真空浓缩设备

2020/4/291第4章真空浓缩设备2020/4/292食品工厂生产的原料及半成品，如果蔬汁液及牛奶等，一般含有大量的水分(约75～90%左右)，而有营养价值的如果糖、蛋白质、有机酸、维生素、盐类、果胶等只占5~10％，而且都属于热敏感性很强的物质，既要保存食品溶液原有的色、香、味，又要提高其浓度，所以对食品溶液进行浓缩，是一个比较复杂的过程。2020/4/293第一节分类和选择一、分类(一)根据加热蒸汽被利用的次数来分1.单效浓缩装置；2.多效浓缩装置；3.带有热泵的浓缩装置。（二)根据料液的流程来分1.循环式2.单程式(三)根据加热器结构型式来分1.盘管式浓缩器；2.中央循环管式浓缩器；3.外加热式浓缩器；4.升膜式浓缩器；5.降膜式浓缩器；6.片式浓缩器；7.刮板式浓缩器；8.离心式浓缩器等。2020/4/294三效浓缩器2020/4/295二、选择与要求1.结垢性：采用流速较大的强制循环型浓缩器或升膜式浓缩2.结晶性：采用夹套带搅拌的浓缩器或强制循环浓缩器3.粘滞性：选强制循环型，刮板式或降膜式薄膜浓缩器4.热敏性：运用各种薄膜式或真空度较高的浓缩器2020/4/2965.发泡性：采用强制循环型和长管薄膜浓缩器6.腐蚀性：使用不锈钢材料或者采用各种防腐涂层材料的钢材7.易挥发性：应备有回收芳香物装置2020/4/297香精提取设备2020/4/298(1)特点：可从瓜果汁液中或从经浓缩的二次蒸汽冷凝液中提取香料成份，冷凝成香精贮存起来。根据需要将香料加入加工过的（或浓缩过的）物料中，可使产品保持原有的色、香、味，深受广大用户青睐。适用范围广。适用于中药材、各种瓜果汁液的香料提取。香料提取率为进料量的1~6.25%。(2)原理：利用闪蒸原理将含有香料的汁液送入设备内，通过调节汁液的流量，加热蒸汽的温度和冷却水的冷却效果三者的关系，使香料成分挥发成气体，再通过冷凝器将挥发的气体冷凝成香液收集起来。2020/4/299第二节单效真空浓缩设备一、中央循环管式(标准式)浓缩锅1、工作原理食品料液经过竖式的加热管面进行加热，由于传热产生重度差，形成了自然循环，液面上的水汽向上部负压空间迅速蒸发，从而达到浓缩的目。2020/4/29102.主要构造（1）加热室中央循环管的截面积，一般为总加热管束截面积的40~100％，沸腾加热管多采用φ25～φ75mm的管子，高度一般在0.6~2.0m左右，材料一般采用耐腐蚀的或不锈钢管。管长与管径之比为20～40。（2）蒸发室2020/4/2911二、盘管式浓缩锅它是生产炼乳和果汁食品厂使用的一种单效浓缩设备。锅体内有盘管，管内通入加热蒸汽，对管外的料液进行加热，使其自然循环并蒸发浓缩。适用于粘度大的料液的浓缩。其缺点是传热面积小、料液循环差、盘管表面易结垢、生产能力有限、不能连续操作、二次蒸汽未能很好利用，仅适用于中小型工厂。2020/4/29122020/4/29132020/4/29142020/4/2915盘管式浓缩1-汽水分离器2-加热盘管3-锅体4-蒸发室5-泡沫捕集器2020/4/2916三、夹套加热室带搅拌单效浓缩器下锅体底部为夹套，内通蒸汽加热，锅内装有横轴式搅拌器，以强化物料循环，不断更新加热面外的料液。上锅体设有料孔，视镜、照明、仪表及气液分离器等装置，产生的二次蒸汽由水力喷射器或其它真空装置抽出。优点是：结构简单，操作控制容易。缺点是传热面积小，受热时间较长，生产能力低，不能连续生产。它适宜于浓料液和粘度高的料液增浓。2020/4/2917球形浓缩器2020/4/2918球形横搅拌真空浓缩机组2020/4/2919带搅拌的夹套式浓缩锅1-二次蒸汽2-料液3-浓缩液强制循环浓缩器2020/4/2920外加热式真空蒸发器2020/4/2921第三节升膜式、降膜式浓缩设备一、升膜式浓缩设备管内料液的加热与蒸发分三部分：1.物料自加热器体的底部进入管内，加热蒸汽在管间传热及冷凝，将热量传给管内料液。2.料液在中间部位被加热沸腾，便迅速汽化，使料液产生上升力。3.在加热器体的顶部所产生的二次蒸汽及料液，在管内高速上升。在常压下，管的出口处二次蒸汽速度一般为20~50m/s，在减压真空状态下，可达100～160m/s，浓液被高速上的二次蒸汽所带动，沿管内壁成膜状上升不断被加热蒸发。2020/4/2922升膜蒸发器2020/4/2923A-物料进口B-冷凝水出口C-蒸汽进口D-浓缩液出口E-二次蒸汽出口2020/4/2924操作要点操作时，要很好控制进料液量，一般经过一次浓缩的蒸发水份量，不能大于进料量的80％。如果进液量过多，加热蒸汽不足，则管的下部积液过多，会形成液柱上升而不能形成液膜，失去液膜蒸发的特点，使传热效果大大降低。如果进液量过少，会发生管壁结焦现象。2020/4/2925升膜式浓缩特点占地面积少，传热效率高，受热时间短。在加热管中停留时间约10～20s，从而减少了热敏性料液分解的危险。由于料液在管内速度较高，故尤其适用于热敏性、易起泡沫的料液，同时还能防止结垢的形成及粘性料液的沉淀。但不适用于高粘度的料液。因加热管较长，不易清洗。2020/4/2926二、降膜式薄膜浓缩设备降膜蒸发器高效地操作，最关键的问题是能使料液均匀地分布于各加热管，不使之产生偏流，所以在管的顶部或管内安装降膜分布器。分布器的型式有多种，按其作用原理可分为三类：一是利用导流管(板)使料液均布；二是利用筛板或喷嘴使料液均布；三是利用旋液喷头。2020/4/2927降膜式单程降膜浓缩装置1-料液进口2一蒸汽进口3-加热器4-分离器5-二次蒸汽出口6-冷凝水出口7-浓缩液出口2020/4/2928降膜式蒸发器2020/4/2929料液布膜器这种蒸发器操作关键是使料液在加热管内均匀布膜。图8.6为几种常用的布膜器。图中（1）的导流管是有螺旋形沟槽的圆柱体；（2）的导流管下端锥体端面向内凹入，以免液体再向中央聚集；（3）是利用加热管上端管口的齿缝来分流液体；（4）是靠管子上端的旋液器分流液体。2020/4/2930降膜蒸发器特点在食品工业中，降膜蒸发器大多组成双效、多效及热泵式的蒸发设备。由于料液受热时间短，有利于对食品营养成分的保护。其次，它在蒸发时是以薄膜状进行的，故可避免泡沫的形成，清洗较方便。降膜蒸发器适用于易起泡、高浓度、较高粘度（0.05~0.45Pa·s）的物料，不适用于易结晶、结垢的物料。2020/4/2931三、升降膜式蒸发器升膜与降膜式蒸发器各有优缺点，而升降膜蒸发器则是前两者优缺点的互补。升降膜蒸发器是在加热器内安装两组加热管，一组作升膜式，另一组作降膜式。料液先进入升膜加热管，沸腾蒸发后，汽液混合物上升至顶部，然后转入另一半加热管，再进行降膜浓缩。浓缩液从下部进入汽液分离器，分离后，二次蒸汽由分离室顶部排入冷凝器，浓缩液则由底部抽出。2020/4/2932升降膜蒸发器的特点1.符合物料的要求，初进入蒸发器时，物料浓度低，蒸发速度较快，容易达到升膜的要求，物料经初步浓缩后，在降膜式蒸发中受重力作用能沿管壁均布形成薄膜。2.经升膜蒸发后的汽液混合物进入降膜蒸发，有利于液体均布，同时也加速物料的湍动和搅动，以进一步提高传热效果。3.用升膜来控制降膜的进料分配，有利于操作控制。4.将两种浓缩过程串联，可以提高产品的浓缩比，降低设备高度。升降膜蒸发器适用于物料粘度变化大、水分蒸发量小、厂房高度受限制的场合。2020/4/2933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由转轴、料液分配盘、刮板、轴承、轴封、蒸发室和夹套加热室等组成。有立式、卧式两种型式。2020/4/29342020/4/29352020/4/2936立式刮板式薄膜浓缩设备1—电机2—进料管3—蒸汽进口4—出料口5—冷凝水出口6—刮板7—料液分配盘8—带孔叶板9—二蒸出口2020/4/29372、工作过程它的料液从上部的进料管2，以稳定流量进入，先经由转轴带动旋转的料液分配盘7，在离心力的作用下，被抛向夹套加热室内壁，这时料液受重力作用，沿着器壁向下流动，在此同时，装在转轴上的刮板6把料液刮成薄膜，这样料液受加热面的加热而蒸发。由于料液在重力及离心力的作用，不断更新液膜，最后流集于底部，从出口4排出。在浓缩过程所产生的二次蒸汽，可与浓缩液并流，同方向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，经旋转的带孔叶板8，把夹带的液沫分离，从顶部出口9排出，进入冷凝器。2020/4/2938卧式刮板式薄膜浓缩设备1—电机2—转轴3—液沫捕集器4—刮板5—夹套加热室2020/4/2939特点由于料液在浓缩时成液膜状态，而且不断更新，故总传热系数可达1163～3489w／m2·K。适合于浓缩高粘度（50～100Pa·s）的果汁、蜂蜜、易起泡沫或含有悬浮颗粒的料液。在浓缩过程液层很薄，溶液沸点升高可忽略，料液在加热区域停留时间，随浓缩器的高度(长度)和刮板的导向角、转速等因素而变化，一般在2～45s左右。它的动力消耗较大，一般在1.5～3kw／m2传热面积，随料液粘度增大而增加。加热室直径较小，清洗不太方便。2020/4/2940二、离心式薄膜浓缩设备1.结构与工作原理它的构造与碟式分离机相似，通过旋转的离心盘所产生的离心，使料液分布于离心盘外表面，形成薄膜，离心盘为梯形的碟片，具有夹套结构形式，离心盘之间有一定间隙，形成加热蒸发空间。当离心盘的夹套内通入蒸汽之后，对其外表面膜进行加热蒸发。蒸汽放热后成冷凝水，受离心力作用甩到夹套的下边缘周边汇集，由中间空心轴疏水装置排出。2020/4/2941特点是一种传热效率很高，蒸发强度大的较新型浓缩设备，料液受热时间很短，约1～2s，形成0.1mm的液膜，特别适合果汁和其它热敏性、发泡性液体食品进行浓缩。还具有气液分离效果好、残液量小、清洗杀菌方便等优点。由于离心盘间的距离小，故对粘度大、易结晶、易结垢的物料不大适用。设备结构比较复杂，传动系统的密封易泄漏，影响高真空。造价较高。物料的粘度不超过200CP2020/4/29422020/4/2943离心式薄膜蒸发器1—吸料管2—料液分配管3—喷嘴4—离心盘5—间隔盘6—电机7—三角带8—空心转抽2020/4/29442020/4/2945第五节片(板)式浓缩装置它属于液膜式浓缩设备之一种，比较先进。主要优点：设备装置紧凑，占地面积小，高度小，料液受热时间短，可浓缩较高浓度的产品，适用于如果汁、牛奶等热敏性物料的蒸发，易清洗，便利于调节生产能力。缺点是加热片制造较复杂，密封橡胶圈易老化而泄漏等。片(板)式换热器2020/4/29462020/4/2947片式浓缩装置加热器蒸汽与料液流程a—蒸汽b—进料c—冷凝水d—二次蒸汽与浓缩液出口2020/4/2948片式浓缩装置加热器组合图a—盖b—蒸发浓缩液进入分离器c—料液入口d—冷凝水出口e—蒸汽入口f—蒸汽段g—入口部h—出口部i—蒸汽间隔j—密封垫圈2020/4/29492020/4/29502020/4/2951第六节真空浓缩装置的附属设备一、捕集器它一般安装在浓缩装置的蒸发分离室顶部或侧面。其作用主要防止蒸发过程中细微液滴被二次蒸汽夹带逸出。捕集器的类型有惯性型、离心型及表面三大类。捕集器既要求具有良好的分离效果，又要求尽量减少其阻力，保证液体继续地流回蒸发室内。同时应具备易于拆洗，没有死角，结构简单，尺寸小，金属消耗少等优点。2020/4/2952惯性型捕集器1—二次蒸汽进口2—二次蒸汽出口3—物料出口4—折流板2020/4/2953离心型捕集器表面型捕集器2020/4/2954二、冷凝器主要作用是将真空浓缩所产生的二次蒸汽进行冷凝，并将其中之不凝结气体(如空气、二氧化碳等)分离，以减轻真空系统的容积负荷，同时保证达到所需的真空度。(一)大气式冷凝器(二)表面式冷凝器(三)低水位喷射式冷凝器20