食品工程原理第六章共77页文档

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：
t T
式中 Δ——溶液的沸点升高，℃ t ——溶液的沸点，℃ T/——与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的 饱和温度，℃
蒸发过程中引起温度差损失的原因有：
（1）因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失Δ′； （2）因加热管内液柱静压强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 。
1 ao
式中 a——对流传热系数，W/(m2•℃) d——管径，m Ri——垢层热阻，m2•℃/W
b——管壁厚度，m
λ——管材的导热系数，W/(m•℃) 下标i表示管内侧、o表示外侧、m表示平均。
垢层热阻值可按经验数值估算。管外侧的蒸气冷凝传热系数 可按膜式冷凝传热系数公式计算，管内侧溶液沸腾传热系数则 按管内沸腾传热系数关联式计算。
逆流法原料液加热蒸汽至冷凝器完成液冷凝水冷凝水冷凝水效数多时也可采用顺流和逆流并用的操作称为混流法这种流程可协调两种流程的优缺点适于粘度极高料液的浓平流法原料液分别加入各效中完成液也分别自各效底部取出蒸气流向仍是由第一效流至末效
第六章
本章重点和难点：
蒸发
和一般的传热过程相比，蒸发操作具有哪些特点，
对蒸发设备及蒸发工艺过程有何特殊要求；
蒸发器的基本结构，操作特性及适用场合； 蒸发过程计算（以单效计算为重点，包括溶液沸
点升高、物料衡算、热量衡算、传热面积计算等）；
蒸发操作的强化及节能途径；
第一节 概述
一、蒸发的定义
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蒸发，所用的设备称为蒸 发器。
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

物质传递的三个步骤：
界面
气相 主体
组分
组分
液相 主体
二、分子扩散与菲克定律
1 分子扩散
A
BB
A A
B B
分子扩散：在一相内部存在浓度差或浓度梯度的情 况下，由于分子的无规则运动而导致的物质传递现 象。分子扩散是物质分子微观运动的结果。 扩散通量：单位时间内单位面积上扩散传递的物质量， 其单位为kmol/(m2· s)。
子”。显然P/pBm>1，漂流因子的大小直接反映了总体
流动在传质中所占分量的大小，即漂流因子体现了总
体流动对传质速率的影响。
例 如图所示，细金属管底部的水保持恒温 42℃，绝对干燥空气流的温度为42℃，压力 为1atm。水在表面1蒸发的水蒸汽扩散到管 口2被空气流带走。若1和2间的距离为15cm， 42℃和1atm时水蒸气在空气中的扩散系数 D=2.88×10-5m2/s，计算管中水蒸汽的扩散 通量。 空气（B）
2 单向扩散
p pB1
pA1 pA2
总压p
界面 在气体吸收中溶质A溶 pB2
解于溶剂中，惰性气体B不
溶解于溶剂中，则液相中 不存在组分B，此过程为组 分A通过另一“静止”组 分B的单向扩散。
气 相 主 体
N
cA C
cB C
N
JB JA
z
液相
0
cA Ny A N C cA NA JA N C cB NB J B N C NB 0
2 菲克（Fick）定律 当物质A在介质B中发生扩散时，任一点处 物质A的扩散通量与该位置上A的浓度梯度成正 比，即：
J A DAB
dCA dz
二、气相中的稳定分子扩散
1 等分子反向扩散

物料浓缩
6.2.1 蒸发的基本概念 1．蒸发的概念 利用溶质和溶剂之间挥发度的差异，用加入热能的方
法使溶剂汽化，而非挥发性的溶质留在溶液中，从而达到 分离的目的，所涉及的平衡为汽液平衡。
按照分子运动学说，溶液受热时，溶剂分子获得了能 量，当溶剂分子的能量足以克服分子间的吸引力时，溶剂 分子就会逸出液面，进入上部空间，成为蒸汽分子，这就 是汽化。汽化后生成的蒸汽若不设法排除，则汽液两相间 水分的化学势逐渐趋向平衡，使汽化不能继续进行。故进 行蒸发的必要条件是热能的不断供给和生蒸汽的不断排除。
物料浓缩
非平衡浓缩是利用半透膜来分离溶质和溶剂，两相用 膜隔开，在不同推动力作用下，有选择性地使某些分子通 过，使溶液中不同溶质和成分分离，故也称为膜分离。分 离不是靠两相直接接触而进行的，故称非平衡浓缩。就操 作过程而言，食品的浓缩与分离紧密联系在一起。
物料浓缩
浓缩在食品工业中已得到广泛的应用，其主要目的有 以下几点。
物料浓缩
（3)由于管路流体阻力引起
二次蒸汽由分离室到冷凝器的流动中，在管道内会产
生阻力损失，也可能会散失热量，这些能量消耗造成温度
差损失，记作 '''。受管道长度、直径和保温情况等影响。
计算时一般取
''' =0.5～1.5Ｋ
（6-3）
由于上述三个原因，全部温度差损失为：
∆=∆′+∆˝+ ''' 求得总传热温度差∆t为：
①浓缩去除食品中大量的水分，减少质量和体积，从 而减少食品包装、储藏和运输费用。
②提高制品浓度，延长保质期。浓缩使溶液中的可溶 性物质浓度增大，尤其是高浓度的糖和盐有较大的渗透压。 当渗透压足够从微生物细胞中渗出水分，或能阻碍水分扩 散到微生物细胞中，就可有效地抑制微生物的生长，起到 防腐，延长保存期的作用。

又 Pa= P1+ρg（m+R） Pb = P2+ρg m +ρ0g R
∴ ΔP = P1 - P2 = R（ρ0 –ρ）g
ΔP = P1 - P2 = R（ρ0 –ρ）g
上式说明： ＊当ρ0 、ρ一定时，ΔP 仅与 R 有关。 ＊若两测压点不在同一水平面上，则R（ρ0 –ρ）g不是真正
的压强差，而是两被测截面上的虚拟压强差。
4、定态流动与非定态流动 定态流动是指点的速度ux、uy、uz及压强p均为与时
间无关的常数。 即： 定态流动 u = f（x、y、z）
非定态流动 u = f （x、y、z、τ）
u = f（x、y、z、τ） u = f （x、y、z）
5、运动的描述方法
①拉格朗日法： 描述同一质点在不同时刻的状态。 （物理学中考察单个固体质点时用）
●压强的单位 1 atm = 1.013×105Pa = 1.033 kgf /cm2 = 1.013 bar = 760 mmHg = 10.33 mH2O
●生产中常用单位： 1M Pa（兆帕）= 106 Pa ≈10 atm
注意：以液柱高度表示压强时，一定要指明是何种液体。
●压强的表示方法
①绝对压强 ②表压强 ③真空度
其它表达形式：（单位质量流体总势能相等）
流体微元受力平衡一般式；dp/ =Xdx+Ydy+Zdz 重力场中X，Y=0 Z=-g
* 适用范围 * 基本规律及应用 * 表达式
h油 h
h水
例：如图，在一开口容器内盛有
A
A`
油水混合物，静置后油层高度0.7m,密度800kg/m3；水层
高度0.6m,密度1000kg/m3。计算水在玻璃管中的高度h 。