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第六章
蒸
发
Evaporation
第一节 蒸发概述
第二节 蒸发设备
第三节 单效蒸发
第四节 多效蒸发
第一节
6.1
蒸发概述
食品物料的蒸发
6-2 蒸发的操作方法
6.1
食品物料的蒸发
1.食品物料蒸发的目的
（1） 除去食品中大量的水分
减少包装、贮藏和运输的费用
ws = 28%,18 t
例：ws=5%,100 t
（2） 提高制品浓度，增加制品的贮藏性
主要作用：↓aw 至微生物学上安全
（3） 经常用作干燥或更完全脱水的预处理过程
如：制奶粉先将牛奶蒸发浓缩至45～52%
（4） 用作某些结晶操作的预处理过程
2.食品物料蒸发浓缩的特点
（1）热敏性
常采用HTST蒸发、真空蒸发，
用长管膜式、搅拌膜式蒸发器
（2）腐蚀性
采不锈钢等耐腐蚀材料
（3） 黏稠性
采用强力循环和搅拌
（4） 结垢性
↑料液流速的冲刷作用
（5）泡沫性
加消泡剂，用除沫器
（6）挥发性
加香气成份回收装置
6-2 蒸发的操作方法
1．蒸发的基本过程
2.常压蒸发和真空蒸发
3.闪蒸(flash evaporation)
将热溶液的压力降到低于溶液温度下的
饱和压力，则部分水将在压力降低的瞬间沸
腾汽化,就是闪蒸。
最大优点：避免结垢
4. 单效蒸发和多效蒸发
效（effect）是指蒸汽被利用的次数。
5.热泵蒸发
热泵（heat pump）提高二次蒸汽的压力
和温度，重新用作蒸发的加热蒸汽。
6.间歇蒸发和连续蒸发
第二节
6-3
蒸发设备
蒸发器
6.3A
循环型蒸发器
6.3B
非循环型蒸发器
6-4 蒸发的辅助设备
6-3
6.3A
蒸发器
循环型蒸发器
1.中央循环管蒸发器
中央循环管截面积
= 0.4~1
沸腾管总截面积
2.悬筐式蒸发器
液体在外侧环形通道
下降，循环速度更大。
悬筐式加热室可取出，
便于清洗、维修。
3.外加热式蒸发器
3
1
外加热式蒸发器
6.3B
非循环型蒸发器
1.长管式蒸发器
可分为升膜蒸发器和
降膜蒸发器。
升膜蒸发器的缺点是
料液在管下部的积存。
降膜蒸发器主要优点是：
因无静液压效应，
物料沸点均匀，传热系
数高，停留时间短，不
易结垢。
关键要有性能优良
的料液分布器
降膜分布器常见有三种型式：
(a) 螺旋槽导
流
(b)凹端面锥体导流
(c) 齿缝分配
2.刮膜蒸发器
3.板式蒸发器
6－4 蒸发的辅助设备
1.冷凝器
冷凝水的排出
低位式冷
凝器产生的
冷凝水用抽
水泵抽走。
高位式冷
凝器置于10m
以上的高位，
下部连接一根
很长的气压管，
靠静液压作用
把冷凝水排出。
2. 真空泵
3.捕沫器
（1） 惯性型捕沫器
（2） 离心型捕沫器
（3） 表面型捕沫器
第三节 单效蒸发
6-5 蒸发器的换热温差
6-6 单效蒸发的计算
6-5 蒸发器的换热温差
总温差
ΔTt  Ts  Tc
Tc
有效换热温差 ΔT  Ts  T1
温差损失
ΔT  ΔTt  Δ
Δ  T1  Tc
Ts
引起温差损失的原因有三：
1. 溶液的沸点升高
2
吉辛柯公式
T
Δ  16.2
Δa
Δvh
a —常压溶液沸点升高, K
T1
2.液层静压效应
pm  p ρgh/ 2
Δ  Tm  T
p
pm
h
食品工业上经常采用真空蒸发，
由静压效应引起的温差损失Δ″ ，显得特别突出
同样是Δp = 10kPa：
▲ 90→100kPa,
ΔT = 3.2K
▲ 5→15kPa,
ΔT = 21.1K !
3. 蒸汽流动的能量损失
一般取
Δ  0.5 ~ 1.5K
Δ  Δ  Δ  Δ
例 (习题1,p.219 ) ws = 0.30 的番茄酱,求Δ’ ：
(1)常压；(2)pvm = 95kPa
解 (1) 常压 ws = 0.30, 查表6-1
Δa  0.6K
（2）
p  pa  pvm
p = 101-95 = 6kPa
查饱和水蒸气表（p.437）：T = 35.6℃
r = 2411 kJ/kg
T2

273.2 35.62
 0.64K
Δ  16.2 Δa 16.2
3
241110
r
例 (习题2,p.219) ρ=1030kg /m3, h = 4m
求：Δ
解 (1)
pm  p ρgh/ 2
 6000  1030 9.81 4/2  26.2 103 Pa
查饱和水蒸气表, Tm  64.1 ℃
Δ  Tm  T  64.1  35.6  28.5K
ΔΔ Δ Δ
 0.6  28.5  1.0  30.1K
6-6 单效蒸发的计算
1.蒸发量
F V  P
FwF  Pw p
wF
V  F( 1 
)
wp
V,T1,HV
F, TF
wF,hF
S,TS,HS
2.加热蒸汽耗量
FhF  SH s  VHv  Shs  Php
Php  (Fc PF  Vcw )T1
S,TS,hS
P,T1,hP,wP
FhF  SH s  VHv  Shs  FcPF T1  VcwT1
hF  c PF TF
FcPF TF  SH S  VHV  ShS  FcPF T1  VcwT
S(H S  hS )  V(HV  cwT1 )  FcPF (T1  TF )
令 rS
 H S  hS 为加热蒸汽的汽化热
rV  H V  cwT1 为二次蒸汽的汽化热
SrS  VrV  FcPF (T1  TF )
VrV  Fc PF (T1  TF )
S
rS
VrV  Fc PF (T1  TF )
S
rS
若沸点进料，TF=T1，则有
rV
S V
rS
3.蒸汽经济性（steam economy）
V
e
S
沸点进料的单效蒸发操作，e ≈ 1
4.换热面积
SrS
Φ
A

K(TS  T1 ) K(TS  T1 )
例题: 单效真空蒸发浓缩牛奶，进料流量1 5 0 0 g
k/h,
固形物质量分数0 . 15 ,温度8 0 C ,比热容3 . 9 0 k J(/k g K ) 。
加热蒸汽压力1 0 0 kP a ( 表压）。出料温度6 0 C ,固形物
0 . 5 0 。假设热损失
5 % ，求（1 ）水分蒸发量和成品量；
（2 ）加热蒸汽耗量；（3 ）蒸汽经济性；（4 ）若传热系
数为1 1 6 0 J / (2mK ) ,求传热面积。
wF
15
解：（1） V  F (1 
)  1500  (1  )  1050kg/h
wP
50
P  F  V  1500  1050)  450kg/h
(2)
查表：T1  60 C, rV  2355kJ/kg;
p  200kPa, Ts  120 C, rS  2205kJ/kg

0.95 S 
VrV  Fc pF (T1  TF )
rS
1050  2355  1500  3.90  (60  80)

2205
S  1068kg/h
V 1050
(3) e  
 0.98
S 1068
(4)
SrS
Φ
A

KΔT K(TS  T1 )
1068  2205  10 3 /3600

1160  (120  60)
 9.3m 2
第四节
多效蒸发
6-7 多效蒸发流程和温差分配
6.7A 多效蒸发操作流程
6.7B 多效蒸发的温差分配
6.7C 多效蒸发的蒸汽经济性
6-8 多效蒸发的计算
6-7 多效蒸发流程和温差分配
6.7A
多效蒸发操作流程
1.顺流法 (forward-feed)
V1
F
优点：
Ⅰ
Ⅱ
S
●效间料液
不需泵送；
●自蒸发作用
增加蒸发量；
●对热敏料有利。
缺点：末效黏度大，操作困难。
V2
V3
Ⅲ
P
2. 逆流法 (backward-feed)
V2
V1
S
Ⅰ
Ⅱ
V3
Ⅲ
F
P
优点：浓液对应较高温度，黏度增少，利传热。
缺点：效间需泵送；
高浓对应高温，营养易破坏。
3. 平流法 (parallel-feed)
F
V2
V1
S
Ⅰ
P
Ⅱ
P
适用于蒸发易析出结晶的情况
V3
Ⅲ
P
6.7B 多效蒸发的温差分配
将有效总温差ΔT分配到各效：
ΔT 
ΔT
i
i
并满足 Φi = KiAiΔTi
（1） 各效等面积原则
Φn
Φ1 Φ2
ΔT1 : ΔT2 :    : ΔTn 
:
:  :
K1 K 2
Kn
（2） 各效等压差原则
Δp
Δp1 Δp2     Δpn 
n
（3） 各效蒸发量经验比例原则，例如：
V1 : V2 : V3  1 : 1.1 : 1.2
6.7C 多效蒸发的蒸汽经济性
n效蒸发 ，理论蒸汽经济性：e = n
↑n,理论上可成倍↑热利用的经济性
但因热损失，e的实际值低于理论值
蒸汽经济性随效数的变化：
效数 n
1
2
3
4
5
理论e 值
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
实际 e 值
0.9
1.8
2.5
3.3
3.7
效数的限度
尽管实际 e值不是随效数n 成倍增加，
但仍然是效数越多，e 值越大。可是由于
多种原因，效数是有限度的：
（1）效数增加，蒸发器及附属设备的投
资也基本上成倍增加；
（2）整个系统的有效总温差有一定范围，每
效有效温差不得小于5~7K；
（3）温差损失几乎随效数成比例增加。
实践上最常采用 n = 2～4
本 次习 题
p.219
3
6
6-8
多效蒸发的计算
1.总蒸发量
FwF  (F  V1 )w1  (F  V1  V2 )w 2  (F  V)w p
wF
V  F (1 
)
wp
2.加热蒸汽耗量及各效蒸发量
第一效 S1rS  V1r1  Fc pF (T1  TF
rS
TF  T1
V1  S1  Fc pF
r1
r1
)
rS
TF  T1
V1  S1  Fc pF
r1
r1
rS
令 α1 
r1
TF  T1
β1 
r1
α1—第一效的蒸发因数，计算时按 α1≈1 处理
β1—第一效的自蒸发系数
V1  S1  Fc pF β1
考虑热损失，设 η1 为第一效的热利用因数
V1  (S1  FcPF β1 )η1
也可推得
V2  [ S2  (Fc pF  c wV1 )β2η
] 2
V3  { S3  [Fc pF  cw (V1  V2 )]β3 }η3
由于V1=S2，V2= S3，
故上列各式均可表示为S1的函数
即：
V1  a1 S1  b1
V2  a2 S1  b2
V3  a3 S1  b3
相加
V = aS1+ b
V b
S1 
a
代入各式可求得 V1,V2, V3
3.各效换热面积
Φ1
A1 
K 1ΔT1
Φ2
A2 
K 2 ΔT2
Φ3
A3 
K 3 ΔT3
例 双效顺流蒸发番茄汁，ws ：4.3%→28%，沸点
进料，流量1.39kg/s。T1=60℃,pS =118kPa，传热系数
K1=900W/(m2·K) ， K2=1800W/(m2·K) 。冷凝器真空
度93kPa。求V,V1,V2,S1,e,A1,A2。
解
wF
 4.3 
（1） V  F( 1 
) 1.39   1    1.18kg/s
28 

wp
（2） T1 = TF = 60℃
pc = 101-93 = 8kPa, Tc = 41.3℃
T2 = 42.3℃, r2 = 2396kJ/kg
TF  T1
β1 
0
r1
T1  T2
60  42.3
6
β2 


7.4

10
K  kg/J
3
r2
2396  10
c pF  cw 1  w F   4180  1  0.043  4000J/ kg  K 
取

η1 η2  0.98
V1  ( S1  FcPFβ1 η
) 1  S1η1  0.98S1
V2  [S 2  (Fc pF  cwV1 )β2 ]η2

 0.98 S1  1.39  4000  4180  0.98S1  7.4  106  0.98
V2  0.931S1  0.040
V  V1  V2  1.911S1  0.040  1.18kg/s
1.18  0.040
S1 
 0.597kg/s
1.911
V1  0.98S1  0.98  0.597  0.585kg/s
V2  0.931S1  0.040  0.931 0.597  0.040
 0.596kg/s
（3）
e = V/S1 = 1.18/0.597 = 1.98
（4） pS1 = 118kPa，TS1 = 104.2℃,
rS1 = 2230kJ/kg
TS2 = 60-1 = 59℃, rS2 = 2357kJ/kg
S1rS 1
Φ1
A1 

K 1ΔT1 K 1 TS 1  T1 
0.597  2230  103

 33.5m 2
900  104.2  60
V1rS 2
Φ2
A2 

K 2 ΔT2 K 2 TS 2  T2 
0.585  2357  103

 45.9m 2
1800  59  42.3
本 次习 题
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