǎn)生的高速上升蒸汽使液體在管壁上形成一層薄膜，造成很好的傳熱條件。 升膜蒸發(fā)器底部結(jié)構(gòu)圖特點優(yōu)點：在加熱器內(nèi)料液停留時間短，傳熱系數(shù)高，適于濃縮熱敏物料。缺點：在管內(nèi)下部區(qū)域尚積存較多的液體，故而延長了接觸時間 (約1530min)通常還不能通過嚴格單程蒸發(fā)達到所要求的濃度，一般尚需部分再循環(huán)，加長了停留時間，在管子中部易發(fā)生結(jié)垢和蛋白質(zhì)沉積的現(xiàn)象。 2、降膜蒸發(fā)器 降膜蒸發(fā)器能較徹底消除因液體積聚所造成的靜壓效應(yīng),達

10、到傳熱效率高，熱能經(jīng)濟性好，停留時間短的目的。特點：經(jīng)預(yù)熱后的料液從管束的頂部加入 料液進管必須有均勻分配裝置 降膜蒸發(fā)器應(yīng)用降膜蒸發(fā)器因不存在靜液層效應(yīng)，物料沸點均勻，使用廣泛，例如牛奶、果汁和糖漿等濃縮。 3、升降膜蒸發(fā)器 是升膜蒸發(fā)與降膜蒸發(fā)相結(jié)合的蒸發(fā)器。將加熱器豎管束分成兩程，一程作稀液的升膜蒸發(fā)部分，另一程為濃稠液的降膜蒸發(fā)部分。如此結(jié)合，既有以兩程代單程，縮短加熱器長度的優(yōu)點，而又可因分段濃縮各取有利方面以避免固有的缺點。 (五)刮板薄膜蒸發(fā)器 刮板薄膜蒸發(fā)器或稱攪拌薄膜蒸發(fā)器，是另一種薄膜式蒸發(fā)器。其薄膜不是因為蒸汽的拖曳而是由機械的作用而形成。結(jié)構(gòu)：由夾套外殼和在殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)

11、動件組成，轉(zhuǎn)動件上裝有若干刮板。 刮板薄膜蒸發(fā)器應(yīng)用刮板薄膜蒸發(fā)器能處理粘度高達50，000l00，000cP的粘性料液，一般用于后道濃縮操作。 在濃縮熱敏物料如番茄醬、咖啡茶、牛奶、麥芽汁和乳清等方面比較合適。(六)板式 (片式)蒸發(fā)器板式蒸發(fā)器是由板式熱交換器與分離器組合而成的一種蒸發(fā)器，也是一種薄膜式蒸發(fā)器。與升膜式、降膜式、刮板薄膜式相比較，差別在于以成型加熱板上形成的液膜來代替管壁或殼上形成的液膜。板式蒸發(fā)器近代板式蒸發(fā)器在國外使用已很普遍。雖然工業(yè)上應(yīng)用始于1950年。但早在1928年已運用板式熱交換器的原理作成第一臺板式蒸發(fā)器，并用于果醬的濃縮。隨著食品濃縮低溫、短時的要求愈來愈

12、高。板式蒸發(fā)器已廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)，特別是乳品工業(yè)。板式蒸發(fā)器將前述升降膜原理應(yīng)用于板式換熱器內(nèi)部。通常的用法是將加熱板排成四片一組。蒸汽在34板間沸騰成降膜，板組的數(shù)目可以變動，視生產(chǎn)能力需要而定。板式蒸發(fā)器與管式蒸發(fā)器比較 板間的沸騰機理與管內(nèi)發(fā)生的不完全相同，單位高度的傳熱面積，板式遠大于管式，停留時間則板式遠小于管式。如果板式蒸發(fā)的板隙和板寬加以適當(dāng)改變，就可控制蒸汽速度，提高傳熱效率，而傳熱板仍能保持適度潤濕。對各種不同粘度、不同濃縮比要求、不同沸騰溫度的物料，調(diào)整傳熱板的尺寸可滿足最佳操作條件的要求。 板式蒸發(fā)器的板組 (4片成1板組)按所需傳熱面積順序裝于機架上，對所有板組而言，

13、加料是平流的。 英國APV公司新型板式蒸發(fā)器這種設(shè)備沒有升膜段，全部料液以降膜方式流過加熱板，而加熱板則比普通板式蒸發(fā)器的大。如此，一片降膜進料板緊接一片蒸汽加熱板，即兩片成一組，板的長度為以前的升膜板和降膜板長度之和，而板寬則比以前增加50%，因此，為完成同一任務(wù)，需要板數(shù)較少，組合后長度較短。料液在此設(shè)備內(nèi)不再循環(huán)，且停留時間極短。板式蒸發(fā)器優(yōu)點靈活性大，傳熱面積可按需要而隨意增減整個裝置所需的廠房高度小具有良好的衛(wèi)生結(jié)構(gòu)設(shè)計，傳熱面裝拆方便可進行多效操作用途可變性大，包括熱敏制品的濃縮。 板式蒸發(fā)器的局限性因為使用橡皮墊圈密封，故不能處理有機溶劑的溶液，同時操作溫度上也有限度 為保證適當(dāng)

14、的升降膜操作條件，板間間隙小，故不能處理懸浮固體的料液。同時處理一般料液，也有必要在生產(chǎn)線上安裝過濾器，防止液體顆粒進入蒸發(fā)器設(shè)備生產(chǎn)能力受限制三、蒸發(fā)設(shè)備的選擇生產(chǎn)能力，通常是以每小時的水分蒸發(fā)量來表示物料需要濃縮的程度：通常以濃縮制品的固體百分含量來表示物料的熱敏性：與停留時間及蒸發(fā)溫度有關(guān)是否需要回收風(fēng)味物質(zhì) 衛(wèi)生結(jié)構(gòu)及清洗的要求：清潔的容易程度 操作的方便性 裝置大小，相對于蒸發(fā)能力的蒸發(fā)器大小，與廠房大小有關(guān)投資費用及操作費用：相對于蒸發(fā)能力和產(chǎn)品質(zhì)量的操作費用 第三節(jié)、蒸發(fā)系統(tǒng)一、單效真空蒸發(fā)(一)定義：凡溶液在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)，所產(chǎn)生的二次蒸汽不再加以利用，則此種操作稱為單效蒸發(fā) 為

15、了濃縮熱敏物料，必須盡可能使操作保持在低溫下進行。當(dāng)蒸發(fā)壓力低于大氣壓，則稱此蒸發(fā)為真空蒸發(fā)。(二)單效真空蒸發(fā)裝置蒸發(fā)器為升膜式， 它包括一個長管加 熱器和一個分離器 以及附屬設(shè)備 ： 冷凝器 、真空泵 、 不凝氣排除 裝置 、 疏水器、捕沫器。 附屬設(shè)備1、冷凝器：蒸發(fā)器所產(chǎn)生的大量二次蒸汽必須設(shè)法排除掉，方法是將其導(dǎo)入冷凝器進行冷凝。一般均采用混合式冷凝器 2、疏水器：為求蒸發(fā)器的蒸汽利用經(jīng)濟、保持傳熱良好。同其他水蒸氣加熱設(shè)備一樣，必須裝置排除冷凝水的設(shè)備，即疏水器。3、真空泵：因為冷凝器所能冷凝的氣體主要為水蒸氣。而空氣等不凝結(jié)氣體如不設(shè)法除去，系統(tǒng)的真空度不可能長久維持。使用真空泵

16、的目的就是抽出這些不凝結(jié)氣體。除采用水力噴射冷凝器的場合外，當(dāng)用其它各式冷凝器時，必須配備真空泵。4、不凝氣排除裝置：為保持加熱室的傳熱效率。方法是在加熱器側(cè)壁上設(shè)抽氣管口，并連以管子和排氣閥門。 5、捕沫器：蒸發(fā)操作時，應(yīng)盡量避免或減少霧沫被二次蒸汽帶出。濃縮時，霧沫夾帶對得率和蒸發(fā)能力均有影響。如果是多效蒸發(fā)，還可能使下一效加熱面形成污垢或腐蝕。特別在果蔬汁如蕃茄汁的濃縮時，強腐蝕性酸霧會帶來嚴重的后果。 back 造成霧沫夾帶的原因泡沫:液料的表面張力減小是造成泡沫的原因之一蒸汽高速流動:蒸汽流動速度過快，必然促使霧沫伴隨而行。溶液的急劇蒸發(fā)：溶液溫度偏高，而蒸發(fā)溫度偏低，發(fā)生突然閃急蒸

17、發(fā)，形成霧沫。back (三)單效真空蒸發(fā)器裝置內(nèi)的傳熱 蒸發(fā)過程實質(zhì)上是以傳熱為主的過程 。從整個單效真空蒸發(fā)系統(tǒng)來看：蒸發(fā)器和冷凝器的結(jié)合是兩個熱交換器的串聯(lián)。蒸發(fā)器將熱能從加熱介質(zhì)轉(zhuǎn)移到二次蒸汽中去，然后由冷凝器又將二次蒸汽的熱能轉(zhuǎn)移到冷卻介質(zhì)中去。熱量傳遞的總趨勢是從加熱介質(zhì)放熱開始，以冷卻介應(yīng)吸熱而告終。(四)蒸發(fā)裝置內(nèi)的溫差損失 當(dāng)采用混合式冷凝器，由真空泵維持冷凝器在一定真空度下操作。在此真空度下，水蒸氣和水的兩相平衡物系必有一對應(yīng)的溫度，稱為冷凝溫度，以TK表示。若加熱蒸汽的溫度為T， 則上述熱量轉(zhuǎn)移過程中所產(chǎn)生的全部溫度降落 (稱為總溫差)為:To=T-TK. 設(shè)蒸發(fā)器內(nèi)物料

18、沸騰溫度為t，則蒸發(fā)器的傳熱溫差稱為有效溫差為T : T=T-t TTo（=T-TK）總溫差To與有效溫差T的差值稱為溫差損失。故有= To-T=(T-TK) -(T-t)= t-TK因此，蒸發(fā)操作的溫度差損失為料液沸騰溫度與冷凝溫度的差值。引起溫差損失的原因如蒸發(fā)料液為純水，且無其他原因引起液體的沸點升高，也不存在蒸汽在輸送中溫度的降低，則溫度差損失并不存在，即=0，但實際上，由于下述三種原因，常引起溫差的損失。 1、由于溶液的沸點升高所引起 在手冊和文獻中可以查得常壓下某些溶液在不同濃度下沸點升高的數(shù)據(jù) (以a表示)。 吉辛柯公式如能查到常壓下水溶液的沸點升高a，則可按下面吉辛柯公式計算非

19、常壓下的沸點升高： 式中：T - 某壓力下水的沸點，K； LV - 壓力下水的汽化潛熱，J/kg a- 常壓下水溶液的沸點升高，K 杜林法則：這個法則表明，溶液的沸點是相同氣壓下純?nèi)軇┓悬c的線性函數(shù)。 淀粉糖廠的設(shè)計中得到的經(jīng)驗公式： 式中為各效排出液濃度。2、由于液層靜壓效應(yīng)所引起 在低壓下，液層高度會影響沸騰溫度。 可直接取用在 壓力下水蒸氣的 飽和溫度 :為液面上方的分離室內(nèi)的壓力，溶液液層高度為h，溶液密度為 :溶液中層的壓力為： 3、由蒸汽流動中熱損失引起此項溫差損失與蒸發(fā)裝置的流程有關(guān)。計算時，一般作=0.51.5 全部溫差損失 =+十 有效溫差T則等于總溫差減去總溫差損失。即:

20、T=To- (五)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù) 傳熱系數(shù)：蒸發(fā)器是特殊條件下操作的熱交換器，其傳熱系數(shù)K按通用表達式為蒸發(fā)器傳熱系數(shù)K值，除上述按公式計算外，比較可靠的辦法是根據(jù)生產(chǎn)實踐中的直接經(jīng)驗數(shù)據(jù) (六)單效真空蒸發(fā)器計算單效真空蒸發(fā)器的工藝設(shè)計計算項目主要： 1、水分蒸發(fā)量 2、加熱蒸汽消耗量 3、傳熱面積。 1蒸發(fā)量 W：取濃縮過程中質(zhì)量不變的物質(zhì)-絕對 干固體為計算基準設(shè)：F-原料液量，kg/s: X。-原料液中的固體含量% W- 水分蒸發(fā)量，kg,/S: X-濃縮液的固體含量% 則有2加熱蒸汽消耗量D（kg/s）：蒸汽消耗量計算的原理是能量守恒定律（進入蒸發(fā)器的熱=離開蒸發(fā)器的熱）。列熱量平

21、衡方程得到公式（1） : 將（1）式變換得到： （2）若溶液的稀釋熱可以忽略，此時溶液的焓可以用比熱容來計算。Cp1，Cp0-分別為原料液和第一效中溶液的比熱容。若加熱蒸氣冷凝液在飽和溫度下排出，則 r生蒸汽的汽化熱，kJ/kg 代入（2）得到： （3）由于溶液的比熱容可用原料液的比熱容表示則單效蒸發(fā)的熱量衡算為: （4）其中把（4）帶入（3）則有3傳熱面積:發(fā)傳熱面積的計算仍根據(jù)傳熱基本方程式。 A=Q/(K T) m2 式中： K-傳熱系數(shù)二、多效蒸發(fā)(一)多效蒸發(fā)的定義和特點蒸發(fā)過程汽化所產(chǎn)生的水蒸氣叫做二次蒸汽，以區(qū)別作為熱源的生蒸汽。蒸發(fā)操作中，將二次蒸汽直接冷凝不再利用者，稱為單效

22、蒸發(fā)。1、定義：如將二次蒸汽引入另一蒸發(fā)器作為熱源進行串聯(lián)蒸發(fā)操作，稱為多效蒸發(fā)。對于單效或多效蒸發(fā)，最后一效的二次蒸汽通常用冷卻水冷凝的方法來排除，所以冷凝器是蒸發(fā)設(shè)備的重要組成部分。影響蒸發(fā)經(jīng)濟性的因素由于發(fā)泡和夾帶等引起的物料損失 能量消耗，減少能量消耗的方法 二次蒸汽再加熱 : 多效蒸發(fā)（多效系統(tǒng)的數(shù)量取決于節(jié)省的能量與操作費用的增加比較）二次蒸汽再壓縮 2、多效蒸發(fā)的特點提高了熱能的經(jīng)濟性。按單效蒸發(fā)的結(jié)論，1千克加熱蒸汽可以蒸發(fā)大約l千克二次蒸汽。如果將此二次蒸汽全部用作第二效的加熱蒸汽時，同樣在第二效中又可蒸發(fā)大約l千克的二次蒸汽。以此類推，n效串聯(lián)蒸發(fā)操作，1千克加熱生蒸汽則可

23、蒸發(fā)約n千克的二次蒸汽。多效蒸發(fā)圖（降膜蒸發(fā)器機組） (二)多效蒸發(fā)裝置的設(shè)備流程多效蒸發(fā)操作的加料可有四種不同的方法:料液與蒸汽成順流的方法，稱順流法料液與蒸汽成逆流的方法，稱逆流法每效都加入原料液的方法，稱平流法組合上述備種方法的方法，簡稱混流法 順流法逆流法平流法 混流法對于效數(shù)多的蒸發(fā)也搞采用順流和逆流并用，有些效間用順流，有些效間用逆流。此法起協(xié)調(diào)順流和逆流的優(yōu)缺點的作用，對黏度極高的料液很有用處，特別是在料液黏度隨濃度而顯著增加的場合下，可以采用此法。 額外蒸汽的運用 (三) 多效蒸發(fā)的溫差分配多效設(shè)備是由單效設(shè)備組成，每一效即為單效蒸發(fā)器。因此，在實際蒸發(fā)操作中，每效蒸發(fā)器的操作

24、都存在著三種形式的溫差損失。設(shè)第1效加熱蒸汽溫度為T1 ，冷凝器的冷凝溫度為Tk，則總溫差為 若每效無溫差損失，對n效蒸發(fā)，顯然每效傳熱溫差為： 而總的有效溫差為：可見總有效溫差等于總溫差 在溫差損失不能忽略的情況下， 總有效溫差必小于總溫差，其差值即為總溫差損失。即 式中 為n效溫差損失之和，即：當(dāng)有效總溫差確定之后，此溫差必須分配到各效，并滿足各效的傳熱方程，即：由此可得有效溫差分配所必須遵循的如下比例關(guān)系：確定各效的有效溫差，需另加特定的限制原則 各效等面積原則；相鄰效間等壓差原則（確定各效壓力及其對應(yīng)的飽和溫度）；各效蒸發(fā)量按經(jīng)驗比例法其他特殊的限制（最高蒸發(fā)溫度的限制對于熱敏食品的濃

25、縮，常規(guī)定蒸發(fā)溫度的安全極限。 （四）多效蒸發(fā)的計算多效蒸發(fā)的工藝設(shè)計計算項目主要包括(1) 水分總蒸發(fā)量和各效蒸發(fā)量(2) 加熱蒸汽消耗量;(3) 各效傳熱面積。(1)總蒸發(fā)量的計算水分總蒸發(fā)量為各效蒸發(fā)量之和 WW1+W2+Wn (kg/s) 對溶液中固體進行物料衡算： FX0=(F-W1)X1 =(F-W1-W2)X2=(F-W) Xn (kg/s)由此得出總蒸發(fā)量： (kg/s)任一效蒸發(fā)水量計算已知各效水分蒸發(fā)量，則可按下式求出各效的濃度 (2)蒸汽消耗量對于多效濃縮罐， 工廠一般根據(jù)蒸發(fā)水量W，確定效數(shù)。 W800 kg/h 單效 800W3000 kg/h 雙效 3000W500

26、0 kg/h 三效 5000W6300 kg/h 四效對多效濃縮罐操作，一般已知量：第一效加熱室的加熱蒸汽壓強末效蒸發(fā)室的真空度料液量物料進料濃度規(guī)定量：規(guī)定溶液的最終濃度未知量：各效蒸發(fā)水量。其中總蒸發(fā)水量W可由物料衡算求得。各效的沸點各效的溶液濃度因此，在多次濃縮操作中，加熱蒸汽消耗量的計算是相當(dāng)煩瑣的，為了避免過于復(fù)雜，常常做一些合理的簡化。1、根據(jù)進料量求得總蒸發(fā)量假設(shè)（1）各效蒸發(fā)水量相等：2、計算各效排出液濃度 ：由于初始濃度已知，并規(guī)定了最終濃縮后產(chǎn)品濃度，因此各效濃度由下面公式求得：3、估算各效二次蒸汽壓強 假設(shè)（2）各效的壓強降相等:則: 第一效壓強為： 查表得到： 第二效壓

27、強為： 查表得到： 直到得到第n效溫度。表見化工原理表十4、估算各效沸點升高 由經(jīng)驗公式 得到各效升高的沸點 。5、估算各效管路損失 由于采用膜式蒸發(fā)器，不存在靜壓效應(yīng)管路損失由經(jīng)驗公式求得各效的物料沸點：第一效沸點溫度：第二效沸點溫度：6、確定各有效溫差 每效有效溫差 ：7、加熱蒸汽消耗量D（kg/s）蒸汽消耗量計算的原理是熱量衡換，既能量守恒定律（進入蒸發(fā)器的熱=離開蒸發(fā)器的熱）。進入蒸發(fā)器的熱量： 1、加熱蒸氣帶入的熱量：DH 2、物料（原料液）帶入的熱量離開蒸發(fā)器的熱量： 1、濃縮液離開蒸發(fā)器帶走的熱量 2、二次蒸氣帶走的熱量 3、加熱蒸氣冷凝液帶走的熱量溶液在沸點以下進入蒸發(fā)罐，加熱

28、至 沸騰溫度所需熱量稱為顯熱 。物料進入蒸發(fā)罐升溫至沸點后，水分子開始由液態(tài)變?yōu)槠麘B(tài)，沸點下汽化所消耗的熱量稱為:潛熱 以三效順流降膜真空蒸發(fā)器為例：對每一效列如下方程：經(jīng)變換其中 ：若溶液的稀釋熱可以忽略，此時溶液的焓可以用比熱容來計算。Cp1，Cp0-分別為原料液和第一效中溶液的比熱容 若加熱蒸氣冷凝液在飽和溫度下排出，則 r1生蒸汽的汽化熱，kJ/kg 由于溶液的比熱容可用原料液的比熱容表示 -第一效中二次蒸汽的汽化熱其中熱量計算經(jīng)整理同理式中：經(jīng)變換求得加熱蒸汽消耗量D和各效蒸發(fā)量W1、W2 、Wn習(xí)題1：以三效逆流降膜真空蒸發(fā)器為例，對每一效列熱量衡算式。經(jīng)變換得出：習(xí)題1以五效逆流

29、降膜蒸發(fā)為例，已知：第一效加熱蒸汽的溫度:T1=120.2,查得絕對壓強為P1=200kPa；末效冷凝器的溫度Tk=60.1 絕對壓強為Pk=20kPa, 進料量F=25137.59kg/h進料濃度為29.15%，濃縮后為70%。解：(1)總蒸發(fā)量及各效蒸發(fā)量計算 =25137.59(1-29.15%/70%)=14669.58kg/h假設(shè)各效蒸發(fā)口水量相等故 = 2933.16kg/h (2)計算各效排出液濃度:X1=0.7 求得：(3)估算各效二次蒸汽壓強 假設(shè)各效的壓強降相等則:所以: =200-36=164KPa =164-36=128KPa =128-36=92KPa =92-36=

30、56KPa由 =60.1得最后一效的二次蒸汽溫度 =61.1(因流動阻力而損失1) 查表得: =21.04KPa查表十有: 二次蒸汽焓: (4)估算各效沸點升高:由經(jīng)驗公式得到各效升高的沸點: (5)估算各效管路損失: =112.72 =105.38 =96.04 =82.84 查化工原理附表十得 ：(6)各效沸點及有效溫差計算: 各效沸點: 113.72+4.29=118.01 =109.24 =99.1 =85.41 =62.36 各有效溫差: =2.19 =43.06 (7)加熱蒸汽消耗量及各效蒸發(fā)量: 對各效焓平衡得:又 代入各數(shù)解得: (8)各傳熱面積:(取K=2000W/(.)求得

31、：相對偏差 大于規(guī)定值,故進行重復(fù)計算.(9)重新分配有效溫度差： (10)重新核算各效濃度及各沸點升高X1=0.7根據(jù)得： (11)重新核算各效加熱蒸汽溫度、二次蒸汽溫度及各效沸點： 109.66 105.37 104.37 94.05 90.57 80.87 70.89 63.29 查表得：(12)重算加熱蒸汽量及各效蒸發(fā)量將以上核算后的各數(shù)重新代入焓平衡方程組求得： (13)重算各效傳熱面積相對偏差 故需要再次核算各參數(shù) ，直到(3)各效傳熱面積的計算各效傳熱面積的計算 第四節(jié) 蒸汽再壓縮蒸發(fā)提高經(jīng)濟性措施：多效蒸發(fā)代替單效蒸發(fā)蒸汽再壓縮方法。一、蒸汽再壓縮的基本概念和原理1、蒸汽再壓縮

32、方法的定義：設(shè)法使蒸發(fā)出來的二次蒸汽的熱力狀態(tài)提高到接近于原來的水蒸氣的狀態(tài)，作為熱源，進行加熱的方法。2、蒸汽再壓縮節(jié)能的原理假定：將絕對壓力為1.74105N/m2，溫度為1l6 的飽和水蒸氣送入蒸發(fā)器，用以濃縮在大氣壓下沸點為100的液體，并假定冷凝水離開的溫度為104。因116飽和水蒸氣的焓值為2700kJ/kg，104冷凝水的焓值為435kJ/Kg，若將此冷凝水送回鍋爐房，則每千克冷凝水至少要加入2265kJ/kg的熱量，才能得到與原來加熱蒸汽同樣的飽和水蒸氣。而溫度為l00下飽和水蒸氣的焓值2670kJ/kg，與原加熱蒸汽焓值相差30kJ/Kg 。所以將此lkg二次蒸汽在回復(fù)到lk

33、g原來狀態(tài)的水蒸氣，僅需加入30kJ/kg的熱量即可。二、壓縮二次蒸汽的方法機械再壓縮法蒸汽噴射再壓縮法(熱再壓縮法)熱泵循環(huán)再壓縮法1、機械再壓縮蒸發(fā)機械再壓縮蒸發(fā)是利用機械壓縮機的絕熱壓縮來實現(xiàn)。由于此法每蒸發(fā)1噸水分約耗電2946kWh，只適用于電力發(fā)達而電費便宜的場合。另外，機械再壓縮蒸發(fā)只適用于粘度低的稀溶液，因該法只有和傳熱溫差很小時才比較經(jīng)濟。如果料液沸點升高顯著，或有嚴重結(jié)垢現(xiàn)象，就不宜采用。2、熱再壓縮法 機械再壓縮中的壓縮機，如用蒸汽噴射器代替機械壓縮則稱為熱再壓縮蒸發(fā)，所使用的蒸汽噴射器稱為升壓泵。升壓泵的作用與蒸汽噴射真空泵不同之點在于其吸入氣為水蒸氣而由擴壓管壓縮.抽氣系數(shù):即lkg工作蒸汽所吸入的二次蒸汽量，稱為 ， 則 式中： GX-被吸入的二次蒸汽量 G工作-工作蒸汽量消耗量裝有水蒸汽噴射壓縮蒸汽設(shè)備的降膜蒸發(fā)器簡圖見右圖：噴嘴；2-擴散器；m1：射流；m0：吸流；m：噴射蒸汽與部分水蒸汽和混合汽A：待蒸發(fā)的產(chǎn)品；B：從產(chǎn)品中逸出的水蒸汽；B1：部分水蒸汽；C ：濃縮汁；D ：噴射蒸汽；E：加熱蒸汽的冷凝水升壓泵送入蒸發(fā)器加熱室的蒸汽量D加熱等于被吸入的二次蒸汽量和工作蒸汽量之和 D加熱 =G工作GX。將