第七章食品浓缩机械与设备

第七章食品浓缩机械与设备第一节概述第二节常压浓缩机械与设备第三节单效真空浓缩机械与设备第四节液膜式真空浓缩机械与设备第五节真空浓缩装置的辅助设备第一节概述v定义从溶液中除去部分溶剂的单元操作，使溶质和溶剂的均匀混合液部分分离的过程。使物料最终达到一个低溶剂含量（30%）的相对稳定状态，实质上是溶剂在物料内部借对流扩散作用从呈液相物料内部达到液相表面而后除去的过程。v目的Ø作为干燥的预处理Ø提高产品质量Ø提高产品的保藏性Ø减少产品的体积和重量，便于运输Ø用作某些结晶操作的预处理Ø提取果汁中的芳香物质v方法浓缩蒸发冷冻离心超滤结晶常压浓缩真空浓缩加热蒸汽被利用的次数单效浓缩双效浓缩多效浓缩热泵浓缩常采用，热能利用率高, 但投资增加（蒸发面常压）（蒸发面负压）料液的流程单程式循环式自然循环式强制循环式蒸发器的结构型式非膜式薄膜式中央循环管式盘管式升膜式降膜式片式刮板式离心式蒸发浓缩采用浓缩设备把物料加热，使物料的易挥发部分水分在其沸点温度时不断地由液态变为气态，并将气化时产生的二次蒸汽不断排除，从而使制品浓度不断提高，直至达到浓度要求，是食品工厂中适用最广泛的浓缩方法真空浓缩利用真空蒸发或机械分离等方法达到物料浓缩。在18～80kPa下，以蒸汽间接加热方式，对物料加热，使其在低温下沸腾蒸发，这样物料温度低，且加热所用蒸汽与沸腾液料的温差大，在相同传热条件下，比常压蒸发时的蒸发速率高，可减少液料营养的损失，可利用低压蒸汽做蒸发热源。真空浓缩的特点优点缺点Ø由于真空蒸发，须有抽真空系统，增加附属设备和动力Ø蒸发潜热随沸点降低而增大，所以热量消耗大Ø溶液沸点低，传热温差大可相应减小蒸发器的传热面积Ø可以利用低压蒸汽或废蒸汽作加热剂Ø可蒸发不耐高温的溶液Ø操作温度低，热损失较少v蒸发设备创造蒸发必要条件的设备组合蒸发器冷凝器抽气泵v蒸发必要条件Ø供应足够热能，以维持溶液的沸腾温度和补充因溶剂气体所带走的热量Ø促使溶剂蒸汽迅速排除多效真空浓缩操作流程（三效为例）真空浓缩蒸发器的选择@热敏性Ø热敏性物质的变化与温度和时间均有关系，若温度低，变化很缓慢；温度高但受热时间短变化也小。因此，常用低温蒸发，或在较高温度下的瞬时受热蒸发来解决热敏性物料蒸发过程的特殊要求。宜选用薄膜式浓缩装置或真空度较高的浓缩袋置。Ø如果料液对热过程很敏感，受热后会引起产物发生化学变化和物理变化而影响产品质量的性质@结垢性Ø采取有效的防垢措施，定期用化学药品或机械剥除的办法Ø某些溶液在浓缩过程中，会形成垢层而紧紧地粘在传热面上，增加热阻，降低传热效率，影响蒸发性能，甚至因此停产Ø选用强制循环式浓缩装置和升膜式浓缩装置，或方便清洗的浓缩装置。@发泡性Ø降低二次蒸汽的流速，以防止跑泡现象Ø浓缩时产生大量气泡，气泡易被二次蒸汽带走进入冷凝器，不仅造成溶液损失，增加了产品的损耗，而且污染其它设备Ø结构上考虑消除发泡的可能性，高速气流冲破泡沫。Ø设法分离回收泡沫Ø选用强制循环型和升膜式薄膜浓缩装置@结晶性Ø溶液在浓度增加时会有晶粒析出，大量结晶沉积在加热器的传热面上，会妨碍加热面的热传导，甚至堵塞加热管Ø采用强制循环浓缩装置或带有搅拌器的浓缩装置，用外力使结晶保持悬浮状态@粘滞性Ø粘度随浓度的增加而增加，使流速降低，传热系数降低，生产能力下降Ø采用强制循环型、刮板式或降膜式浓缩设备。@腐蚀性Ø要求浓缩装置的材料选用不锈钢或涂以防腐涂料的材料。在结构上采用更换方便的型式，使腐蚀部分易于定期更换。第二节常压浓缩机械与设备1.夹层锅（二重锅、双重釜）夹层锅是由内、外锅组成的双层结构形式，两锅中间是通蒸汽的夹层，常用于物料的热烫、预煮、混合物料熬制及食品浓缩等。v分类夹层锅锅体深浅操作方式浅型半深型深型固定式可倾式v可倾式夹层锅·结构Ø锅体内锅体外锅体不锈钢板焊成半球形容器优质碳素钢压制而成·结构Ø锅体内锅体外锅体Ø可倾架蜗轮蜗杆传动，当摇动手轮时，锅体可在90°范围内任意倾斜加热夹层，承受0.3～0.5MPav可倾式夹层锅v其他型式夹层锅固定式锅体锅体固定安装，锅的底部是出料阀，通过落差或抽料泵进行排料带搅拌的夹层锅主要用于加热粘稠物料或锅体容积大于300升搅拌叶片有桨式和锚式等，转速10－20转/分第三节单效真空浓缩机械与设备1.中央循环管式浓缩锅标准式蒸发器，是一种非膜式自然循环蒸发器v结构加热室蒸发室蒸发室要有足够的高度和空间使汽液分离，高度：为加热管长度的1.1­ 1.5倍加热室中央循环管加热管高度0.6－2m管径25－75mm 截面积为其他加热管总面积40％－100％v工作原理加热蒸汽中央循环管加热管束直径大，传热面积小直径小，传热面积大料液重度大料液重度小溶液自然循环v特点循环速度不大，沸点高，清洗和维修不方便2.盘管式浓缩锅是一种非膜式自然循环蒸发器v结构锅体: 长圆筒形，分上下段，中间用法兰连接,两端为椭圆形盖，锅体外焊有加强圈盘管：4－5盘分层排列，每盘 1－3圈，均有单独的蒸汽进口和疏水器，盘管均匀，热能的效率高先将料液由锅体切线方向加入，待盘管全部浸没后，自下而上打开蒸汽阀门，应当控制好进料量，并与蒸发速度相等，保持一定的液位，当液面降低，盘管露出时，则应关闭该层的加热盘管阀门，调节加热面，控制好加热温度，避免产生结垢、焦管v工作过程传热面积小、料液循环差、盘管表面易结垢、生产能力有限、二次蒸汽未能很好利用，仅适用于中小型工厂粘度大物料的浓缩v特点优点缺点结构简单、操作方便、传热系数高、清洗方便第三节单效真空浓缩机械与设备1.带搅拌的夹套式真空浓缩锅v结构上、下锅体组成，下锅体的底部为夹套，内通蒸汽，锅内有横轴式搅拌器v操作过程先往锅内通入加热蒸汽赶走空气，然后开动抽真空系统，造成锅内真空，当料液被吸入锅内，达到容量要求后，开启蒸汽阀门和搅拌器，达到浓度后，解除真空即可出料第四节液膜式真空浓缩机械与设备2.升膜式浓缩设备v结构长管薄膜式外加热自然循环浓缩设备由多根垂直管构成。管子的直径一般为Φ30～Φ50毫米。长管式长度为6～8米，短管式 3～4米汽液分离器循环管加热器升膜式浓缩设备v工作过程最底部：管内完全充满料液中间部：开始产生蒸汽泡，使料液产生上升力最高部：膨胀的二次蒸汽产生强的上升力，料液呈薄膜状在管内上行，在管顶部呈喷雾状，以较高速度进入汽液分离器，浓缩液通过循环管在加热蒸发，达浓度后从分离器底部排出升膜式浓缩设备v特点Ø静压力产生的沸点升高很小Ø蒸发时间短，适用于热敏性物料浓缩Ø适用于易起泡沫物料浓缩Ø不适合粘度较大的物料浓缩v操作注意事项Ø进料量过多，加热蒸汽压力不够，导致管的底部积液过多，使料液在管内呈液柱上升而不是呈液膜上升，这样应失去了液膜蒸发的特点，传热效果降低关键是合理控制进料量Ø进料量过少．会产生管壁结焦现象3.降膜式浓缩设备v结构汽液分离器液体分布器加热器v工作过程料液从顶部进入加热器内，在降膜分布器的作用下，均匀地进人加热管中，受二次蒸汽的快速流动和本身重力作用物料沿管内壁呈膜状自然向下流动，并受热不断蒸发浓缩降膜式浓缩设备·料液分布器Ø作用：使料液均匀地分布到各加热管Ø型式u筛板或喷嘴u旋液导流式u导流棒降膜式浓缩设备锯齿喷嘴筛板或喷嘴导流棒圆锥导流棒螺纹导流管旋液导流式切向进料旋流器降膜式浓缩设备降膜式浓缩设备v特点Ø由于利用液膜的重力作用降膜，故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；Ø料液的沸点均匀，有效温差较大，传热效果好，节约蒸汽；Ø由于蒸发管较长，液料沸腾时所生成的泡沫易在管壁上受热破裂，因此适于蒸发易生泡沫的物料；Ø清洗不便；适于浓度较大，不易结晶、结垢的物料。4.刮板式浓缩设备v结构利用机械装置强制料液成膜和更新进行浓缩。由旋转刮板器、料液分配盘、蒸发室和夹套加热圆筒等所组成一般有立式、卧式两种类型旋转刮板器:蒸发器或加热器下段转轴上有若干刮板，用来将溶液甩至器壁加热面上，并增加液膜湍动性，以减少传热过程中的液膜阻力并防止固体析出物粘壁。­­­­­有固定式和活动式两种。P186为圆筒形的加热夹套，为加热蒸发段上段有扩大的截面和固定的叶板，为汽液分离段料液分配盘:在进料口与刮板之间，使料液均匀分布到加热器内壁。v工作过程料液从进料管以稳定流量进入，先由转轴带动分配盘，物料在离心力的作用下，被抛向加热夹套的内壁，料液受重力作用，沿着器壁向下流动。与此同时，装在转轴上的刮板把料液刮成薄膜，料液受加热面的加热而蒸发。二次蒸汽可与浓缩液并流进入汽液分离器，分离排除，或者以逆流方向上升到浓缩器顶部，经液滴分离器，把夹带的液沫分离，从顶部排出进入冷凝器。5.板式浓缩设备v结构由板式加热器和汽液分离器组成。v工作过程板式加热器结构由一系列的传热板构成，每四片板组成一个“板单元”，两个蒸汽片，一个升膜片和一个降膜片。料液由泵强行压入加热器，沿板1与2之间上升(升膜部分)，然后从板3与板4之间下降(降膜部分)。加热蒸汽则通入2、3和1、4之间，通过板壁对料液加热。二次蒸汽与浓缩液一起由底部通入汇集槽经出口引入分离器进行汽液分离。6.离心式蒸发器v结构空心锥形碟片环箍是利用液料高速旋转时的离心力流动并成膜，并以热蒸汽加热使之蒸发浓缩。轴向孔用于浓缩液的流通，径向孔用来引入蒸汽和排出冷凝水。两离心盘之间合一定间隙，形成料液加热蒸发空间。v工作过程二次蒸汽通过旋转的离心盘产生的离心力，使料液分布于离心盘外表面，形成薄膜。离心盘夹套小间通蒸汽，对其外表面液膜进行加热蒸发。蒸汽放热后，冷凝水受离心力作用甩到夹套的下边缘周边汇集，由径向孔排至底部引出。料液离心盘外表面蒸发浓缩后，浓缩液甩向周边从径向孔排除，二次蒸汽沿两离心盘之间间隙汇聚，从蒸发室下部出口排出。第五节真空浓缩装置的辅助设备v汽液分离器v型式作用:将蒸发过程中产生的雾沫中的溶液聚集并与二次蒸汽分离，减少料液的损失，同时防止污染管道及其他浓缩器的加热面v原理碰撞型离心型过滤型利用气力悬浮原理使液滴在气体中的速度小于悬浮速度而分离v蒸汽冷凝器v型式作用:将真空浓缩缩产生的二次蒸汽进行冷凝，并将其中的不凝性气体分离，以减轻真空系统的容积负荷，同时保证达到所需真空度大气式冷凝器(干式逆流高位冷凝器)表面式冷凝器低水位冷凝器v水力喷射器Y结构Y作用:冷凝和抽真空喷嘴：关键部件，大小与冷凝能力和冷水水质有关，出口直径为16~20mm,水质较好，冷凝能力较小时，取小值，反之取大值排列对抽气效果有很大关系，一般以一定角度倾斜并按同心圆排列，1~3圈吸气室：安装有流体导向板，作用是防止高速水流的冲击，使水流缓冲和分配均匀喉管：大小与真空度有关，截面积与喷嘴出口总面积之比为3~4，长度与喷射安装高度有关水力喷射器Y工作原理Y特点：Ø适用于抽吸腐蚀性气体Ø兼有冷凝器及抽真空作用，故不必再配真空装置Ø结构简单，造价低廉，没有机械运转部分不需经常检修Ø整个装置的功率消耗较小Ø不能获得较高的真空度，并随水温而变冷却水由泵压入喷射器的喷嘴，由于喷嘴的截面积很小，因此冷却水以15～30米／秒的高速度射入混合室和扩散室，喷嘴在排出冷却水的同时，其周围形成了低压区域，这样二次蒸汽就会被不断地吸入。由于冷却水与二次蒸汽之间存在着温度差，因此两者不断进行热交换，使二次蒸汽凝结成水滴时夹带着不凝结气体一起随冷却水排出。这样既达到冷凝，又起到了抽真空的作用。第五节真空浓缩装置的辅助设备v真空装置不凝性气体来源Y作用: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，主要抽取不凝性气体Ø料液中夹带或溶解的空气Ø料液受热分解后产生的气体Ø设备密封不严而泄漏的空气Ø溶解在冷却水中的空气Y蒸汽喷射泵YY结构喷嘴：材料性能要求比水力喷射器高，一般为不锈钢结构和原理与水力喷射器相似，采用高压的水蒸汽作为动力源蒸汽喷射泵YY工作原理高压水蒸汽通过喷嘴后，以高速进入混合室。由于混合室内的喷嘴出口处压强较低，因此二次蒸汽中的不凝结气体被吸入混合室，并在此与高速水蒸气混合。混合后的气流进入扩散室，由于空间增大，流动速度逐渐下降，而温度和压强逐渐升高，直至升高到排入大气或升高到排至下一级泵所需要的压强所对应的尺寸