食品技术原理课程讲稿－第八章液体浓缩 第 11 页 ，共 32 页 △a- 常压下溶液的沸点升高，K， 2、由于液层静压效应所引起 蒸发器内的沸腾液总是有一定的液层高度， 其值与蒸发器的类型和结构有关。处于离液面不同深度的溶液受到不同的静压 力，所以液面下周部沸腾温度高于液面上的沸腾温度，亦即高于上述经沸点升高 校正后的溶液沸点。液层高度影响沸腾温度的现象，在低压下特别突出。 以 lm 高的水层为例，液面与底部的压力差等于 lmH2O。若液面上绝对压力 为 10mH2O(接近常压蒸发)，则底部与液面的压力差所造成的沸点差约为 3K，但 若液面上的绝对压力为 0.23mH2O，则液面处溶液沸点约为 20℃，而底部溶液沸 点为 50℃，这种影响引起的沸点升高是十分显著的。由液层静压效应引起的温 差损失也同样减少了传热的推动力。 设液面上方的分离室内的压力为 0 p ，溶液液层高度为 h，溶液密度为 ρ， 则溶液中层的压力为 m p 为： 2 0 gh pm p = + （8-3） 又设对应于压力 0 p 和 m p ，溶液的沸点为 m t ,t 0 则由静压效应历引起的温差损失 为： 0 '' t t = m − (8-4) 通常，近似计算 m t ,t 0 可直接取用在 , o p m p 压力下水蒸气的饱和温度。 在真空度操作的真空蒸发器，当液层静压效应显著影响沸腾温度时，底层溶 液的沸腾往往受到强烈的抑制。实际上，底层溶液并不沸腾，却随着溶液向上方 流动而达某一高度以后才开始沸腾，沸腾受抑降低了蒸发能力，所以应尽量避免 存在很大静压。 膜式蒸发器就有这样优点，管子虽长，管内为汽液混合物的两相流动，平均 密度小，所以缓和了静压郊应。相反，在闪急蒸发器中，却又人为地引入液层的 静压，目的在于抑制溶液在管内沸腾，此理当另作别论。 3 由蒸汽流动中热损失引起 此项温差损失与蒸发装置的流程有关。二次蒸 汽从分离室到冷凝器的流动管道长度，直径和保温情况均会影响此项损失。计算 时，一般作△'''=0.5~1.5K 计。由于上述三项原因，全部温差损失为： △ =△'+△''十△'"， 有效温差△T 则等于总温差减去总温差损失。即： T = T0 − (四)蒸发器的传热系数 蒸发器是特殊条件下操作的热交换器，其传热系数 K 按通用表达式为： s w s w K + + + = 1 2 1 1 1 式中： 1 ：加热蒸汽向管壁或板壁的冷凝传热膜系数 W/m2•K 2 ：从管壁或板壁向被浓缩溶液的沸腾传热膜系数 W/m2•K
食品技术原理课程讲稿－第八章液体浓缩 第 11 页 ，共 32 页 △a- 常压下溶液的沸点升高，K， 2、由于液层静压效应所引起 蒸发器内的沸腾液总是有一定的液层高度， 其值与蒸发器的类型和结构有关。处于离液面不同深度的溶液受到不同的静压 力，所以液面下周部沸腾温度高于液面上的沸腾温度，亦即高于上述经沸点升高 校正后的溶液沸点。液层高度影响沸腾温度的现象，在低压下特别突出。 以 lm 高的水层为例，液面与底部的压力差等于 lmH2O。若液面上绝对压力 为 10mH2O(接近常压蒸发)，则底部与液面的压力差所造成的沸点差约为 3K，但 若液面上的绝对压力为 0.23mH2O，则液面处溶液沸点约为 20℃，而底部溶液沸 点为 50℃，这种影响引起的沸点升高是十分显著的。由液层静压效应引起的温 差损失也同样减少了传热的推动力。 设液面上方的分离室内的压力为 0 p ，溶液液层高度为 h，溶液密度为 ρ， 则溶液中层的压力为 m p 为： 2 0 gh pm p = + （8-3） 又设对应于压力 0 p 和 m p ，溶液的沸点为 m t ,t 0 则由静压效应历引起的温差损失 为： 0 '' t t = m − (8-4) 通常，近似计算 m t ,t 0 可直接取用在 , o p m p 压力下水蒸气的饱和温度。 在真空度操作的真空蒸发器，当液层静压效应显著影响沸腾温度时，底层溶 液的沸腾往往受到强烈的抑制。实际上，底层溶液并不沸腾，却随着溶液向上方 流动而达某一高度以后才开始沸腾，沸腾受抑降低了蒸发能力，所以应尽量避免 存在很大静压。 膜式蒸发器就有这样优点，管子虽长，管内为汽液混合物的两相流动，平均 密度小，所以缓和了静压郊应。相反，在闪急蒸发器中，却又人为地引入液层的 静压，目的在于抑制溶液在管内沸腾，此理当另作别论。 3 由蒸汽流动中热损失引起 此项温差损失与蒸发装置的流程有关。二次蒸 汽从分离室到冷凝器的流动管道长度，直径和保温情况均会影响此项损失。计算 时，一般作△'''=0.5~1.5K 计。由于上述三项原因，全部温差损失为： △ =△'+△''十△'"， 有效温差△T 则等于总温差减去总温差损失。即： T = T0 − (四)蒸发器的传热系数 蒸发器是特殊条件下操作的热交换器，其传热系数 K 按通用表达式为： s w s w K + + + = 1 2 1 1 1 式中： 1 ：加热蒸汽向管壁或板壁的冷凝传热膜系数 W/m2•K 2 ：从管壁或板壁向被浓缩溶液的沸腾传热膜系数 W/m2•K
食品技术原理课程讲稿－第八章液体浓缩 第 12 页 ，共 32 页 w w ：管壁或板壁的热阻，δW 为管壁或板壁的厚度，m。λW 为传热材料的 导热系数，W/m•K s s ：垢层热阻，δS 为垢层厚度，m。λS 为其导热系数，W/m•K 1 蒸汽泠凝传热膜系数 1 ：即使在膜状冷凝条件下，其值也不高。一般为 4,500—18,000 W/m2 .K。若蒸汽中含有不凝结气体，膜系数则显著降低。所以要 采取排除不凝结气体和防止空气漏入蒸汽室的措施。 2 溶液沸腾传热膜系数 2 ：沸腾放热热阻往往是诸热阻中起主要作用的热阻。 沸腾传热膜系数在很大程度上取决于传热面上的液速。 3 垢层热阻 w w ：由于食品中热敏有机物质蒸发时因加热受破坏在加热面上形成 的垢层成为蒸发的严重问题。当浓缩粘性制品例如蕃茄酱时，这是占主导的因素， 在计算垢层热阻时，如无可靠实验数据。可将垢层厚度按 0.5mm 估算，其导热 系数可取 1.5~2W/m·K 之间。 4 传热壁热阻 s s ：蒸发器的金属壁热阻，在一般情况下此其他各项热阻均小， 在设计计算时可以忽略。因此，加热管材料的选择，不只是从导热性能来考虑， 而应从耐腐蚀性及经济性方面来考虑。但是，一般的刮板薄膜蒸发器，其传热壁 通常较厚，其热阻占有一定分量，不能任意忽略。 关于蒸发器传热系数 K 值，除上述按公式计算外，比较可靠的办法是根据 生产实践中的直接经验数据。各种类型蒸发器的传热系数值可以参见下的表。 (五)单效真空蒸发器计算 单效真空蒸发器的工艺设计计算项目主要有蒸发量，热蒸汽消耗量及传热面积。 分述如下: 1·蒸发量：蒸发量计算的原理是质量守恒定律，具体方法是物料衡算，取浓缩
食品技术原理课程讲稿－第八章液体浓缩 第 12 页 ，共 32 页 w w ：管壁或板壁的热阻，δW 为管壁或板壁的厚度，m。λW 为传热材料的 导热系数，W/m•K s s ：垢层热阻，δS 为垢层厚度，m。λS 为其导热系数，W/m•K 1 蒸汽泠凝传热膜系数 1 ：即使在膜状冷凝条件下，其值也不高。一般为 4,500—18,000 W/m2 .K。若蒸汽中含有不凝结气体，膜系数则显著降低。所以要 采取排除不凝结气体和防止空气漏入蒸汽室的措施。 2 溶液沸腾传热膜系数 2 ：沸腾放热热阻往往是诸热阻中起主要作用的热阻。 沸腾传热膜系数在很大程度上取决于传热面上的液速。 3 垢层热阻 w w ：由于食品中热敏有机物质蒸发时因加热受破坏在加热面上形成 的垢层成为蒸发的严重问题。当浓缩粘性制品例如蕃茄酱时，这是占主导的因素， 在计算垢层热阻时，如无可靠实验数据。可将垢层厚度按 0.5mm 估算，其导热 系数可取 1.5~2W/m·K 之间。 4 传热壁热阻 s s ：蒸发器的金属壁热阻，在一般情况下此其他各项热阻均小， 在设计计算时可以忽略。因此，加热管材料的选择，不只是从导热性能来考虑， 而应从耐腐蚀性及经济性方面来考虑。但是，一般的刮板薄膜蒸发器，其传热壁 通常较厚，其热阻占有一定分量，不能任意忽略。 关于蒸发器传热系数 K 值，除上述按公式计算外，比较可靠的办法是根据 生产实践中的直接经验数据。各种类型蒸发器的传热系数值可以参见下的表。 (五)单效真空蒸发器计算 单效真空蒸发器的工艺设计计算项目主要有蒸发量，热蒸汽消耗量及传热面积。 分述如下: 1·蒸发量：蒸发量计算的原理是质量守恒定律，具体方法是物料衡算，取浓缩