一、概  述
1、濃縮是從溶液中除去部分溶劑的單元操作，是溶質(zhì)和溶劑均勻混合液的部分分離過(guò)程。
2、濃縮和干燥的意義不同：濃縮過(guò)程中，水分在物料內(nèi)部是借對(duì)流擴(kuò)散作用從液相內(nèi)部達(dá)到液相表面而后除去，**低水分含量約30%(質(zhì)量)，一般為穩(wěn)定狀態(tài)的過(guò)程。而干燥過(guò)程中，水分在物料內(nèi)部**終必將借分子擴(kuò)散作用從固相中除去，且一般為不穩(wěn)定狀態(tài)的過(guò)程。
二、濃縮方法：
從原理上說(shuō)分平衡濃縮和非平衡濃縮兩種物理方法。
①平衡濃縮是利用兩相在分配上的某種差異而獲得溶質(zhì)和溶劑分離的方法。蒸發(fā)濃縮和冷凍濃縮即屬此法。
蒸發(fā)濃縮在實(shí)踐上是利用加入熱能使部分溶劑汽化，并將此汽化水分從余下的被濃縮溶液中分離出去。即使溶劑汽化達(dá)到使溶質(zhì)增濃的目的。這種方法目前仍然是食品工業(yè)**廣泛應(yīng)用的一種濃縮方法。
冷凍濃縮是利用稀溶液與固態(tài)冰在凝固點(diǎn)下的平衡關(guān)系，即利用有利的液固平衡條件。冷凍濃縮時(shí)，部分水分因放熱而結(jié)冰，而后用機(jī)械方法將濃縮液與冰晶分離。蒸發(fā)和冷凍濃縮，兩相都是直接接觸的，故稱平衡濃縮。
②非平衡濃縮：是利用半透膜來(lái)分離溶質(zhì)與溶劑的過(guò)程，兩相用膜隔開(kāi)，因此分離不是靠?jī)上嗟闹苯咏佑|，故稱非平衡濃縮。利用半透膜的方法不僅可以分離溶質(zhì)和溶劑，而且也可用以分離各種不同大小的溶質(zhì)，因此統(tǒng)稱為膜 (滲)分離。
    結(jié)晶是使溶質(zhì)呈結(jié)晶狀從溶液中析出的單元操作，也是溶質(zhì)和溶劑均勻混合物的部分分離過(guò)程。結(jié)晶操作與冷凍濃縮操作雖然都是利用固-液平衡條件的操作，它們的不同點(diǎn)：在于分離的目的，在于它們的操作原理及其前提條件。在一定的條件下，實(shí)現(xiàn)的是溶質(zhì)從溶液中析出，而在另一條件下實(shí)現(xiàn)的則是溶劑從溶液中成冰晶析出。
濃縮和結(jié)晶操作在食品工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，是食品工程上極其重要的單元操作。這些操作的原理都涉及到溶液的熱力學(xué)問(wèn)題。  
  **節(jié) 蒸發(fā)及其特點(diǎn)
    食品工業(yè)濃縮的物料大多數(shù)為水溶液。一般蒸發(fā)就指水溶液的蒸發(fā)。食品濃縮的物料，有的直接用原液，如牛奶、血液等，有些榨出汁如水果、蔬菜、甘蔗的榨出汁，也有用萃取液如咖啡、茶、肉、甜菜等。
 一、蒸發(fā)的基本概念
(一)、蒸發(fā)的概念
1、定義：蒸發(fā)濃縮是利用溶劑和溶質(zhì)揮發(fā)度的差異，從而獲得一個(gè)有利的汽液平衡條件，達(dá)到分離的目的。
2蒸發(fā)原理：按照分子運(yùn)動(dòng)學(xué)觀點(diǎn)，溶液受熱時(shí)，溶劑分子獲得了動(dòng)能，當(dāng)一些溶劑分子的能量足以克服分子間的吸引力時(shí)，溶劑分子就會(huì)逸出液面進(jìn)入上部空間，成為蒸汽分子，這就是汽化。如果不設(shè)法除去這些蒸汽分子，則汽相與液相之間，水分的化學(xué)勢(shì)將漸趨平衡，汽化過(guò)程也相應(yīng)逐漸減弱以**停止進(jìn)行。故進(jìn)行蒸發(fā)的必要條件就是熱能的不斷供給和生成的蒸氣的不斷排除。
    一般說(shuō)來(lái)，溶液在任何溫度下都會(huì)有水分的汽化。但這種汽化速度很慢，效率不高，所以工程上多采用在沸騰狀態(tài)下的汽化過(guò)程。通常說(shuō)的蒸發(fā)就是指的這種過(guò)程。為了維持溶液在沸騰條件下汽化，需要不斷地供給熱量，通常多采用飽和水蒸氣為熱源。飽和水蒸氣在冷凝過(guò)程中放出的汽化潛熱提供蒸發(fā)所需的熱量。由此可見(jiàn)，從換熱角度看，蒸發(fā)器中進(jìn)行的蒸發(fā)一方是水蒸氣的冷凝放熱，另一方是溶液的沸騰放熱。
 (二)食品濃縮的目的是：
(1)除去食品中大量水分，減少包裝、貯藏和運(yùn)輸費(fèi)用。
例如100噸含5%固形物的番茄榨出汁濃縮**含固形物28%的蕃茄醬，重量將減**l8噸，為原重量的1/5左右，體積縮小大致與此相同。這樣可大大降低包裝、貯藏和運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用。
(2)提高制品濃度，增加制品的保藏性。
用濃縮方法提高制品的糖分或鹽分可使水分的活度降低。使制品達(dá)到微生物學(xué)上安全的程度，延長(zhǎng)制品的有效保藏期。例如，含鹽的肉類萃取液濃縮到不致產(chǎn)生細(xì)菌性的腐敗。
(3)濃縮經(jīng)常用作干燥、更完全的脫水或用作某些結(jié)晶的預(yù)處理過(guò)程。
這種情況特別適用于原液含大量水分，而用濃縮法排除這部分水分比用干燥法更為節(jié)約之時(shí)，如制造奶粉時(shí)，牛奶先經(jīng)預(yù)濃縮**含固形物45~52%以后再進(jìn)行干燥。
二、食品物料蒸發(fā)濃縮的特點(diǎn)
    料液的性質(zhì)對(duì)蒸發(fā)有很大影響。特別是食品多屬生物系統(tǒng)的物料，比一般化工上遇到的物料更為復(fù)雜多變。在選擇和設(shè)計(jì)蒸發(fā)器時(shí)，要充分認(rèn)識(shí)這種影響。食品物料的蒸發(fā)濃縮有如下幾方面特點(diǎn)。
l 熱敏性：生物系統(tǒng)的物料多由蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉、維生素以及其它許多色、香、味成分組成。這些物質(zhì)在高溫下或長(zhǎng)期受熱時(shí)要受到破壞、變性、氧化等作用。所以許多食品的蒸發(fā)要嚴(yán)格考慮加熱溫度和加熱時(shí)間。
①加熱溫度和加熱時(shí)間是不可分割的。食品蒸發(fā)的安全性與此二因素同時(shí)相關(guān)。這就是“溫時(shí)結(jié)合”。的概念，即把溫度與時(shí)間作為統(tǒng)一體來(lái)考慮。
②從食品蒸發(fā)的安全性看，力求 “低溫短時(shí)”，但還要考慮工藝上的經(jīng)濟(jì)性。在保證食品質(zhì)量的前提下，為提高生產(chǎn)能力，常采用“高溫短時(shí)”蒸發(fā)。由于料液的沸點(diǎn)與外壓有關(guān)，低溫相應(yīng)就是低壓，所以真空蒸發(fā)是食品工業(yè)蒸發(fā)應(yīng)用的顯著特點(diǎn)之一。
③為了縮短蒸發(fā)操作時(shí)的加熱時(shí)間，一方面必須減小料液在蒸發(fā)器內(nèi)的平均停留時(shí)間，另一方面還要解決局部性的停留時(shí)間問(wèn)題。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
關(guān)于這一點(diǎn)，目前已發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)管膜式蒸發(fā)器和攪拌膜式蒸發(fā)器在物料的停留時(shí)間問(wèn)題上具有很大的優(yōu)點(diǎn)，從而在食品工業(yè)上獲得廣泛的應(yīng)用。
2 腐蝕性：特別是酸性食品如果汁、蔬菜汁的濃縮，設(shè)計(jì)蒸發(fā)器時(shí)必須考慮腐蝕性問(wèn)題。設(shè)計(jì)蒸發(fā)器和其它輔助設(shè)備時(shí)，必須選用適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)材料。對(duì)于食品，即使是輕度的腐蝕，其所引起的污染往往為產(chǎn)品規(guī)格所不允許。
一般蒸發(fā)器接觸液體部分多采用不銹鋼結(jié)構(gòu)，除非需要昂貴的材料才能滿足要求時(shí)，通常設(shè)計(jì)成強(qiáng)制循環(huán)式以節(jié)約材料的用量。
3 粘稠性：許多食品含有豐富的蛋白質(zhì)、糖分、果膠等成分，其粘稠性較高。
高粘性物料的蒸發(fā)，shou先從流體動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)看，有一個(gè)層流傾向問(wèn)題。即使物料受到強(qiáng)烈攪拌，在傳熱壁附近總存在不能忽視的層流內(nèi)層，這就會(huì)嚴(yán)重影響傳熱的速率。同時(shí)，由于上述原因，也還會(huì)產(chǎn)生諸如結(jié)垢，局部停留時(shí)間等一系列問(wèn)題。
料液的粘稠性隨濃度而增加，隨著蒸發(fā)的進(jìn)行，料液粘度也必然逐漸增加，所以蒸發(fā)過(guò)程中的傳熱速率預(yù)感期也會(huì)逐漸降低。對(duì)于粘性制品的蒸發(fā)，一般采由外力強(qiáng)制的循環(huán)或攪拌措施。
4 結(jié)垢性：蛋白質(zhì)、糖和果膠等受熱過(guò)便會(huì)產(chǎn)生變性、結(jié)塊、焦化等現(xiàn)象。
通常在傳熱面附近，物料溫度**高。容易在傳熱壁上形成污垢，嚴(yán)重影響傳熱速率。解決結(jié)垢問(wèn)題的積極措施是提高液速。經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，在其他條件相同時(shí)，提高液速，可顯著減輕污垢的形成，這是由于高液速的洗刷作用所致。
因此在可能發(fā)生嚴(yán)重結(jié)垢現(xiàn)象的情況下，采用強(qiáng)制循環(huán)法是有效的。另外，對(duì)不可避免的結(jié)垢問(wèn)題，必須有定期的嚴(yán)格清理措施。
    5 泡沫性：某些食品物料沸騰時(shí)要形成穩(wěn)定的泡沫，特別是在真空蒸發(fā)和液層靜壓高的場(chǎng)合下更是如此。泡沫的形成與界面張力有關(guān)。界面張力發(fā)生在蒸汽、過(guò)熱液體和懸浮固體之間，固體在形成汽泡時(shí)起著核心的作用。一般，可使用表面活性劑以控制泡沫的形成。也可用各種機(jī)械裝置以消滅泡沫。
6 易揮發(fā)成分：不少液體食品含有芳香成分和風(fēng)味成分，其揮發(fā)性比水大。料液蒸發(fā)時(shí)，這些成分將隨同蒸汽一起逸出，影響濃縮制品的質(zhì)量。低濕濃縮雖然可減少香味成分損失，但更完善的方法是采取回收措施，回收后再摻入制品中。
第二節(jié)蒸發(fā)器類型及其選擇
一、蒸發(fā)器的組成
蒸發(fā)器主要由加熱室(器)和分離室 (器)兩部分組成。
加熱室的作用是利用水蒸氣為熱源來(lái)加熱被濃縮的料液。加熱室的型式**初采用的是夾套式和蛇管式，其后有臥式短管加熱室和豎式短管加熱室，為了強(qiáng)化傳熱過(guò)程，采用強(qiáng)制循環(huán)代替自然循環(huán)，也有采用帶葉片的刮板薄膜蒸發(fā)器等。
分離室的作用是將二次蒸汽中夾帶的霧沫分離出來(lái)。二次蒸汽之所以?shī)A帶霧沫，是因液體沸騰時(shí)，汽泡到達(dá)液面破裂后，產(chǎn)生許多小霧滴所造成。為使這些霧滴下落回到液體中，分離室須具有足夠大的直徑和高度以降低蒸汽流速，并有充分機(jī)會(huì)使其返回液體中。分離室的型式，**初是將其置于加熱室之上并與后者并成一體。其后，出現(xiàn)了外加熱型加熱室 (加熱器)，分離室也就獨(dú)立成為分離器。
 以下簡(jiǎn)單介紹幾種食品工業(yè)上常用的典型蒸發(fā)器。
  (一)標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)
圖8-1所示為標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器。蒸發(fā)器由上、下兩部分構(gòu)成，下部為加熱室，上部為分離室。
加熱室由沸騰管、中央循環(huán)管與上、下管板所組成的加熱管束。殼內(nèi)的管外空間為蒸汽室，蒸汽在此進(jìn)行冷凝。中央循環(huán)管是一根直徑遠(yuǎn)大于沸騰管直徑的粗管，其截面積不小于總加熱管束截面積的35~40%。因此，一定量溶液在中央管內(nèi)所占有的傳熱面積就相應(yīng)較之在沸騰管中者為小，就產(chǎn)生溶液由中央管下降， 而由沸騰管上升的不斷循環(huán)，因而它是一種自然循環(huán)型蒸發(fā)器。
蒸發(fā)器上部為分離室。分離室的圓筒體上有視鏡、人孔、洗滌裝置和照明裝置等。筒體高度一般不小于1.8~2.5m，可保證液滴不被帶出。
分離器頂部有捕沫器，用以分離霧沫，保證二次蒸汽潔凈，有利于下一效蒸發(fā)器的加熱。分離器頂部連接二次蒸汽排出管。標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器的缺點(diǎn)是在增強(qiáng)循環(huán)方面有一定限制，因而沸騰液一側(cè)的傳熱膜系數(shù)也受到限制。另外不便清洗和更換管子。 
為了克服上述缺點(diǎn)，使之更適用于易結(jié)垢的物料，出現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)式的一種變型，即所謂懸筐式蒸發(fā)器，見(jiàn)圖8-2。為了從中取出加熱室，只要把頂蓋拿下，把管道拆除，從頂部把它取出即可。這種設(shè)備的另一優(yōu)點(diǎn)是改善了循環(huán)條件。液體回流是通過(guò)殼與加熱室間的環(huán)形間隙來(lái)進(jìn)行，環(huán)形間隙的截面較易達(dá)到所要求的大小。
應(yīng)用范圍：設(shè)備適用于中等粘度、輕度結(jié)垢的非腐蝕性料液，并且可以得到較好的蒸發(fā)速率。在食品工業(yè)上的典型應(yīng)用例有果汁、麥芽浸出液、蔗糖、葡萄糖等溶液的濃縮。
    (二)、加熱室在外的蒸發(fā)器(自然循環(huán)型和強(qiáng)制循環(huán)型)
加熱室在外的蒸發(fā)器是現(xiàn)代蒸發(fā)器發(fā)展的一個(gè)特點(diǎn)。這類蒸發(fā)器是由加熱器、分離器和循環(huán)管三部分組成。
加熱室和分離室分開(kāi)的優(yōu)點(diǎn)：①可以改變兩者之間的距離，并調(diào)節(jié)循環(huán)速度使料液達(dá)到不在加熱室中沸騰，亦即整個(gè)管子僅用于加熱而沸騰恰在高出加熱管頂端進(jìn)行。這樣，管子內(nèi)表面就不為析出晶體所堵塞。②分離器獨(dú)立后，可改善分離霧沫條件，并有可能將其作成離心分離器的形式。③有可能將幾個(gè)加熱器共用一個(gè)分離器，從而必要時(shí)可靈活輪流使用每個(gè)加熱器。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
加熱室在外的蒸發(fā)器分自然循環(huán)型和強(qiáng)制循環(huán)型。
自然循環(huán)型的循環(huán)原理與標(biāo)準(zhǔn)式同。不過(guò)，標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器的中央循環(huán)管在加熱室內(nèi)，管內(nèi)的料液還是受熱的。而加熱室在外的蒸發(fā)器，其循環(huán)管是加熱器與分離器間的連接管，管內(nèi)料液是不受熱的。因此，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)式而言，這種蒸發(fā)器的循環(huán)條件得到了改善，檢修、清洗也較方便。加熱室在外的自然循環(huán)型蒸發(fā)器，其加熱器有垂直放置更為有利。因加熱管下端蓋子打開(kāi)后，清洗管子很方便。一般自然循環(huán)型蒸發(fā)器，其循環(huán)速度約為lm/s。這類設(shè)備靈活性較大，幾乎在所有情況下都可采用。
自然循環(huán)型目前廣泛應(yīng)用于果汁、牛奶和肉類浸出汁等熱敏料的濃縮，但因料液在器內(nèi)進(jìn)行大量反復(fù)循環(huán)，固停留時(shí)間較長(zhǎng)。不適合蒸發(fā)粘稠溶液，主要是傳熱速率降低，污垢易于形成。解決的辦法是采用強(qiáng)制循環(huán)型，使溶液在管內(nèi)流速達(dá)3~4m/s.
    強(qiáng)制特循環(huán)型設(shè)備的加熱室雖然多數(shù)設(shè)在外部，但也有將加熱室裝在管內(nèi)里面的。
    加熱室在外的強(qiáng)制型，其加熱室有垂直和水平放置的型式。強(qiáng)制手段可用泵或攪拌器。泵多采用離心泵和軸流泵，因餾環(huán)所需的揚(yáng)程不大，而循環(huán)流量很大，故用軸流泵更為合適。可把它直接裝在設(shè)備內(nèi)。粘度非常高的漿液，可采用正位移泵--齒輪泵或轉(zhuǎn)子泵，某些粘度極高且有結(jié)晶析出的物料，可采用內(nèi)裝攪拌器構(gòu)循環(huán)式?jīng)]備·
(三)長(zhǎng)管式蒸發(fā)器
    上述自然循環(huán)型和強(qiáng)制循環(huán)型蒸發(fā)器有一個(gè)主要缺點(diǎn)，就是溶液反復(fù)循環(huán)，要經(jīng)受長(zhǎng)期加熱，亦即溶液在設(shè)備中平均停留時(shí)間較長(zhǎng)，這對(duì)非常熱敏的物料來(lái)講是不許可的。對(duì)這種料液，有必要盡可能減少循環(huán)甚**不循環(huán)，后者就是所謂單程蒸發(fā)。為此目的，蒸發(fā)器就要有細(xì)長(zhǎng)的管子，單程通過(guò)的時(shí)間內(nèi)，達(dá)到全部濃縮的要求，這就是長(zhǎng)管式蒸發(fā)器的由來(lái)。
長(zhǎng)管式蒸發(fā)器：從加熱器出來(lái)的汽液混合物經(jīng)分離器分離后，有的直接作為濃縮液排出，不再經(jīng)循環(huán)徑返回加熱器，有的則有部分濃縮液經(jīng)循環(huán)管返回。這類蒸發(fā)器的管束很長(zhǎng)，約6~8m，而其截面積則很小。它具有很大的傳熱面，溶液送入管束后很快強(qiáng)烈沸騰，管子的中央部分充滿料液蒸汽，蒸汽從管口流出的速度可達(dá)100-l20m/s。蒸汽以這樣的速度流動(dòng)，料液就被帶動(dòng)而沿管子內(nèi)壁形成上升或下降的液膜。被蒸汽帶動(dòng)而沿管壁流動(dòng)的液體速度可達(dá)20m/s，所以這種蒸發(fā)器被稱為液膜式蒸發(fā)器。   
長(zhǎng)管蒸發(fā)器根據(jù)濃膜的流動(dòng)方向可分為升膜蒸發(fā)器、降膜蒸發(fā)器及升降膜蒸發(fā)器。其構(gòu)造大體相似，見(jiàn)下圖。
典型升膜蒸發(fā)器的管長(zhǎng)為6~12m，管徑為25~50mm。料液先經(jīng)預(yù)熱**接近沸點(diǎn)，從管束的下端引入。操作時(shí)，管內(nèi)有三段不同的區(qū)域。
在底部，因液層靜壓力的作用，不發(fā)生沸騰，只是起著加熱的作用。
在中部，溫度顯著升高并開(kāi)始沸騰產(chǎn)生蒸汽，但傳熱速率仍不太高。
在上部區(qū)域，蒸汽體積急速增大，所產(chǎn)生的高速上升蒸汽使液體在管壁上形成一層薄膜，造成很好的傳熱條件。
以后，汽液混合物進(jìn)入分離器進(jìn)行分離。濃縮液可直接排出，或與原料混合后再循環(huán)，或進(jìn)入下一效進(jìn)一步濃縮。
該圖為黑龍江華冠科技有限股份有限公司3效升膜蒸發(fā)器底部示意圖
這種蒸發(fā)器的特點(diǎn)是，在加熱器內(nèi)料液停留時(shí)間短，傳熱系數(shù)高，適于濃縮熱敏物料。
    升膜蒸發(fā)器的缺點(diǎn)：在管內(nèi)下部區(qū)域尚積存較多的液體，固而延長(zhǎng)了接觸時(shí)間 (約15~30min)通常還不能通過(guò)嚴(yán)格單程蒸發(fā)達(dá)到所要求的濃度，一般尚需部分再循環(huán)，加長(zhǎng)了停留時(shí)間，在管子中部易發(fā)生結(jié)垢和蛋白質(zhì)沉積的現(xiàn)象。為了較徹底消除因液體積聚所造成的靜壓效應(yīng)，并吸取薄膜傳熱的優(yōu)點(diǎn)，出現(xiàn)了降膜蒸發(fā)器。降膜蒸發(fā)器能達(dá)到傳熱效率高，熱能經(jīng)濟(jì)性好，停留時(shí)間短的目的。
    降膜蒸發(fā)器與上述升膜式相類似，主要區(qū)別是經(jīng)預(yù)熱后的料液從管束的頂部加入。這種設(shè)備的設(shè)計(jì)，關(guān)鍵在于必須有料液進(jìn)管的均勻分配裝置。目的是避免局部過(guò)熱和焦壁。
降膜分布器的型式有多種，圖8-6所示為四種較常見(jiàn)的形式。
其中：(1)的導(dǎo)流管具有螺旋形溝槽的圓柱體；
(2)的導(dǎo)流管下端錐體端面向內(nèi)凹入，以免液體再向中央聚集；
(3)是利用加熱管上端管口的齒縫來(lái)分配液體;
(4)是靠管子上端的旋液分配器，用于強(qiáng)制循環(huán)降膜蒸發(fā)器中。
    降膜蒸發(fā)器布膜裝置的好壞，直接影響傳熱效果。
    降膜蒸發(fā)器因不存在靜液層效應(yīng)，物料沸點(diǎn)均勻，甚為廣泛，例如牛奶、果汁等散濃縮。升降膜蒸發(fā)器是升膜蒸發(fā)與降膜蒸發(fā)相結(jié)合的蒸發(fā)器。將加熱器豎管束分成兩程，一程作稀液的升膜蒸發(fā)部分，另一程為濃稠液的降膜蒸發(fā)部分。如此結(jié)合，既有以兩程代單程，縮短加熱器長(zhǎng)度的優(yōu)點(diǎn)，而又可因分段濃縮各取有利方面以避免固有的缺點(diǎn)。
另外還有由機(jī)械的作用形成的刮板薄膜蒸發(fā)器、由板式熱交換器與分離器組合而成的板式蒸發(fā)器等。
二、蒸發(fā)器的選用
選擇蒸發(fā)器時(shí)要考慮多方面的因素，歸納起來(lái)有如下幾點(diǎn)：
1、生產(chǎn)能力，通常是以每小時(shí)的水分蒸發(fā)量來(lái)表示；
2、濃縮度，通常以濃縮制品的固體百分含量來(lái)表示；
3、制品熱敏性，與停留時(shí)間及蒸發(fā)溫度有關(guān)；#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
4、制品的粘度；
5、揮發(fā)性物質(zhì)的回收；
6、衛(wèi)生結(jié)構(gòu)及清洗的要求；
7、裝置大小，與廠房大小有關(guān)；
8、投資費(fèi)用及操作費(fèi)用。
制品的熱敏性是食品濃縮的一個(gè)重要問(wèn)題。對(duì)于熱敏食品，停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)和蒸發(fā)溫度過(guò)高均有導(dǎo)致食品變質(zhì)破壞的危險(xiǎn)。
    對(duì)于粘性制品，蒸發(fā)器必須要有使料液分散成液膜，并使之以高速流過(guò)傳熱面。方法可用攪拌膜式、升降膜式及離心膜式等。如果制品既粘稠，又是熱敏，蒸發(fā)器還必須滿足熱敏制品的要求。不同蒸發(fā)器能夠處理的**高濃縮粘度見(jiàn)表8-1。
    加熱溫差大可以節(jié)約蒸發(fā)器的傳熱面而且濃縮度高，因而可縮短停留時(shí)間，為了使蒸發(fā)器能夠在較高的溫差下操作，其結(jié)構(gòu)應(yīng)能正確控制濃膜厚度及液膜沿傳熱面流過(guò)的速度。不過(guò)，溫差大對(duì)于普通蒸發(fā)器可能有結(jié)焦的危險(xiǎn)，特別是對(duì)于含有豐富蛋白質(zhì)的制品。
    綜上所述，對(duì)于食品的濃縮，選用蒸發(fā)器時(shí)，應(yīng)特別注意制品的熱敏性和粘性。可參閱表8-1。
表8-1蒸發(fā)器的選用

制品熱敏性	制品粘度	使用的蒸發(fā)類型	說(shuō)明
無(wú)	低或中等	管式、板式、固定圓錐式	水平管式不適于易結(jié)垢制品
無(wú)或小	高	真空鍋、刮板膜式、旋轉(zhuǎn)圓錐式	洋菜、明膠、肉浸出液的濃縮可采用間歇式
熱敏	低或中等	管式、板式、固定圓錐式	包括牛奶、果汁含固體適度的制品
熱敏	高	刮板模式、旋轉(zhuǎn)圓錐式	包括多數(shù)果汁濃縮液、酵母浸出液及某些藥品。對(duì)漿狀制品只能用刮板膜式
高熱敏	低	管式、板式、固定圓錐式	要求單程蒸發(fā)
高熱敏	高	旋轉(zhuǎn)圓錐式或板式	要求單程蒸發(fā)。包括橙汁濃縮液、蛋白和某些藥物

 
第三節(jié)、蒸發(fā)系統(tǒng)
一、單效真空蒸發(fā)
(一) 單效真空蒸發(fā)的概念
凡溶液在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)，所產(chǎn)生的二次蒸汽不再加以利用，則此種操作稱為單效蒸發(fā)，為了濃縮熱敏物料，必須盡可能使操作保持在低溫下進(jìn)行。因?yàn)檎舭l(fā)時(shí)，物系的變化是在定溫定壓下進(jìn)行的相變過(guò)程。一定的蒸發(fā)溫度對(duì)應(yīng)于一定的蒸發(fā)壓力，所以可利用降低蒸發(fā)壓力的辦法達(dá)到降低蒸發(fā)溫度的目的。如蒸發(fā)壓力低于大氣壓，則稱此蒸發(fā)為真空蒸發(fā)。單效真空蒸發(fā)在食品工業(yè)上如果醬類生產(chǎn)中，采用這種流程較多。
 (二)單效真空蒸發(fā)裝置如下圖所示。它包括一個(gè)長(zhǎng)管加熱器和一個(gè)分離器。除了蒸發(fā)器以外單效真空蒸發(fā)裝置一般還應(yīng)有如下的附屬設(shè)備：
1、冷凝器：對(duì)于單效或多效蒸發(fā)，**后一效的二次蒸汽通常用冷卻水冷凝的方法來(lái)排除，所以冷凝器是蒸發(fā)設(shè)備的重要組成部分。
蒸發(fā)器所產(chǎn)生的大量二次蒸汽必須設(shè)法排除掉，方法是將其導(dǎo)入冷凝器進(jìn)行冷凝。蒸發(fā)裝置中的冷凝器形式很多，有高位氣壓式冷凝器和低位冷凝器，低位冷凝器又有逆流干式、并流干式、并流濕式之分。此外尚有水力噴射冷凝器。
當(dāng)冷凝的蒸汽是有價(jià)值的物質(zhì)而且不能與冷卻水混合時(shí)，則采用表面式冷凝器。這種冷凝器價(jià)格高，耗水用**大。所以沒(méi)有此必要時(shí)，一般均采用混合式冷凝器。
2、真空泵：因?yàn)槔淠魉芾淠臍怏w主要為水蒸氣。而空氣等不凝結(jié)氣體如不設(shè)法除去，系統(tǒng)的真空度不可能長(zhǎng)久維持。使用真空泵的目的就是抽出這些不凝結(jié)氣體。
真空蒸發(fā)所采用的真空泵有往復(fù)式真空泵、水環(huán)式真空泵、蒸汽噴射真空泵和水力噴射器等。除采用水力噴射冷凝器的場(chǎng)合外，當(dāng)用其它各式冷凝器時(shí)，必須配備真空泵。因?yàn)樗娚淅淠鲗?shí)際上兼有冷凝器和真空泵的雙重作用。
    3、疏水器：其作用是使蒸發(fā)器的蒸汽利用經(jīng)濟(jì)、保持傳熱良好。同其他水蒸氣加熱設(shè)備一樣，必須裝置排除冷凝水的設(shè)備，即疏水器。疏水器的形式甚多，有浮球式、熱動(dòng)力式、鐘形浮子式等。
    4、不凝氣排除裝置：為保持加熱室的傳熱效率，必須設(shè)法不斷排除其中的不凝結(jié)氣體。方法是在加熱器側(cè)壁上設(shè)抽氣管口，并連以管子和排氣閥門(mén)。
    5、捕沫器：蒸發(fā)操作時(shí)，一個(gè)很重要的問(wèn)題是盡量避免或減少霧沫被二次蒸汽帶出。濃縮時(shí)，霧沫夾帶對(duì)得率和蒸發(fā)能力均有影響。如果是多效蒸發(fā)，還可能使下一效加熱面形成污垢或腐蝕。特別在果蔬汁如蕃茄汁的濃縮時(shí)，強(qiáng)腐蝕性酸霧會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后果。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
造成霧沫夾帶的原因有：(1) 泡沫：液料的表面張力減小是造成泡沫的原因之一；（2）蒸汽高速流動(dòng)：蒸汽流動(dòng)速度過(guò)快，必然促使霧沫伴隨而行；(3) 溶液的急劇蒸發(fā)：溶液溫度偏高，而蒸發(fā)溫度偏低，發(fā)生突然閃急蒸發(fā)，形成霧沫。
    一般而言，**防止霧沫的發(fā)生是不可能的，但要盡量減少霧沫夾帶，方法是采用捕沫器 (霧沫分離器)。捕沫器的結(jié)構(gòu)原理不外兩種：其一是利用氣流與擋板的碰撞作用，使霧沫破裂，并使流向急劇改變，阻止其外逸；其二是利用離心力，便密度較大的液滴與二次蒸汽分離，流回蒸發(fā)器中。
    (二)真空蒸發(fā)器裝置內(nèi)的傳熱
    蒸發(fā)過(guò)程實(shí)質(zhì)上是以傳熱為主的過(guò)程。蒸發(fā)器和冷凝器的結(jié)合是兩個(gè)熱交換器的串聯(lián)。蒸發(fā)器將熱能從加熱介質(zhì)轉(zhuǎn)移到二次蒸汽中去，然后由冷凝器又將二次蒸汽的熱能轉(zhuǎn)移到冷卻介質(zhì)中去。熱量傳遞的總趨勢(shì)是從加熱介質(zhì)放熱開(kāi)始，以冷卻介質(zhì)吸熱而告終。
    若所用的冷凝器為表面式冷凝器，則整個(gè)單效真空蒸發(fā)系統(tǒng)的熱量轉(zhuǎn)移一般包括下述七個(gè)階段，每一階段均包含著傳熱的阻力。每經(jīng)一階段，溫度或多或少都有下降，同時(shí)，當(dāng)加熱介質(zhì)和冷卻介質(zhì)溫度一定時(shí)，蒸發(fā)器內(nèi)沸騰溫度不僅與蒸發(fā)器傳熱有關(guān)，而且也與冷凝器的傳熱有關(guān)。冷凝器的任何傳熱故障都會(huì)立即影響蒸發(fā)器內(nèi)的沸騰溫度，上述七個(gè)傳遞阻力如下：
（1）蒸發(fā)器加熱側(cè)的傳遞阻力。此項(xiàng)熱阻一般較小，不是全過(guò)程的控制因素；
（2）蒸發(fā)器傳熱壁熱阻，通常也很小，但管壁形成嚴(yán)重結(jié)垢時(shí)，垢層的熱阻可能占有顯著地位；
（3）蒸發(fā)器沸騰側(cè)的傳遞阻力，與上述阻力相比，此項(xiàng)阻力在蒸發(fā)器傳熱中占有支配地位。由于溶液的沸點(diǎn)升高，二次蒸汽略呈過(guò)熱狀態(tài)。
（4）二次蒸汽從分離室沿管線向冷凝器轉(zhuǎn)移時(shí)，要發(fā)生熱損失和流動(dòng)阻力。如無(wú)熱損失，蒸汽焓值不變，溫度變化也不大，如熱損失較大，則蒸汽過(guò)熱度逐漸解除，溫度也相應(yīng)有所降低。
（5）冷凝器蒸汽側(cè)的傳遞阻力。此項(xiàng)阻力與（1）相似。
（6）冷凝器冷卻壁熱阻。此項(xiàng)阻為與（2）相似。
（7）冷凝器冷卻介質(zhì)側(cè)的熱阻為表面式冷凝器的主要熱阻。
綜上所述，對(duì)于使用表面式冷凝器的場(chǎng)合，全過(guò)程的控制因素是（3）、（7）兩項(xiàng)；對(duì)于使用混合冷凝器的場(chǎng)合，則（5）（6）、（7）三項(xiàng)阻力或不存在或可忽略不計(jì)，此時(shí)主要阻力集中于蒸發(fā)器，而其中又以（3）項(xiàng)阻力為主要控制因素為此。如上所述，熱量自加熱介質(zhì)轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，要產(chǎn)生溫度的逐步降落。
 (三)蒸發(fā)裝置內(nèi)的溫差損失
由于單效蒸發(fā)系統(tǒng)的地?zé)崃總鬟f，包括上述7的階段，每個(gè)階段都有傳遞阻力，因此美經(jīng)過(guò)一個(gè)階段，溫度都有或多或少的損失。研究蒸發(fā)裝置內(nèi)的溫差損失及蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)是一個(gè)十分重要的問(wèn)題。
設(shè)采用混合式冷凝器，并由真空泵維持冷凝器在一定真空度下操作。在此真空度下，水蒸氣和水的兩相平衡物系必有一對(duì)應(yīng)的溫度，稱為冷凝溫度，以TK表示。
若加熱蒸汽的溫度為T(mén)。則上述熱量轉(zhuǎn)移過(guò)程中所產(chǎn)生的全部溫度降落 (稱為總溫差)為：△To=T一TK. 但是，由于各種原因，蒸發(fā)器的傳熱溫差 (稱為有效溫差ΔT)總是小于此總溫差△To。
設(shè)蒸發(fā)器內(nèi)沸騰溫度為t，則有效溫差為：ΔT=T一t<T一TK=△To
總溫差與有效溫差的差值稱為溫差損失Δ。則△= △To一△T=(T一TK) 一(T一t)= t一TK
由此可知，蒸發(fā)操作的溫度差損失為料液沸騰溫度與冷凝溫度的差值。換言之，溫度損失亦即沸騰溫度高于冷凝溫度的溫度差值。
    如蒸發(fā)料液為純水，且無(wú)其他原因引起液體的沸點(diǎn)升高，也不存在蒸汽在輸送中溫度的降低，則溫度差損失并不存在，即△=0，但實(shí)際上，由于下述三種原因，常引起溫差的損失：
    1、由于溶液的沸點(diǎn)升高所引起：由于溶液中水分的化學(xué)勢(shì)小于純水的化學(xué)勢(shì)，溶液的沸點(diǎn)要比同壓下純水的沸點(diǎn)為高，稱為沸點(diǎn)升高。蒸發(fā)操作中，溶液沸點(diǎn)升高使得作為傳熱推動(dòng)力的有效溫差減小，這是一種傳熱推動(dòng)力的損失。
計(jì)算方法：
①在手冊(cè)和文獻(xiàn)中可以查得常壓下某些溶液在不同濃度下沸點(diǎn)升高的數(shù)據(jù) (以△a表示)，但在食品方面，這類數(shù)據(jù)甚感缺乏。一般而言，電解質(zhì)溶液的沸點(diǎn)升高遠(yuǎn)較非電解質(zhì)顯著，而食品工業(yè)上所處理的溶液多為高分子的非電解質(zhì)或膠體溶液，沸點(diǎn)升高較小，故可近似參考糖液方面的數(shù)據(jù)。
②杜林法則：這個(gè)法則表明，溶液的沸點(diǎn)是相同氣壓下純?nèi)軇┓悬c(diǎn)的線性函數(shù)。根據(jù)杜林法則，可在坐標(biāo)紙上給出在各種不同濃度時(shí)，溶液沸點(diǎn)對(duì)同壓下溶劑沸點(diǎn)的一組圖線。如：在淀粉糖廠的設(shè)計(jì)中得到的經(jīng)驗(yàn)公式： ，式中 為各效排出液濃度。
    ③吉辛柯公式：如能查到常壓下水溶液的沸點(diǎn)升高△a，則可按下面吉辛柯公式計(jì)算非常壓下的沸點(diǎn)升高△′：
                         (K)                       (8一2)
    式中  T---某壓力下水的沸點(diǎn)，K；
         L V--- 壓力下水的汽化潛熱，J/kg#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
         △a--- 常壓下溶液的沸點(diǎn)升高，K，
2、由于液層靜壓效應(yīng)所引起  蒸發(fā)器內(nèi)的沸騰液總是有一定的液層高度，其值與蒸發(fā)器的類型和結(jié)構(gòu)有關(guān)。處于離液面不同深度的溶液受到不同的靜壓力，所以液面下周部沸騰溫度高于液面上的沸騰溫度，亦即高于上述經(jīng)沸點(diǎn)升高校正后的溶液沸點(diǎn)。液層高度影響沸騰溫度的現(xiàn)象，在低壓下特別突出。
以lm高的水層為例，液面與底部的壓力差等于lmH2O。若液面上**壓力為10mH2O(接近常壓蒸發(fā))，則底部與液面的壓力差所造成的沸點(diǎn)差約為3K，但若液面上的**壓力為0.23mH2O，則液面處溶液沸點(diǎn)約為20℃，而底部溶液沸點(diǎn)為50℃，這種影響引起的沸點(diǎn)升高是十分顯著的。由液層靜壓效應(yīng)引起的溫差損失也同樣減少了傳熱的推動(dòng)力。
    設(shè)液面上方的分離室內(nèi)的壓力為 ，溶液液層高度為h，溶液密度為ρ，則溶液中層的壓力為 為：             （8-3）
又設(shè)對(duì)應(yīng)于壓力 和 ，溶液的沸點(diǎn)為 則由靜壓效應(yīng)歷引起的溫差損失為：
   (8---4)
    通常，近似計(jì)算 可直接取用在 壓力下水蒸氣的飽和溫度。
在真空度操作的真空蒸發(fā)器，當(dāng)液層靜壓效應(yīng)顯著影響沸騰溫度時(shí)，底層溶液的沸騰往往受到強(qiáng)烈的抑制。實(shí)際上，底層溶液并不沸騰，卻隨著溶液向上方流動(dòng)而達(dá)某一高度以后才開(kāi)始沸騰，沸騰受抑降低了蒸發(fā)能力，所以應(yīng)盡量避免存在很大靜壓。
膜式蒸發(fā)器就有這樣優(yōu)點(diǎn)，管子雖長(zhǎng)，管內(nèi)為汽液混合物的兩相流動(dòng)，平均密度小，所以緩和了靜壓郊應(yīng)。相反，在閃急蒸發(fā)器中，卻又人為地引入液層的靜壓，目的在于抑制溶液在管內(nèi)沸騰，此理當(dāng)另作別論。
    3由蒸汽流動(dòng)中熱損失引起  此項(xiàng)溫差損失與蒸發(fā)裝置的流程有關(guān)。二次蒸汽從分離室到冷凝器的流動(dòng)管道長(zhǎng)度，直徑和保溫情況均會(huì)影響此項(xiàng)損失。計(jì)算時(shí)，一般作△'''=0.5~1.5K計(jì)。由于上述三項(xiàng)原因，全部溫差損失為：
             △ =△'+△''十△'"，             
有效溫差△T則等于總溫差減去總溫差損失。即：
                             
(四)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)
蒸發(fā)器是特殊條件下操作的熱交換器，其傳熱系數(shù)K按通用表達(dá)式為：
式中： ：加熱蒸汽向管壁或板壁的冷凝傳熱膜系數(shù)W/m2•K
：從管壁或板壁向被濃縮溶液的沸騰傳熱膜系數(shù)W/m2•K
：管壁或板壁的熱阻，δW為管壁或板壁的厚度，m。λW為傳熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/m•K
：垢層熱阻，δS為垢層厚度，m。λS為其導(dǎo)熱系數(shù)，W/m•K
1 蒸汽泠凝傳熱膜系數(shù) ：即使在膜狀冷凝條件下，其值也不高。一般為4,500—18,000 W/m2.K。若蒸汽中含有不凝結(jié)氣體，膜系數(shù)則顯著降低。所以要采取排除不凝結(jié)氣體和防止空氣漏入蒸汽室的措施。
2溶液沸騰傳熱膜系數(shù) ：沸騰放熱熱阻往往是諸熱阻中起主要作用的熱阻。沸騰傳熱膜系數(shù)在很大程度上取決于傳熱面上的液速。
3 垢層熱阻 ：由于食品中熱敏有機(jī)物質(zhì)蒸發(fā)時(shí)因加熱受破壞在加熱面上形成的垢層成為蒸發(fā)的嚴(yán)重問(wèn)題。當(dāng)濃縮粘性制品例如蕃茄醬時(shí)，這是占主導(dǎo)的因素，在計(jì)算垢層熱阻時(shí)，如無(wú)可靠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。可將垢層厚度按0.5mm估算，其導(dǎo)熱系數(shù)可取1.5~2W/m·K之間。
4傳熱壁熱阻 ：蒸發(fā)器的金屬壁熱阻，在一般情況下此其他各項(xiàng)熱阻均小，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可以忽略。因此，加熱管材料的選擇，不只是從導(dǎo)熱性能來(lái)考慮，而應(yīng)從耐腐蝕性及經(jīng)濟(jì)性方面來(lái)考慮。但是，一般的刮板薄膜蒸發(fā)器，其傳熱壁通常較厚，其熱阻占有一定分量，不能任意忽略。
關(guān)于蒸發(fā)器傳熱系數(shù)K值，除上述按公式計(jì)算外，比較可靠的辦法是根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐中的直接經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。各種類型蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)值可以參見(jiàn)下的表。
 
(五)單效真空蒸發(fā)器計(jì)算
 單效真空蒸發(fā)器的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算項(xiàng)目主要有蒸發(fā)量，熱蒸汽消耗量及傳熱面積。分述如下:
 1·蒸發(fā)量：蒸發(fā)量計(jì)算的原理是質(zhì)量守恒定律，具體方法是物料衡算，取濃縮過(guò)程中質(zhì)量不變的物質(zhì)---**干固體為計(jì)算基準(zhǔn)，較為方便。
設(shè)     S  -- 原料液量，kg/s；
       B0 -- 原料液中的固體含量%；
       W   -- 水分蒸發(fā)量，kg/s；
       B1  -- 濃縮液的固體含量%。
 則有：
或        kg/s         （8--9）
上式表示水分蒸發(fā)量W，原料液量S 、原料液濃度B0和濃縮液濃度B1，四者之間的關(guān)系。給定S，B0、B1，就可求W1，給定S，B0、W，又可求算B1。
 2加熱蒸汽消耗量D（kg/s）：蒸汽消耗量計(jì)算的原理是能量守恒定律（進(jìn)入蒸發(fā)器的熱=離開(kāi)蒸發(fā)器的熱）。一般工廠多采用沸點(diǎn)進(jìn)料，則   （Lv為相應(yīng)溫度下的汽化潛熱。）
                      #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
3傳傳熱面積  蒸發(fā)傳熱面積的計(jì)算仍根據(jù)傳熱基本方程式。
根據(jù)  則
「例8--1」蕃茄汁在單效薄膜式蒸發(fā)器中從固體含量12%濃縮**28%。蕃茄汁已經(jīng)預(yù)熱到**高許可溫度60℃后進(jìn)料。采用加熱蒸汽為壓力0.7公斤/厘米2(表壓)的飽和水蒸氣。設(shè)蒸發(fā)傳熱面積為0.4m2，傳熱系數(shù)為15OOW/ m2..K，試近似估算蒸汽消耗量和原料量。
[解]適當(dāng)選取操作的真空度，保證器內(nèi)料液沸點(diǎn)為60℃、根據(jù)加熱飽和水蒸氣的壓力，從水蒸氣表查得其飽和溫度T1=114.5℃，汽化潛熱Lv=2210KJ/KG，計(jì)算傳熱速率，
Q1=K1A1Δt1=1500×0.4×(114.5-60)=32700J/s
計(jì)算蒸汽消耗量D1=Q1/Lv=32700/2210000=0.0148kg/s=53.3Kg/h
計(jì)算蒸發(fā)量 (查得60℃下水的汽化潛熱L’V=2304 kJ/kg )計(jì)算原料液流量:
W1=Q1/L’V=32700/2340000=0.014kg/s=50.3kg/h
計(jì)算原料液流量：
二、多效蒸發(fā)
(一)多效蒸發(fā)的定義和特點(diǎn)
1定義：蒸發(fā)過(guò)程汽化所產(chǎn)生的水蒸氣叫做二次蒸汽，以區(qū)別作為熱源的生蒸汽。蒸發(fā)操作中，將二次蒸汽直接冷凝不再利用者，稱為單效蒸發(fā)。如將二次蒸汽引入另一蒸發(fā)器作為熱源進(jìn)行串聯(lián)蒸發(fā)操作，稱為多效蒸發(fā)。
2、多效蒸發(fā)的特點(diǎn)：提高了熱能的經(jīng)濟(jì)性。因?yàn)榘磫涡д舭l(fā)的結(jié)論，1千克加熱蒸汽可以蒸發(fā)大約l千克二次蒸汽，如果將此二次蒸汽全部用作第二效的加熱蒸汽時(shí)(有時(shí)將部分加蒸汽抽出，另作別用，稱為額外蒸汽)，同樣在第二效中又可蒸發(fā)大約l千克的二次蒸汽。以此類推，n效串聯(lián)蒸發(fā)操作，1千克加熱生蒸汽則可蒸發(fā)約n千克的二次蒸汽。
換言之，為完成同一蒸發(fā)量任務(wù)，采取n效蒸發(fā)，其加熱蒸汽消耗熱量?jī)H為采用單效者的n分之一，因此，隨著蒸發(fā)效數(shù)的增加，將大大地提高了熱能的經(jīng)濟(jì)性。
    (二)多效蒸發(fā)裝置的設(shè)備流程
    多效蒸發(fā)操作的加料可有四種不同的方法：
1、順流法：料液與蒸汽成順流的方法，為**常用的一種加料法。蒸汽和料液的流動(dòng)方向一致，均依效序自第I效到末效。
特點(diǎn)：①由于蒸發(fā)室壓力依效序遞減，故料液在效間流動(dòng)不需用泵，此為順流法的一大優(yōu)點(diǎn)。②由于料液沸點(diǎn)依效序遞降，因而當(dāng)前效料液進(jìn)入后效時(shí)，便在降溫的同時(shí)放出其顯熱，供一小部分水分汽化，增加蒸發(fā)器的蒸發(fā)量。③在順流法下操作，料液濃度依效序遞增。高濃度料液處于低溫時(shí)對(duì)濃縮熱敏食品是有利的，④粘度顯著升高使末效蒸發(fā)增加困難。
  
2、逆流法：料液與蒸汽成逆流的方，此法料液和蒸汽流動(dòng)方向相反，如圖8-17即原料液由**后一效進(jìn)入，依次用泵送入前效。**后的濃縮制品從第I效排出。
優(yōu)點(diǎn)：隨著料液向前效流動(dòng)，濃度愈來(lái)愈高，而蒸發(fā)溫度也愈來(lái)愈高。故粘度增加沒(méi)有順流的顯著。這對(duì)改善循環(huán)條件，提高傳熱系數(shù)均有利。
缺點(diǎn)：①高溫加熱面上濃溶液的局部過(guò)熱有引起結(jié)焦和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)破壞的危險(xiǎn)；②效間料液流動(dòng)要用泵；③與順流相比，水分蒸發(fā)量稍減。④料液在高溫操作的蒸發(fā)器內(nèi)的停留時(shí)間要較順流為長(zhǎng)。
      
3、平流法：每效都加入原料液的方法，此法每效都平行送入原料液和排出成品。見(jiàn)圖8-18。此法只用于在蒸發(fā)操作進(jìn)行的同時(shí)有晶體析出的場(chǎng)合，例如食鹽溶液的濃縮。
特點(diǎn)：對(duì)結(jié)晶操作較易控制，并省掉了粘稠晶體懸浮液的效間泵送。
4、混流法：組合上述備種方法的方法，對(duì)于效數(shù)多的蒸發(fā)也搞采用順流和逆流并用，有些效間用順流，有些效間用逆流。參閱圖8-19。適合于在料液黏度隨濃度而顯著增加的場(chǎng)合下。
特點(diǎn)：此法起協(xié)調(diào)順流和逆流的優(yōu)缺點(diǎn)的作用，對(duì)黏度極高的料液很有用處。
    5·額外蒸汽的運(yùn)用  在多效蒸發(fā)流程中，有時(shí)將某一效的二次蒸汽引出一部分用作預(yù)熱蒸發(fā)器的進(jìn)料，或用作其他的加熱目的。這種中間抽出的二次蒸氣，稱為額外蒸氣。
從蒸發(fā)設(shè)備中引出額外蒸汽作為他用，是一項(xiàng)考慮工廠全局提高能經(jīng)濟(jì)利用的措施。在只需較低溫度和壓力的蒸汽就能滿足要求的地方，直接使用高壓、高溫水蒸氣經(jīng)過(guò)減壓是不經(jīng)濟(jì)的。
多效蒸發(fā)操作具有蒸汽減壓的作用，所以可按要求引出所需的二次蒸汽。在多數(shù)場(chǎng)合下，額外蒸汽多自第1**第2效引出。
    (三)多效蒸發(fā)的溫差分配
    在多效蒸發(fā)操作中，蒸發(fā)溫度是逐效降低的，否則串聯(lián)蒸發(fā)就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。為此，必須保證要有一個(gè)逐效降低的壓力。于是整個(gè)多效系統(tǒng)中壓力的遞減分配就取決于末效低壓的保持。末效為真空蒸發(fā)的情形下，取決于末效真空度的保持。在多數(shù)多效操作中，**效的壓力高于大氣壓。但在多數(shù)食品蒸發(fā)中，**效加熱蒸汽壓力為大氣壓或略高于大氣壓。
    在單效真空蒸發(fā)器一節(jié)中曾述及：在給定的總操作條件下，由于溫差損失，蒸發(fā)器傳熱的有效溫差總是小于總溫差 。在理想的情況下，如無(wú)一切溫差損失，則有效溫差等于總溫差。
   多效設(shè)備是由單效設(shè)備組成，每一效即為單效蒸發(fā)器。因此，在實(shí)際蒸發(fā)操作中，每效蒸發(fā)器的操作都存在著三種形式的溫差損失。
設(shè)第l效加熱蒸汽溫度為 ，冷凝器的冷凝溫度為 ，則總溫差為 。
①若每效無(wú)溫差損失，對(duì)n效蒸發(fā)，顯然每效傳熱溫差為：
        #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
   
……
        
而總的有效溫差為：
可見(jiàn)總有效溫差等于總溫差。
②在溫差損失不能忽略的情況下， 總有效溫差必小于總溫差，其差值即為總溫差損失。即：                          
式中  為n效溫差損失之和，即：
 
當(dāng)有效總溫差確定之后，此溫差必須分配到各效，并滿足各效的傳熱方程，即：
      ，
     
           ……
     
由此可得有效溫差分配所必須遵循的如下比例關(guān)系：
  
實(shí)際上，要確定各效的有效溫差，還必須另加特定的限制原則，實(shí)用上有如下幾種：①各效等面積原則；②相鄰效間等壓差原則（確定各效壓力及其對(duì)應(yīng)的飽和溫度）；③各效蒸發(fā)量按經(jīng)驗(yàn)比例法（對(duì)于無(wú)額外蒸汽引出的順流操作，各效水分蒸發(fā)量有按比例進(jìn)行初步估計(jì)，求出各效水分蒸發(fā)量后，則可計(jì)箕各效溶液的濃度，從而可進(jìn)一步求算溶液的沸點(diǎn)等。）和④其他特殊的限制（**高蒸發(fā)溫度的限制對(duì)于熱敏食品的濃縮，常規(guī)定蒸發(fā)溫度的安全極限。如番茄醬濃縮允許的安全極限溫度為60~65℃，當(dāng)采用多效蒸發(fā)時(shí)，**效的蒸發(fā)溫度不能超過(guò)此溫度）
其中各效等面積原則比較常用，按此原則分配溫差，則各效傳熱面積均相等，這樣就便于蒸發(fā)器的制造、安裝、檢修及操作。滿足此原則的有效溫差分配為：
采用多效蒸發(fā)的目的，是為了減少加熱蒸器消耗量。 由以前討論可知，1千克加熱蒸汽大約可蒸發(fā)l千克的水。實(shí)施n效多效操作，理論上每蒸發(fā)l千克水分只需1/n千克的加熱蒸汽即可，這樣，似乎效數(shù)愈多愈經(jīng)濟(jì)。實(shí)際上，由于多方面的原因，效數(shù)是有限度的。因?yàn)椋?br /> ①實(shí)際耗汽量大于理論值：由于汽化潛熱隨溫度降低而增大，并且效間存在熱損失。
②設(shè)備費(fèi)用的增加：多效蒸發(fā)雖可節(jié)約蒸汽，但蒸發(fā)器乃甚附屬設(shè)備的費(fèi)用卻要成倍地增加。及**進(jìn)一步增加效數(shù)所需的設(shè)備費(fèi)用不能彌補(bǔ)所節(jié)約的燃料費(fèi)用時(shí)，效數(shù)就達(dá)到了極限。
③蒸發(fā)器有效傳熱溫差的極限隨著效數(shù)不斷增加，每效分配到的有效溫差逐減小。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每效分配到的溫差**少不得小于5~7K。否則就不可能維持料液在泡核沸騰區(qū)域內(nèi)。
④料液蒸發(fā)溫度的安全極限：由于這個(gè)原因，**效就不能使用溫度過(guò)高的加熱蒸汽，因此總溫差減小限制了效數(shù)的增加。
⑤溫差損失的增加：沸點(diǎn)升高、靜壓效應(yīng)和熱損失引起的溫差損失 (要重復(fù)n次)幾乎隨效數(shù)而成比例的增加。當(dāng)效數(shù)增加到一定的數(shù)值之后，溫差損失的總和有可能等于總溫差，這實(shí)際上意味著各效傳熱推動(dòng)力的完全消失。所以就溫差損失來(lái)看，效數(shù)也是有限度的。
    多效蒸發(fā)的效數(shù)**常用的是雙效、三效和四效。對(duì)于熱敏性高的食品物料，第1的蒸發(fā)溫度即受到限制，所以很少有超出兩效的設(shè)備。
    (五)多數(shù)蒸發(fā)的計(jì)算
多效蒸發(fā)的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算項(xiàng)目主要包括：
(1)    水分總蒸發(fā)量和各效蒸發(fā)量
(2)    加熱蒸汽消耗量
(3)    各效傳熱面積
多效蒸發(fā)計(jì)算雖較繁復(fù)，基本上與單效同。下面以順流加料，無(wú)額外蒸汽引出的多效蒸發(fā)為例討論求得總蒸發(fā)量的計(jì)算：
多效水分總蒸發(fā)量為各效蒸發(fā)量之和，即：
          (kg/s)
對(duì)溶液中固體進(jìn)行物料衡算：
由此得總蒸發(fā)量
         (kg/s)
任一效(第1效)中溶液的濃度 (即i效的出料濃度)
如已知各效水分蒸發(fā)量，則可按上式求出各效的濃度。但各效的水分蒸發(fā)量必須通過(guò)后面的熱量衡算才能求得。
 
五 蒸汽再壓縮蒸發(fā)
   以多效蒸發(fā)代替單效蒸發(fā)具有顯著的經(jīng)濟(jì)性，已如前述。但提高熱能經(jīng)濟(jì)性尚有其他方法，例如蒸汽再壓縮方法。
1、蒸汽再壓縮方法的定義：設(shè)法使蒸發(fā)出來(lái)的二次蒸汽的熱力狀態(tài)提高到接近于原來(lái)的水蒸氣的狀態(tài)，作為熱源，進(jìn)行加熱。
2、其節(jié)能的原因是：
假定將**壓力為1.74*105 溫度為1l6℃的飽和水蒸氣送入蒸發(fā)器，用以濃縮在大氣壓下沸點(diǎn)為104℃的液體，并假定冷凝水離開(kāi)的溫度為104℃。因116℃飽和水蒸氣的焓值為2700kJ/kg，104℃冷凝水的焓值為435kJ/Kg，所以，若將此冷凝水送回鍋爐房，則每千克冷凝水**少要加入2270kJ/kg的熱量，才能得到與原來(lái)加熱蒸汽同樣的飽和水蒸氣。另一方面，上述lkg加熱蒸汽所能蒸發(fā)出來(lái)的二次蒸汽大致也等于lkg，而其恰值為l00℃下飽和水蒸氣的焓值2670kJ/kg，與加熱蒸汽焓值相差無(wú)幾。所以將此lkg二次蒸汽在回復(fù)到lkg原來(lái)狀態(tài)的水蒸氣，僅需加入30kJ/kg的熱**即可。
3、壓縮二次蒸汽的方法
有如下幾種：(1)機(jī)械再壓縮法；(2)蒸汽噴射再壓縮法(熱再壓縮法)；(3)熱泵循環(huán)再壓縮法。
     在實(shí)踐上，除上述方法單獨(dú)使用外，也有將上法一種或幾種與多效蒸發(fā)結(jié)合起來(lái)。例如，將蒸汽噴射再壓縮法與多效蒸發(fā)相結(jié)合等。
(一)機(jī)械再壓縮蒸發(fā)：
   機(jī)械再壓縮蒸發(fā)是利用機(jī)械壓縮機(jī)的jue熱壓縮來(lái)實(shí)現(xiàn)上述的要求，蒸發(fā)器為強(qiáng)制循環(huán)型，經(jīng)分離室分離后的二次蒸汽再經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后返回加熱器。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
（二）熱再壓縮蒸發(fā)
機(jī)械再壓縮法中的壓縮機(jī)，如用蒸汽噴射器來(lái)代替，則稱這種蒸發(fā)為熱再壓縮蒸發(fā)。所使用的蒸汽噴射器稱升壓泵。升壓泵的作用與蒸汽噴射真空泵不同之點(diǎn)在于其吸入氣為水蒸氣而由擴(kuò)壓管壓縮，相當(dāng)于lkg工作蒸汽所吸入的二次蒸汽量，稱為抽氣系數(shù)，即：
   
上式表示采用熱再壓縮法的經(jīng)濟(jì)程度。一般而言，μ的數(shù)值根據(jù)蒸發(fā)壓力而定。
對(duì)于許多低溫操作，當(dāng)工作蒸汽的壓力為8~l0atm時(shí)，μ約等于l，其經(jīng)濟(jì)程使為:
即每小時(shí)蒸發(fā)l噸水分的設(shè)備，約需工作蒸汽半噸。當(dāng)μ=2時(shí)，則每蒸發(fā)1噸水分僅需工作蒸汽1/3噸。
由于工作蒸汽的混合，如果全部二次蒸汽返回再壓縮，則加熱蒸汽過(guò)多。實(shí)際上僅需一部分二次蒸汽被抽入升壓泵中。所以，熱再壓縮蒸發(fā)設(shè)備必須配備冷凝器和真空泵，以除去多余的二次蒸汽。冷凝器的蒸汽負(fù)荷約等于工作蒸汽的量。為了提高二次蒸汽的冷凝溫度，通常冷凝在升壓泵之后。
(三)熱泵循環(huán)再壓縮法
    采用上述兩種方法直接壓縮二次蒸汽時(shí)，如果蒸發(fā)需要在極低的溫度和壓力下進(jìn)行時(shí)，則被壓縮的蒸汽體積很大，因而就不經(jīng)濟(jì)。熱泵蒸發(fā)器就是為解決這一問(wèn)題而設(shè)計(jì)的，其實(shí)質(zhì)是將蒸發(fā)操作與制冷循環(huán)結(jié)合起來(lái)。根據(jù)熱泵蒸發(fā)系統(tǒng)中冷凍機(jī)的制冷劑是直接與被濃縮料液進(jìn)行熱交換，或是通過(guò)中間冷凝與它進(jìn)行