食品工程原理第十一章溶液浓缩课件.ppt

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1、第十一章溶液浓缩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：浓缩是从溶液中除去部分溶剂的单元操作，是溶质和溶剂部分分离的过程。浓缩方法：平衡浓缩（利用在分配上某种差异而获得溶质和溶剂分离的方法）、非平衡浓缩蒸发利用溶质和溶剂挥发度的差异，将溶液加热至沸腾，使溶剂汽化并排除。所涉及的平衡是汽液平衡。结晶则是利用溶质之间溶解度的差异使溶质从过饱和的溶液中析出，固液平衡。冷冻浓缩利用稀溶液与固态溶剂在凝固点下的平衡关系，使溶剂从溶液中结晶析出。固液平衡。1.1蒸发的定义1.2加热蒸气和二次蒸气使含有不挥发

2、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。1概述1.3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1.4蒸发操作的特

3、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。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。2单效蒸发2.1溶液的沸点升高和温

4、度差损失溶液沸点升高的计算公式：式中Δt0——溶液的沸点升高，℃Ts——溶液的沸点，℃TV——与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的饱和温度，℃式中t1——溶液的沸点，℃计算公式为：Δt=Ts-t1实际传热温度即有效温差为（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。（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：蒸发过程中引起温度差损失的原因有：1.Δ′溶液的沸点升高值可以通过查手册的数据表，查图线或通过计算求得，稀溶液Δ′＝KbmbKb–沸点升高常数，kg·℃/mol，若水为溶剂，Kb＝0.51kg·℃/mol

5、Mb–溶质的质量摩尔浓度，mol/kg减压下的沸点升高，可由常压下沸点升高按吉辛柯公式计算T－某压力下水的沸点温度Kr－某压力下水的汽化热J/kg－常压下溶液的沸点升高℃食品料液的可近似用糖液的数据代替。在食品工业上，Δ′不大。2.由液层静压效应而引起的温差损失Δ″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Δ″。液层内的平均压力PmPm=P+ρgh/2P为液面上方分离室内的压力PaTm,T－对应的Pm与P相应的沸点。3.二次蒸汽由分离器到冷凝器的流动中，在管道内会产生阻力损失，也可能会散失热量，这些能量消耗造成的温

6、差损失一般取0.5－1.5℃例：用连续真空蒸发器将桃浆从含固形物11％浓缩至40％。蒸发器内真空度为93kPa，液层深度为2m，加热蒸汽绝对压力为0.1MPa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。解：蒸发器内的绝对压力101－93＝8kPa，对应的沸点T为41.3℃，汽化热r=2.40MJ/kg1.取料液浓度为制品浓度40％，参考糖液数据，2.计算Δ″Pm=P+ρgh/2=8+1.180×9.81×2/2=19.6kPaTm=59.6℃Δ″=59.6-41.3=18.3℃3.计算Δt单效蒸发的计算项目有：（1）蒸发量；（2）加热蒸气消耗量

7、；（3）蒸发器的传热面积通常生产任务中已知的项目有：（1）原料液流量、组成与温度；（2）完成液组成；（3）加热蒸气压强或温度；（4）冷凝器的压强或温度。3单效蒸发的计算加热室蒸发室F,x0,t0,h0D,T,HW,T’,H’D,T,hw(F-W),x1t1,h1QL式中F—原料液流量W—二次蒸汽流量P－完成液流量xF—原料液的质量组成xP—完成液的组成对单效蒸发器作溶质衡算，得(1)蒸发量w加热室蒸发室F,x0,t0,h0D,T,HW,T’,H’D,T,hw(F-W),x1t1,h1QL(2).蒸发器的热量衡算进入