搜索
第五章真空浓缩设备一真空浓缩的意义人们生活水平的提高，对食品的要求越来越高。既要保持原有的色香味，又要具备较高的营养价值。但是，几乎所有果蔬汁液含有大量的水分（75～90%），而果糖、有机酸、维生素、果胶等仅占5-10%。所以，浓缩的主要目的就是去除水分提高其浓度。然而，所有的果蔬具有热敏感性，蒸汽的温度对浓缩质量有着较大影响。因此，为了防止浓缩过程中发生氧化，即保持汁液原有的品质，由具有较高的效率，常常采用真空浓缩的方法来达到浓缩的目的。原理：利用蒸汽对真空状态下料液进行加热，使料液中的水分在减压状态下因受热气化而蒸发浓缩。二真空浓缩的特点与常压浓缩相比可利用压强较低（即温度低）的蒸汽作为加热蒸汽料液的沸点较低，浓缩设备的热损失较少对料液起热杀菌作用，有利于食品保藏加热蒸汽与沸腾液体之间的温度差△T可以增大需由真空设备，增加附属机械及动力；由于蒸发潜热随沸点降低而增大，所以热量消耗大。缺点分类按加热蒸汽被利用次数分按料液的流程分按加热器结构分单效、多效、带热泵浓缩装置单程、循环（自然、强制循环）盘管式、中央循环管式、升膜式降膜式、片式、刮板式效数：指蒸汽被利用次数。效数越高，热能利用越大，但设备费用越高。一般采用双效或三效。二选择与要求1.选择设备需对料液的性质进行考虑结垢性加热面形成结构↑热阻↓传热系数清洗：化学药品或机械剥除选择：易结垢的料液，最好选取流速较大的强制循环型或升膜式浓缩设备。结晶性有些料液浓度增加时，会有晶粒析出，且沉积传热面上，↓传热系数，堵塞管道。选择：采用夹套带搅拌的浓缩器或强制循环浓缩器。粘滞性有些料液浓度增加时，粘度也会↑，↓流速↓传热系数和生产能力。选择：不宜选自然循环型，可选强制循环型、刮板式或降膜式浓缩器。热敏性如番茄，加热温度过高，会使其颜色变深，↓品质。选择：料液停留时间短、蒸发温度↓，各种薄膜式、真空度高的设备。发泡性有些料液浓缩过程中，会有大量气泡，这些泡易被二次蒸汽带走，又污染其它设备。在浓缩器的结构上，要考虑消除发泡的可能性，设法分离回收泡沫。选择：强制循环型和长管薄膜浓缩器，以提高料液在管内流速。腐蚀性食品料液有些是酸度较高的，所以浓缩设备必须抗腐蚀。选择：不锈钢材或各种防腐涂层材料的钢材2.对浓缩设备的要求（1）传热效果好，热能利用率高（2）结构紧凑、操作方便（3）汽液分离效果好（4）设备性能适应食品料液性质，符合生产工艺要求和食品卫生。（粘度高→强制循环；热敏性大→低温、高速、短时）（5）具有足够的强度、耐腐蚀、易制造，便于检修和清洗。三真空浓缩装置操作流程（一）单效真空浓缩装置流程1.结构：浓缩锅、冷凝器、抽真空装置2.流程：加热蒸汽对溶液进行加热浓缩料液进入浓缩锅后二次蒸汽进入冷凝器冷凝不凝缩气体由真空装置抽出3.应用：果酱生产中(二)多效真空浓缩装置流程1.并流法（1）定义：溶液与蒸汽的流动方向，即均由第一效顺序至末效。（2）流程：两效三罐番茄酱浓缩装置料液：由一效到末效顺序流动蒸汽：由一效通入，所产生的二次蒸汽供二效A、B罐作为加热蒸汽，由于A、B罐无压力差，故A罐料液进入B罐时，用浓酱泵输送，二效的B罐浓缩液用浓酱泵抽出。并流（顺流）浓缩工艺流程图2.逆流法（1）定义：溶液与蒸汽的流向相反。（2）流程：4t/h双效三罐番茄酱浓缩装置料液：由末效进入，依次用泵送入前一效，最终的料液，由第一效排出。蒸汽：由一效通入，二次蒸汽顺序通入各效至末效。3.平流法(1)定义：原料向每效加入，而浓缩液自每效放出的方式。(2)过程：加热蒸汽流向仍由第一效顺序至末效逆流浓缩工艺流程图平流浓缩工艺流程图第二节单效真空浓缩设备一、中央循环式（标准式）浓缩锅1.结构：锅体、加热室、蒸发室加热器：由沸腾加热管、中央循环管和上下管板组成。中央循环管的管面积=沸腾加热管（直径20-75mm）的40-100%。高度0.6-2m，采用耐腐蚀的或不锈钢管，管长与管径比20-40。蒸发室：高度取管长的1.1-1.5倍，以确保料液受热后，汽液充分分离，防止料液被二次蒸汽夹带走，而造成损失。工作原理特点：加热蒸汽由进气口进入加热室，在管束间流动。廖液在管内受管壁加热，因受热产生重度差，而形成自然循环，并在循环过程中将其水分蒸发达到浓缩目的。结构简单、操作方便。锅内液面容易控制；但清洗困难，粘度大时，循环效率较差。二盘管式浓缩锅1.结构：主要由罐体、盘管、蒸汽分配管、各种阀门及控制系统盘管：4-5盘，每盘1-3圈，且每盘均有蒸汽进口、冷凝水排出口，各蒸汽进口均设有阀门充志蒸汽的进量。锅体：同标准式浓缩锅一样。料液有过体中部切线方向进入，浓缩液由底部排出，二次蒸汽则由顶部排出。2.工作流程及参数加热蒸汽以0.7-1大气压，分别通入各组盘管内，料液以一定速度由锅体中部切线方向进入，与盘管外表面进行热交换，料液因受热汽化而蒸发浓缩。3.操作与特点（1）操作：开始操作时，应待牛奶浸没盘管后，才能从下向上依次打开蒸汽阀门（当料液液位降低使盘管露出，应立即关闭该层蒸汽阀，以防焦管）并保证液面始终浸没已开蒸汽阀门的盘管组。在正常操作时，应控制进料量，使其蒸发速度与进料量相等，保持罐内一定液位。(2)特点:结构简单、操作方便，传热系数（1279.3W/m2K）。适于粘度较高的炼乳生产。但传热面积较小，料液循环差，盘管表面易结垢，且不能连续操作，仅适用于中小型工厂。三、夹套加热室带搅拌单效浓缩装置1.流程将蒸汽加入下锅体外壁夹套间，对锅内果酱进行浓缩；横卧在下锅体的搅拌器不断搅拌，以强化流动，更新加热面外的料液，从而提高浓缩效果和保证产品质量；二次蒸汽由水利喷射器进行抽出，以保证达到预定的真空度。2.操作和特点特点：结构简单、操作控制容易；加热面积小、生产能力低，不能连续生产。操作：开始时，先通入加热蒸汽与锅内赶走空气，才开动K型离心泵或多级离心水泵，使水利喷射器工作，造成锅内真空，当稀果浆悲吸入锅内，即开启蒸汽阀门和搅拌器，经取样检验，达到所需浓度时，解除真空即可出料。第三节升膜式、降膜式浓缩设备一、升膜式浓缩设备1.结构：由加热器件、循环管和分离器等加热器件：与标准式浓缩锅的在结构上大同小异，也是由外壳、垂直加热管及管板等组成。蒸汽在管间料液在管内流动。垂直加热管：φ30-50mm不锈钢管管长与管径比：100-150（长管式：6-8，短管式3-4m）。分离器：不绣钢圆筒，用以将二次蒸汽分离。2.工作原理及过程料液由底部进入加热器管内，被管束间蒸汽加热后沸腾且迅速汽化，所产生的二次蒸汽及料液便在管内迅速上升，并不断被加热蒸发、浓缩。至管子顶部出口处，二次蒸汽及浓缩液以较高速度切向进入蒸发分离室。在离心力作用下，使浓液与二次蒸汽分离，二次蒸汽从分离室顶部排出，浓缩液一部分通过循环管，在进入加热器底部继续浓缩，达到浓度的部分排出。3.特点：料液沿管壁成膜状流动，进行连续加热蒸发，传热效率高（可达1744.5W/m2K）。料液在管内流动速度快，则受热时间短。减少了热敏感性料液的分解的危险性。适用于易起泡得料液，同时还能防止结垢的形成及粘性料液的沉淀。缺点是管子较长，清晰不方便。4.使用操作操作时要控制耗进液量。一般经过一次浓缩的蒸发水分量，不能大于进料量的80%。料液过多，加热蒸汽不足，则管下部积液过多，会形成液柱上升而不能形成液膜，失去液膜蒸发的特点，传热效果大大降低。进料量液不能过小，否则已发生焦管。实践中，料液做好能加热到接近沸点状态，再送入加热器内，以增加液膜在管内比例，从而提高沸腾传热系数。二降膜式浓缩设备原理：料液由加热器顶部加入，在重力作用下沿管壁成液膜状向下流动。特点：由于液膜向下加速，克服加速压头比升膜式小，加热蒸汽与料液温差大，传热效果好。同时与升膜式一样也属于自然循环液膜浓缩设备，具有传热效率高，受热时间短等特点。且操作容易，清洗方便。三、升降膜式浓缩设备第四节刮板式、离心式薄膜浓缩设备一刮板式薄膜浓缩设备1.结构：分为立式和卧式两类。主要由转轴、刮板、分离圆盘夹套加热室。加热室：为一夹套圆筒体。其直径D应适中。D↑→F↑，但阻力距T↑↑，功耗N↑↑；D↓→F↓，二次蒸汽流速v↑→夹带量↑→效果↑一般D=300-800mm，L/D=5-6，F=3-5m2刮板：4-8块对称安装，并与轴有一转向相同的夹角α，成为导向角推动料液流动α↑→浓缩时间↓，一般α=10°刮板与加热器的最小间隙为1.5±0.3mm，刮板线速度2.5-9.6m/s。2.工作原理（1）立式料液从上部以稳定流量进入，经分配盘在其离心力作用下，被抛向夹套加热室的内壁，并受重力作用沿壁向下流动。与此同时，被刮板刮成薄膜与加热面进行热交换被加热而蒸发浓缩。浓缩液从底部排出，二次蒸汽则上升到顶部，经旋转带孔叶板进一步分离泡沫后从顶部排出。（2）卧式料液从稳定流量从进料口进入，经刮板在离心力作用下，抛向夹套加热室的内壁，并被刮成薄膜。与此同时在导角α的作用下液膜沿轴向向后流动，被加热而蒸发浓缩。最后与二次蒸汽一起进入分离圆盘，料液在重力作用下被分离排出，二次蒸汽则从上部排除。二离心式薄膜浓缩设备结构：其构造与碟式分离机相似。工作原理：通过离心圆盘所产生的离心力，使料液分布于离心圆盘表面，形成薄膜，与离心盘的夹套内蒸汽进行热交换，蒸发浓缩。特点：传热效率很高，蒸发强度大的新型浓缩设备；料液受热时间短，约1-2秒，形成0.1mm的液膜。特别适合果汁和其它热敏性液体食品进行浓缩。由于离心盘间的距离小，故对粘度大、易结晶、易结垢的区料不大适用；结构较复杂，造价较高。3.特点：※料液在浓缩时成液膜流动，且不断更新，故传热系数高。※结构简单。适合于浓缩高粘度的果汁、蜂蜜或含有悬浮颗粒的料液。第五节片式浓缩装置1.结构：结构同片式换热器完全相同2.工作原理：料液：由泵强制通入加热器体，由片1与片2之间上升，然后从片3与片4间下降。料液加热后，部分水分蒸发为二次蒸汽与浓缩液一起进入底部通道，引入分离时进行分离。蒸汽：通入片2、3间和1、4间，通过片壁使料液加热，冷凝排出。特点结构紧凑、占地面积小、料液受热时间短蒸发能力大（2.0kg水/1kg蒸汽）。适于浓缩较高浓度产品，且易清洗。第六节真空浓缩装置的附属设备主要包括：捕集器、冷凝器、真空装置一捕集器作用：防止蒸发过程中形成细微液滴被二次蒸汽夹带走，减少料液损失。2.类型（1）惯性型：在二次蒸汽流经的通道上，设置若干挡板，使带液滴的二次蒸汽多次改变方向，同时与挡板碰撞，从而与气体分离。正常操作时效果较好，但阻力损失大。（2）离心型：与旋风分离器相似。只有蒸汽速度很大时（一般12-30m/s；真空状态下可达60-70m/s），操作性能才较好，但阻力损失大（40-100mmHg）。（3）表面型：靠多层金属网或者磁圈等粘附在其表面。食品工业应用少。（2）表面式冷凝器①结构：由干式真空泵、给水泵、表面冷凝器等。②原理和流程：与管壳式热交换器相同。二次蒸汽与冷却水通过管壁间接换热、冷凝。③特点：结构较简单。由于间接换热，加之壁垢产生，故二次蒸汽与冷却水终端温差大（一般达10-12℃）。即冷却水使用不经济。（3）低水位冷凝器3.对捕集器的要求（1）良好的分离效果；（2）阻力损失小；（3）料液应能顺利流回蒸发室；（4）结构简单、尺寸小、易于清洗。二冷凝器1.作用：将真空浓缩产生的二次蒸汽进行冷凝，以减轻真空系统的容积负荷，保证达到所需的真空度。2.真空冷凝装置的种类与构造（1）大气式冷凝器①结构：由干式真空泵、给水泵、大气冷凝器和汽液分离器等。冷凝器体：钢板制成的圆筒，同内装有淋水板。淋水板：板面积为冷却器断面积的60-70%。②原理和流程：二次蒸汽与冷却水直接逆流混合接触换热、冷凝。（4）喷射式冷凝器①结构：由喷嘴、吸气室、混合室、扩散室组成。喷嘴：按同心圆排列1-3圈，大小按工况选择。圆锥导向挡板：对水流起缓冲、导向作用。混合室：候部截面积F2与喷嘴出口总截面积F1之比F2/F2=3-4。②工作原理：工作时，借助离心水泵的动力，将水压入喷嘴