第十一章 溶液浓缩

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1、1.11.1蒸发的定义蒸发的定义 1.21.2加热蒸气和二次蒸气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使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发蒸发，所用的设备称为，所用的设备称为蒸发器。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，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，前者称为蒸气。为了易于区别，前者称为加热蒸气或生蒸气加热蒸气或生蒸气，

2、后者称为，后者称为二次蒸气二次蒸气。加热室加热室蒸发室蒸发室F,x0,t0,h0D,T,HW,T,HD,T,hw(F-W),x1t1,h1QL1.31.3分类分类1 1、按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发、按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发单效蒸发单效蒸发：将二次蒸气不在利用而直接送到冷凝器冷凝以：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。除去的蒸发操作。多效蒸发多效蒸发：若将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为：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

3、操作称为多效蒸发。串联蒸发操作称为多效蒸发。2 2、按二次蒸气的利用情况分：单效和多效蒸发、按二次蒸气的利用情况分：单效和多效蒸发1.41.4蒸发操作的特点蒸发操作的特点 1 1、传热性质：、传热性质：属于壁面两侧流体均有相变化的恒温传热过程。属于壁面两侧流体均有相变化的恒温传热过程。2 2、溶液性质：、溶液性质：热敏性、腐蚀性、结晶性、结垢性、泡沫、粘度等。热敏性、腐蚀性、结晶性、结垢性、泡沫、粘度等。3 3、沸点升高：、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。蒸发纯水的温度差。4 4、泡沫挟带：、泡沫挟带：二次蒸气

4、中带有大量泡沫，易造成物料损失和冷凝设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。备污染。5 5、能源利用：、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。二次蒸气的利用是蒸发操作中要考虑的关键问题之一。溶液的沸点升高溶液的沸点升高：一定压强下，溶液的沸点较纯水高，两：一定压强下，溶液的沸点较纯水高，两者之差，称为者之差，称为溶液的沸点升高溶液的沸点升高。稀溶液或有机溶液沸点升高值较小，无机盐溶液较大。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

5、柱越高，沸点升高值越大。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：溶液沸点升高的计算公式：式中式中 t0溶液的沸点升高，溶液的沸点升高， Ts 加热蒸汽的饱和温度，加热蒸汽的饱和温度， TV与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的 饱和温度，饱和温度， vsTTt0式中式中 t1 溶液的沸点，溶液的沸点， Ts 加热蒸汽的饱和温度，加热蒸汽的饱和温度， TV二次蒸气的饱和温度，二次蒸气的饱和温度， 计算公式为：计算公式为：t= Ts- t1实际传热温度即有效温差为实际传热温度即有效温差为两者之差称为蒸发器的两者之差称为蒸发器的温度差

6、损失温度差损失= t0- t=t1-Tv（1 1）因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失）因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失； （3 3）因管路流体阻力而引起的温度差损失）因管路流体阻力而引起的温度差损失 。（2 2）因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失）因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失；总温度差损失为：总温度差损失为： arT 22.16arT 22.16T某压力下水的沸点温度某压力下水的沸点温度 Kr 某压力下水的汽化热某压力下水的汽化热 J/kga常压下溶液的沸点升高常压下溶液的沸点升高 食品料液的食品料液的 可近似用糖液的数据代替。可近似用糖液的数据代替。在食品工业上，在食品工

7、业上， 不大。不大。a2.由液层静压效应而引起的温差损失由液层静压效应而引起的温差损失 加热管内溶液液位维持一定，处于不同深度的溶液受到不同加热管内溶液液位维持一定，处于不同深度的溶液受到不同的静压强，所以溶液内部的沸点比液面处高，两者之差即的静压强，所以溶液内部的沸点比液面处高，两者之差即。液层内的平均压力液层内的平均压力Pm Pm=P+gh/2P为液面上方分离室内的压力为液面上方分离室内的压力PaTTm Tm,T对应的对应的Pm与与P相应的沸点。相应的沸点。3. 二次蒸汽由分离器到冷凝器的流动中，在管道内会产生二次蒸汽由分离器到冷凝器的流动中，在管道内会产生阻力损失，也可能会散失热量，这些

8、能量消耗造成的温差阻力损失，也可能会散失热量，这些能量消耗造成的温差损失损失 一般取一般取0.51.5 例：用连续真空蒸发器将桃浆从含固形物例：用连续真空蒸发器将桃浆从含固形物11浓缩至浓缩至40。蒸发器内真空度为。蒸发器内真空度为93kPa，液层深度为，液层深度为2m，加热蒸，加热蒸汽绝对压力为汽绝对压力为0.1MPa的饱和蒸汽，桃浆的密度为的饱和蒸汽，桃浆的密度为1180kg/m3.求温差损失及蒸发器的有效温差。求温差损失及蒸发器的有效温差。解：蒸发器内的绝对压力解：蒸发器内的绝对压力101938kPa，对应的沸点，对应的沸点T为为41.3，汽化热，汽化热r=2.40MJ/kg1.取料液浓

9、度为制品浓度取料液浓度为制品浓度40，参考糖液数据，参考糖液数据，Ca0 . 1CarT67.00.11040.2)3.412.273(2.162.166222.计算计算Pm=P+gh/2=8+1.1809.812/2=19.6kPaTm=59.6=59.6-41.3=18.3 3.计算计算tCttCtC 73.3997.187.587.583.4110097.183.1867.000单效蒸发的计算项目有：单效蒸发的计算项目有： （1）蒸发量；）蒸发量； （2）加热蒸气消耗量；）加热蒸气消耗量； （3）蒸发器的传热面积）蒸发器的传热面积通常生产任务中已知的项目有：通常生产任务中已知的项目有：

10、（1）原料液流量、组成与温度；）原料液流量、组成与温度； （2）完成液组成；）完成液组成； （3）加热蒸气压强或温度；）加热蒸气压强或温度； （4）冷凝器的压强或温度。）冷凝器的压强或温度。加热室加热室蒸发室蒸发室F,x0,t0,h0D,T,HW,T,HD,T,hw(F-W),x1t1,h1QL式中式中 F原料液流量原料液流量 W二次蒸汽二次蒸汽流量流量 P完成液流量完成液流量 xF原料液的质量组成原料液的质量组成 xP完成液的组成完成液的组成对单效蒸发器作溶质衡算，得对单效蒸发器作溶质衡算，得pFxPxFPWF)1(PFxxFW加热室加热室蒸发室蒸发室F,x0,t0,h0D,T,HW,T,H

11、D,T,hw(F-W),x1t1,h1QL(2).(2).蒸发器的热量衡算蒸发器的热量衡算进入系统的热流量等于离开系统的热流量加上热量损失进入系统的热流量等于离开系统的热流量加上热量损失1)(tCWCFhpQhphDHWHDhFpwpFfLpsvsfCpF原料液的比热容原料液的比热容 J/kg.kCpw水的比热容水的比热容J/kg.kt1-溶液的沸点溶液的沸点加热室加热室蒸发室蒸发室F,x0,t0,h0D,T,HW,T,HD,T,hw(F-W),x1t1,h1QL式中式中 D加热蒸气的消耗量加热蒸气的消耗量,kg/h rs加热蒸气的汽化热加热蒸气的汽化热, J/kg rv二次蒸气的汽化热二次蒸