第11章溶液浓缩727 1.3.2多效蒸发的流程 按加料方式不同，常见的多效蒸发操作流程（以三效为例）有以下几种： (1)并流（顺流）加料法的蒸发流程并流加料法是最常见的蒸发操作流 程。图11-3所示是由3个蒸发器组成的三效并流加料的流程。溶液和蒸汽的流 向相同，即都由第一效顺序流至末效，故称为并流加料法。生蒸汽通入第一效加 热室，蒸发出的二次蒸汽进人第二效的加热室作为加热蒸汽，第二效的二次蒸汽 又进入第三效的加热室作为加热蒸汽，第三效（末效）的二次蒸汽则送至冷凝器 全部冷凝。原料液进人第一效，浓缩后由底部排出，依次流过后面各效时即被连 续不断地浓缩，完成液由末效底部取出。并流加料法的优点：①由于后一效蒸发 室的压强比前一效的低，故溶液在效间输送不用泵而利用各效间的压力差。②由 于后一效溶液的沸点较前一效的低，溶液进入后效时发生闪蒸现象，产生较多 次蒸汽。③高浓度溶液的温度依效序降低对浓缩热敏性食品有利。但是，由于逐 效浓度增高，且温度降低，粘度升高，传热系数下降，增加了末效蒸发的困难。 成篇 图11-3并流多效蒸发流程 (2)逆流加料法的蒸发流程图11-4为三效逆流加料流程。原料液由末效 进人，用泵依次输送至前效，完成液由第一效底部取出。加热蒸汽的流向仍是由 第一效顺序至末效。因蒸汽和溶液的流动方向相反，故称为逆流加料法。 逆流加料法蒸发流程的主要优点是溶液的浓度沿着流动方向不断提高，同时 温度也逐渐上升，因此各效溶液的粘度较为接近，使各效的传热系数也大致相
728食品工程原理 同。其缺点是，效间的溶液需用泵输送，能量消耗较大，且因各效的进料温度均 低于沸点，与并流加料法相比较，产生的二次蒸汽量也较少。 一般来说，逆流加料法宜于处理粘度随温度和浓度变化较大的溶液，而不宜 于处理热敏性的溶液。 圉门 图11-4逆流多效蒸发流程 (3)平流加料法的蒸发流程如图11-5所示，原料液分别加入各效中，完 成液也分别由各效排出，加热蒸汽由第一次效依次至末效，称为平流加料法。平 流加料法适用于在蒸发操作进行的同时，有晶体析出的溶液。因为有晶体析出， 不便于在效间输送。 此外，多效蒸发中，有时将某一效的二次蒸汽引出一部分用做预热蒸发器的 进料，或其他加热目的。引出的蒸汽称为额外蒸汽。 1.3.3多效蒸发的计算 1.3.3.1基本情况 多效蒸发计算中，已知条件是：原料液的流量、浓度和温度；加热蒸汽（生 蒸汽)的压强或温度；冷凝器的真空度或温度；末效完成液的浓度等。需要设计 的项目是：生蒸汽的消耗量；各效的蒸发量；各效的传热面积
第11章溶液浓缩729 71 国力 成品 成品 成品 图11-5平流多效兼发流程 解决上述问题的方法仍是采用蒸发系统的物料衡算、焓衡算和传热速率等3 个基本方程式。多效蒸发中，效数越多，变量（未知量）的数目也就越多。多效 蒸发的计算比单效的要复杂的多。若将描述多效蒸发过程的方程用手算联立求 解，则是很繁琐和困难的。为此，经常先作一些简化和假定，然后用试差法进行 计算。下面对图11-6所示的并流蒸发流程予以讨论。 图11-6中W1,W2,.Wn为各效的蒸发量，kg小；F为原料液流量，kgh; W为总蒸发量，kgh;x0,x1,x,为原料液及各效完成液的质量分数，%；0为 原料液的温度，℃；1,2，.，n为各效溶液的沸点，℃；D1为第1效加热蒸汽（生蒸 汽)消耗量，kgh;p1为生蒸汽的压强，Pa;T1为生蒸汽的温度，℃；T1',Tz',., Tn'为各效二次蒸汽的温度，℃；pn’为末效蒸发室的压强，Pa;H1,H1',H2',.， Hn为生蒸汽及各效二次蒸汽的焓，kJkg;ho,h1,h2,.,hn为原料液及各效完成 液的焓，kJ/kg;S1,S2,.,Sm为各效蒸发器的传热面积，m2;下标1,2，.，n表示 效数的序号。 1.3.3.2.多效蒸发的物料衡算 围绕图11-6整个蒸发系统作溶质的衡算，得：
730食品工程原理 Fx1=(F-W)xn 或 w=F=F1-） (11-28) W=W1+W2+.+Wn (11-29) D,n,H 图11-6并流加料多效蒸发的物料衡算和焓衡算示意图 对任一效作溶质衡算，得 Fx0=(F-W1-W2-·-W:)x: (11-30) i≥2 或 x=F-w1-w2-.-W (11-30a) 一般已知原料液和末效完成液的浓度x0及x,因此只能由式(11-28)计 算总蒸发量，而各效蒸发量W:及排出液浓度x:要通过各效的焓衡算与物料衡 算才能求得。计算开始时要列焓衡算式尚缺乏必要的数据，如各效二次蒸汽压 强、溶液沸点、各效温度差损失等，故各效蒸发量一般先按生产实践数据加以估 计。如无实际数据作参考时，也可按总蒸发量的平均值估计： w.-W (11-31)
第11章溶液浓缩731 式中：n为多效蒸发的效数。 对并流加料，还可按下面关系估算： 双效 W1:W2=1:1.1 (11-32) 三效 W1:W2:w3=1:1.1:1.2 (11-32a) 估算出w:后，即可用式(11-30a)算出各效排出溶液的浓度。实际上相当 于在此处假设了各效蒸发量的数值，式(11-32)及式（11-32a)只不过是为初 设值提供条件。 1.3.3.3多效蒸发的焓衡算 在进行焓衡算之前需要确定各效二次蒸汽压强以及不同部位的温度。 (1)各效二次蒸汽压强若暂且忽略各种温度差损失，各效二次蒸汽压强可 按下面经验方法估算，即认为蒸汽通过各效的压强降相等： △p:=P1-ps (11-33) 式中：p1为加热蒸汽压强，Pa或kPa;pk为冷凝器中蒸汽压强，Pa或kPa。 p1及pk由设计者根据任务及现场条件等选定，由式(11-33)算出△：后，即可从 p1或pk开始逐效算出各效二次蒸汽压强，从而可以查出相应的二次蒸汽温度T:'。 (2)各效的各种温度差损失各效中由于溶液的蒸汽压下降、液层静压强及 流动阻力引起的温度差损失△：'△：”及△：”均可按前节1.2.1中已介绍的方法进行 估算。 (3)多效系统中各效溶液的沸点及总有效温度差 各效沸点： t:=T:+△：'+△： 各效有效温度差：△t:=T:-t (11-34) 总有效温度差： ∑AE=T1-Tk-∑A 或 ∑△t=T1-Tk-(∑A'+∑△”+∑△") (11-35) 式中∑△t为系统的总有效温度差，℃； ∑△为系统的总温度差损失，℃；∑△'、∑△”、∑△“分别为因溶液蒸汽压下 降、液层静压强及流动阻力而引起的系统温度差损失，℃； 以上算出的各效二次蒸汽压强户：及溶液沸点，都是在一些经验数值或经 验公式的基础上获得的。实际上，有些经验数据是为试差法提供初次假设值，以 后还要调整