第六章 真空浓缩设备

第六章真空浓缩设备内蒙古农业大学食品科学学院陈忠军副教授一、蒸发器的分类、结构和特点二、真空浓缩的附属装置三、单效真空浓缩设备四、多效真空浓缩设备五、蒸发设备选型主要内容：真空浓缩设备概述浓缩：从溶液中除去部分溶剂的单元操作。真空浓缩：在负压下，以较低温度浓缩。特点：(1)料液沸点低，浓缩速度快。(2)能用低压蒸汽为热源。(3)利于保持食品营养成分。(4)能耗小。(5)真空系统投资大，功耗大。(6)沸点降低，蒸发潜热增大。第一节蒸发器的分类、结构和特点一、分类(一)按二次蒸汽利用次数分：1、单效浓缩装置。2、多效浓缩装置。(二)按料液流程分：1、循环式：自然与强制循环。2、单程式：(三)按加热器结构分：1、盘管式浓缩器。2、中央循环管式浓缩器。3、升膜式浓缩器。4、降膜式浓缩器。5、片式浓缩器。6、刮板式浓缩器。7、外加热式浓缩器。一、夹套式蒸发器•中小型浓缩设备。•由圆筒形夹套壳体、搅拌器、除沫器等组成。•适于果酱、蜜饯、糖浆、乳品、豆浆晶、食用胶等高粘度料液的浓缩。主要技术参数蒸发量300L／h，蒸汽耗用量340kg／h，蒸汽压力＜196kPa，真空度82．9～88.0kPa。二、盘管式蒸发器•亦称盘管式浓缩锅，由上下锅体、加热盘管、汽液分离器等组成。•料液分批浓缩。二次蒸汽由上部排入汽液分离室，成品由锅底卸出。单元操作：蒸发盘管式真空浓缩机组成:蒸发器、加热盘管分离器、仪表箱水力分离器特点：体积小、成本低操作维修方便型号：1000型700型300型蒸发量：300－1000kg/h加热面积：3－10m2三、中央循环管式蒸发器•加热室中中央循环管的截面一般为加热管束总面积的40％以上。•料液由于受热程度不同，产生重度差，从边上上升、中间下降，在分离室进行汽液分离。•二次蒸汽由顶部排出。料液经中央循环管下降，再进入加热管束，形成自然循环。浓缩后的制品由底部卸出。•该类蒸发器在国内糖厂应用较多。中央循环管蒸发器动画四、强制循环式蒸发器•主要由列管式加热器、分离室和料液循环泵组成。•料液强制循环，在加热器出口减压、沸腾，分离室内进行汽液分离；•该蒸发器为分批作业•优点为流速大，达3-4m/s，传热系数较高，可防止料液结垢；当加热蒸汽与料液之间的温差较小时（3-5℃），仍可进行操作。不足是动力消耗大．强制循环蒸发器动画强制循环蒸发器这是烧碱厂的强制循环蒸发器单元操作：蒸发外循环连续式真空浓缩机生产能力：1000kg/h五、升膜式蒸发器•由加热室、分离室和循环管等组成。•料液在加热管中部沸腾汽化。在上部产生二次蒸汽，流速可达100—l60/s。料液沿管内壁成膜状上升，并不断蒸发。•优点：占地少，传热效率较高，料液受热时间短，在加热管内停留10—20s。•适于浓缩热敏、易起泡和粘度低的液料。缺点是一次浓缩比低，进料量需严格控制。升膜式蒸发器动画六、降膜式蒸发器①利用重力作用成膜，能蒸发粘度较大的料液，且受热时间短，适于热敏性强的物料；②料液的沸点均匀，有效温差较大，传热效果好，节约蒸汽。③蒸发管较长，沸腾泡沫易受热破裂，因此适于蒸发易生泡沫的物料；④清洗方便；⑤适于浓度较大，不易结晶、结垢的物料。目前这类设备在乳品、果汁等食品工业中应用最广。特点：降膜式蒸发器动画七、刮板式蒸发器•有立式、卧式两类。•加热时间为2～3S。加热区域可分成几段，采用不同压力的蒸汽•特点：传热系数高，适于高粘度（最高达100Pa.s）的料液或含有悬浮颗粒的料液。多功能刮板浓缩罐立式刮板式浓缩器八、板式蒸发器•优点：蒸发时间很短，2s左右，液流分布均匀，不易结垢。传热系数高。可处理高粘度的料液，结构紧凑，拆卸清洗方便•可用于牛奶、果汁，豆。蛋、糖汁，低盐酱油等多种食品的浓缩。板式浓缩装置板式四效蒸发器1效2效3效4效第四效蒸发器第五章传热食品工程原理九、离心式蒸发器•特点：结构紧凑，传热效率高，蒸发强度高•料液停留时间极短，约1s，•制品品质优良，能较好保持原有色、香、昧和营养成分。•适于热敏性物料，是一种新型、高效的浓缩设备。•但对粘度大、易结晶的料液不适用，其结构较复杂，造价高。单元操作：蒸发原料液完成液加热蒸汽冷凝水二次蒸汽第二节真空浓缩设备的附属装置主要附属装置：捕集器、冷凝器、蒸汽喷射器和真空装置等。一、捕集器（一）惯性捕集器：在二次蒸汽流的通道上设置挡板，一般其直径比二次热汽入口直径大2.5～3倍。（二）离心型捕集器：利用离心力分离。在蒸汽流速较大时，分离效果较好，但阻力亦较大。二、冷凝器功能：将二次蒸汽冷凝，对不凝气体分离，减轻真空系统负荷。（一）间接式冷凝器二次蒸汽与冷却水间接传热，有列管式、板式、螺旋板式和淋水管式。特点：冷凝液可回收利用，但传热效率低，故用作冷凝的较少。（二）直接式冷凝器（混合式）分为逆流式和喷射式。二次蒸汽与冷却水直接接触而冷凝。1．逆流式冷凝器2、喷射式冷凝器安装要求：•①水泵至喷射器冷却水入口的管路，尽量减少管件和弯头，减小阻力损失；•②排水管要求垂直，如必须曲折时，折角不大于45°,转折不多于两次；•③各接口要求严密，避免泄漏；•④连接扩散管出口的尾管长度，一般在2m以上，且不伸入循环水池之水中。三、真空装置(一)作用：抽出不凝结气体，保证系统的真空度，降低浓缩锅内压力，使料液在低温下沸腾。不凝气体来源：①溶解于冷却水中的空气。②料液中分解的气体。③设备泄漏。(二)常用真空装置1、蒸汽喷射器2、往复式真空泵3、水环式真空泵蒸汽喷射泵•优点是抽气量大，真空度高，安装运行和维修简便，价廉，占地面积小。•缺点是要求蒸汽压力较高，蒸汽量稳定，需要较长时间运转，才能达所需真空度。排出的气体还有微小压强。四、真空泵（一）往复式真空泵（二）水环式真空泵（水环泵）•结构简单。易于制造，操作可靠，转速较高，可与电机直联，内部不需润滑，可使排出气体免受污染，排气量较均匀，工作平稳可靠。•但因高速运转，水的冲击使叶轮与轮壳磨损，造成真空度下降，需经常更换零件。•效率较低，为30％～50％。真空度较低，为2.0～4.0kPa。水环真空泵工作原理第三节单效真空浓缩设备（一）单效降膜式真空浓缩设备以德国WINGGAND公司引进的单效降膜式真空浓缩系统为例主要由加热室、分离室、热压泵（蒸汽喷射器)、物料泵、冷凝水泵、水环式真空泵、螺杆泵及贮料桶等组成。适用于牛乳浓缩。主要技术参数：水分蒸发量：800kg/h；进料量：1210kg／h（进料总乳固体含量25.65％);生产率：410kg／h（出料总乳固体含量74％);蒸汽耗量：465（kg／h）（蒸汽表压800KPa);耗水量：水压300kPa（表压),22℃15m3/h；电机总功率：约10.4kw。本设备的特点是能量消耗少，操作稳定，清洗方便。（二）单效离心式真空浓缩设备•以瑞典引进的ALFA-LAVAL公司引进的单效离心式真空浓缩设备为例：•设备由双联过滤器、平衡桶、输送泵、离心蒸发器、真空、冷凝和清洗装置等组成。•特点是产品品质优良、浓度高（一次浓缩至84％固形物),传热效率高，清洗维护方便。单效离心式真空浓缩设备多效真空浓缩操作流程（三效为例）第四节多效真空浓缩设备单元操作：蒸发１效２效３效加热蒸汽料液二次蒸汽完成液冷凝水冷凝水冷凝水并流（顺流）３效蒸发流程图单元操作：蒸发１效２效３效加热蒸汽料液二次蒸汽完成液冷凝水冷凝水冷凝水逆流３效蒸发流程图单元操作：蒸发１效２效３效加热蒸汽料液二次蒸汽完成液冷凝水冷凝水冷凝水平流３效蒸发流程图完成液完成液单元操作：蒸发三效逆流真空浓缩机主要用于果酱的浓缩蒸发量：12000kg/h1效2效3效料液温度：7257420C加热温度：14372570C加热面积：15200150m2成品浓度：5％－28％一、顺流式双效降膜真空浓缩设备（一）组成与流程•（二）用途和特点这种设备适用于牛乳、果汁等热敏性物料的浓缩，效果好，质量高，蒸汽与冷却水的消耗量均较低，并配有清洗装置，操作方便。•(三)主要技术参数•生产能力（水分蒸发量）为1200kg／h；•杀菌条件为86—92℃保温24s；•一效加热温度为83～90℃；一效蒸发温度为70～75℃；•二效加热温度为68～74℃；二效蒸发温度48～52℃；•物料受热时间为3min；•蒸汽压力（表压）为500kPa；蒸汽消耗量为620kg／h；•冷却水耗量为12t/h。顺流式双效降膜真空浓缩设备单元操作：蒸发双效降膜真空浓缩机主要用于奶、果汁的浓缩蒸发量：2400kg/h1效2效料液温度：73480C加热温度：84700C加热面积：23.612.2m2成品浓度：45％－50％二、混流式三效降膜真空浓缩设备（一）组成与流程•（二）用途与特点这种设备适用于牛乳等热敏性液料的浓缩操作，其特点如下：•(1）采用真空降膜蒸发，液料受热时间短，蒸发温度低、产品质量好。•(2)三效蒸发，配有热压泵和预热器，节省蒸汽和冷却水用量。•(3）操作稳定，清洗方便，符合食品卫生要求。•(4）连续生产，处理量较大。•（三）主要技术参数•处理鲜乳量3600～4000kg／h；•蒸发温度：第一效70℃，第二效57℃。第三效44℃；•进料浓度为12％（总乳固体含量)；出料浓度为48％（总乳固体含量)；•蒸汽消耗量为800kg／h；•冷却水消耗量为21t／h（以进水温度16℃，排水温度38℃计);•电动机总功率为25kW。第五节选型一、选型要求和应考虑的因素•（一）料液的性质包括成分组成、粘滞性、热敏性、发泡性、腐蚀性，是否含有固体、悬浮物、是否易结晶、结垢等。•（二）工艺要求包括处理量、蒸发量二料液和浓缩液的进出口的浓度和温度、连续作业和间歇作业等。•（三）产品质量要求符合卫生标准。色、香、味和营养成分等。•（四）当地资源条件包括热源、气象、水质、水量和原料供给情况等。•（五）经济性和操作要求包括厂房占地面积和高度、设备投资限额和传热效果、热能利用、操作和维修是否方便等。二、选型原则•（一）物料的粘度料液的原有粘度及蒸发过程中粘度不断增大，使物料流速降低，传热系数减少，生产能力下降，对这种物料，宜选强制循环型、刮板式或降膜式蒸发器。•（二）热敏性对热敏性强的物料，浓缩时要求受热时间短、温度低，否则易引起分解或变质；一般宜选液料在器内停留时间短，真空度较高的薄膜蒸发器，如片式、离心式的蒸发设备。若允许料液在较低温下，较长时间受热，或液料浓度较低，浓缩比不高时，可用盘管式真空蒸发器。•（三）结垢性结垢是液料在浓缩过程中因粘度增大、悬浮的微粒积沉、局部焦化过热等因素所造成。结垢后，增加热阻，降低传热系数，甚至使作业无法运行。故宜选刮板式或强制循环型蒸发器。•（四）结晶性若浓缩过程中有晶体析出，易沉积于传热面上，影响传热效果，宜选带搅拌的或强制循环型蒸发器。刮板式蒸发器亦适用。•（五）发泡性有些液料在浓缩时产生大量汽泡，会污染附属装置，还造成液料的损失，故应考虑消除汽泡；一般采用升膜式、强制循环式蒸发器，因其液料的流速大，具有破泡作用。此外标准式蒸发器装有较大的汽液分离室，亦可使用。对发泡严重的物料，可采用加人适当的消泡剂（黄油、植物油等）的方法。•（六）腐蚀性液料的酸度高时，在蒸发中易对设备的金属部件产生腐蚀，宜用防腐蚀且导热性良好的蒸发器。•（七）蒸发量蒸发器生产能力的大小取决于传热速率，一般传热面积小时，宜选用搅拌式浓缩锅、单效膜式等蒸发器。传热面积大时，为减少蒸汽耗量，宜选用多效、膜式、离心式等蒸发设备。•（八）经济性浓缩设备的热能消耗较大，节能是选型的重要因素。从提高热能的经济性考虑，宜选用带蒸汽喷射器或多效蒸发器。一、了解蒸发器的分类、结构和特点二、熟悉真空浓缩的附属装置及作用三、掌握单效真空浓缩设备工艺流程及特点四、掌握多效真空浓缩设备工艺流程及特点五、能根据工艺要求，进行蒸发设备选型本章重点内容及要求：Thanks