蒸发浓缩设备

1、第八章 食品浓缩机械与设备,本章主要内容,真空浓缩设备的分类和选择 单效真空浓缩设备(中央循环管式浓缩锅) 膜式蒸发浓缩设备(升膜式蒸发器、板式蒸发器) 真空浓缩装置的辅助设备,重点：真空浓缩设备的选择、中央循环管式浓缩 设备、升降膜式蒸发浓缩设备； 难点：中央循环管式浓缩设备的工作原理,1、平衡浓缩：是利用两相在分配上的某种差异而获得溶质和溶剂分离的方法。 2、非平衡浓缩：利用半透膜来分离溶质和溶剂的过程，即两相用半透膜隔开，因此，分离不是靠两相的直接接触，故称非平衡浓缩。 3、蒸发：将稀溶液加热沸腾，使溶剂汽化而将溶液浓缩的过程,一、有关概念,1）热能的供应：它包括维持沸腾的温度、补充因溶

2、剂汽化所带走的热量、设备消耗的热量等； 2）溶剂蒸汽的排除,蒸发过程的完成有两个必要条件,1、按压力分： 常压浓缩设备：蒸发面为常压； 真空浓缩设备：蒸发面上气化后处于负压状态，其特点见教材P175,二、浓缩设备的分类,2、按蒸汽利用的次数分： 单效浓缩设备：一次利用 双效浓缩设备：二次利用 多效浓缩设备：三次或三次以上利用 带有热泵的浓缩设备：热泵再次加热利用,3、按料液的流程分： 单程式： 循环式： 自然循环和强制循环 4、按料液分布状态分： 薄膜式：分散成薄膜状，蒸发面大，蒸发快。它分为升膜式、降膜式、升降膜式、片式、刮板式和离心式薄膜蒸发器。 非膜式：大蒸发面。它按料液管路中流动，管路

3、又分为盘管式浓缩器、中央循环管式浓缩器,薄膜式： 刮板式 升膜式 管式薄膜蒸发器：降膜式 离心式 升降膜式 板式 非膜式：中央循环管式蒸发器 外加热式 盘管式 带搅拌的夹套加热式,1、物料自身的特性 热敏性：番茄酱等 后果：失活，色泽和风味改变，产品质量降低。 措施：低温短时，各种薄膜式或真空度较高的蒸发浓缩器 结垢性： 后果：积垢热阻蒸发效能停产 措施：高速流防止积垢生成，采用流速大的升膜式,第一节 真空浓缩设备,一、真空浓缩设备的选择,或强制循环的蒸发设备，或电磁防垢、化学防垢，易于清洗。 发泡性：浓缩液中产生大量气泡 后果：溶液损失、产品损耗；污染其它设备，停产。 措施：增加流速，高速流

4、冲破泡沫。降低二次蒸汽流速，防跑泡现象或设法分离回收泡沫，消除发泡。 管内流速很大的升膜式或强制循环、长管薄膜式结晶性：晶体析出；是否需要搅拌装置或强制循环,结晶性 后果：浓度增加时晶粒析出传热 措施：夹套带搅拌浓缩器或强制循环 粘滞性： 后果：浓度增大 粘度增大 流速 传热 措施：选用强制循环，刮板式或降膜式 腐蚀性 措施：不锈钢、石墨加热管或耐酸搪瓷夹层蒸发器,2、满足工艺要求：如浓缩比，浓缩比的收缩率，能否保持溶液特性； 3、传热效果好，传热系数高，热利用率高； 4、结构合理紧凑，操作清洗更换方便，且安全可靠,5、尽可能小的功率消耗，如搅拌动力或真空动力消耗等 6、合理选择材质和制造维修

5、方便； 7、符合食品卫生法要求； 8、有一定的安全防护措施,二、单效真空浓缩设备,一）特点 1、真空下蒸发浓缩，配有抽真空装置； 2、蒸汽一次利用，热能利用率高，但是二次蒸汽未充分利用； 3、结构简单，操作方便，传热系数高，操作控制容易,4、传热面积小（管道），生产能力低，料液循环差，盘管表面易结垢。 5、清洗困难。 （二）应用 果酱、果汁和炼乳等生产中,三）中央循环管式浓缩锅,基本结构 1）锅体：锅底、加热室蒸汽容纳空间 2）加热器体：中央循环管(截面积为总面积的40%100%）和上下管板及加热管束（直径25mm75mm,液料在管内流动而加热蒸汽在管束之间流动。 3）管道（口）：真空系统、料

6、液进出口、不凝气出口、冷凝水出口、二次蒸汽出口,4）蒸发室：料液液面上部圆筒空间汽液分离，防止料液被二次蒸汽带走 5）附件：人孔、仪表、取样口及视镜等,单效真空浓缩锅,四）使用注意事项,1、一般开始操作时，先通入加热蒸汽于锅内赶走空气，后开启抽真空系统，造成锅内真空； 2、待加热器体内充满液体后，再开蒸汽阀门； 3、取样检验，达到所需浓度时，解除真空即可出料； 4、加热蒸汽压力应视不同物料选择，不宜太高，否则易发生焦管现象,五）液膜式蒸发浓缩设备,1、特点 料液在管壁或器壁上分散成液膜的形式流动（上升、下降或上升与下降组合），从而使蒸发面积增加，提高浓缩效率,1）按液膜形成方式分：自然循环式蒸

7、发器和强制循环式蒸发器； 2）按液膜运动方向分：升膜式蒸发器、降膜式蒸发器和升降膜式蒸发器,2、分类,3、升膜式蒸发器,与中央循环管式浓缩锅的区别： 中央循环管式浓缩锅的料液是依靠传热产生的重度差排浓缩液，液面上的二次蒸汽靠负压排出。而升膜式蒸发器是依靠膨胀的二次蒸汽产生向上的升力，二次蒸汽浓缩液进入分离器,加热管（蒸发器）：直径为30mm-50mm的管子，长径比为100150 汽液分离器： 碰撞型 离心型 过滤型,结构,进口：蒸汽进口、料液进口 出口：浓缩液出口、二次蒸汽出口、冷凝水出口,A、一般为单流型，即料液经一次浓缩基本达到成品浓度而排出； B、管内静液面低，由静压头产生的沸点升高很小

8、,特点,C、蒸发时间短，几秒至十余秒，适用于热敏性物料； D、高速二次蒸汽破沫性能好，适用于易起泡沫的物料； E、二次蒸汽螺旋上升，料液易粘壁，不适用于粘度大的物料,料液由料液进口进入蒸发器管内，在管内底部与蒸汽首先进行对流传递热量（管外蒸汽热量传递给管内料液），当料液获得一定热量达到沸腾状态，进入管中间部开始产生蒸汽泡，使料液产生上升力，由于料液热量的连续获得，产生二次蒸汽，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,工作过程,到管顶部呈喷雾状，以较高速度进入汽液分离器，二次蒸汽从分离器顶部排出，浓缩液达到浓度要求从分离器底部排出，未达到浓度要求再次由下导管送到底部再次加热蒸发,1

9、）操作时，应严格控制进料量，防止管壁结焦现象发生； 2）料液一般先预热到沸点状态进入加热器体，以增加液膜比例，提高沸腾和传热系数； 3）各管路密封性能要好，连接可靠； 4）定期对密封垫进行更换和检查,注意事项,4、降膜式蒸发器,与升膜式一样，都属于自然循环的液膜式蒸发浓缩设备，构造与升膜式相似，主要区别是料液由加热器顶部加入，液体在重力作用下，沿管内壁成液膜状向下流动，由于向下加速，克服加速压头比升膜式小，沸点升高也小，且加热蒸汽与料液温差大，所以传热效果较好。 关键：使料液均匀分布于各加热管,导流管 筛板或喷嘴 旋液喷头,料液分布器,a、筛孔板式b、喷雾型c、锯齿形导流管d、螺旋沟槽导流管e

10、、典型导流管f、筛孔板与导流管结合g、旋液型,5、升降膜式蒸发器,两组加热管：一组升膜，另一组降膜 料液先进入升膜式加热管，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，再进行降膜蒸发。浓缩液从顶部进入汽液分离器分离后，二蒸汽从分离器上部排入冷凝器，浓缩液从下部排出,特点,符合物料的要求，初进入，浓度低，速度快，容易达到升膜要求，初步浓缩后，在降膜式中受重力作用下能沿管壁均匀分布形成薄膜。 先升后降，有利于液体均布，加速湍动和搅动，进一步提高传热效果。 升膜控制降膜的进料分配 串联可提高产品的浓缩比，减低设备高度,6、板式蒸发器,板式加热器：4片传热板组成一个板单元； 汽液分离器：离

11、心式（二次蒸汽和浓缩液在一起,结 构,板式蒸发器的传热组合,加热板间蒸汽与物料之流程,进料管道：蒸汽进口、料液进口； 附件：密封圈、调节板、紧固件和支架等,板式蒸发器,料液经泵的作用强制通入板式加热器体，在流经升膜和降膜段时受加热蒸汽的作用，通过板壁对料液加热浓缩，产生的浓缩液和二次蒸汽由底部通入汇集槽机出口通入分离器，分离浓缩液和二次蒸汽，分别从各出口排出，其中冷凝水由冷凝水出口排出,工作过程,A、优点： 1）体积小，结构紧凑，加热面积可随意调整； 2）加热时间短； 3）热敏性物料的适应性好，如牛奶、果汁等； 4）具有升膜和降膜的特点，传热系数高,特点,1）密封垫片易老化而产生泄漏； 2）适

12、用压力有限； 3）对粘度大的物料适应性差,B、缺点,第二节 真空浓缩装置的辅助设备,本体：蒸发器 附属设备：汽液分离器、 蒸汽冷凝器、 真空系统,1、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它浓缩器的加热面,一、汽液分离器（又称捕沫器、捕液器和除沫器,应具有良好的分离效果，其阻力损失尽可能的小，能保证液体连续地流向蒸发室内，同时应具备易于拆洗、没有死角，结构简单，尺寸小，材料消耗少等性能,要求,碰撞型：二次蒸汽流经通道上，设有若干挡板，改变夹带液滴运动方向，与挡板碰撞，沿挡板面流下，从而分离汽液,2、类型与结构特点,离心型：二次蒸汽沿分离器

13、的壳壁成切线方向导入，气流产生回转运动，液滴在离心力作用下被甩到分离器的内壁，并沿壁流下回到蒸发室内，二次蒸汽由顶部出口管排除,过滤型：二次蒸汽通过多层金属网或磁网等构成的捕液器，液滴粘附在其表面而二次蒸汽通过,二、蒸汽冷凝器,1、作用： 将真空浓缩所产生的二次蒸汽进行冷凝，并将其中的不凝性气体（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。 大气式、表面式、低水位、水力喷射器,1）大气式冷凝器（又称干式高位逆流冷凝器） 二次蒸汽由冷凝器的下侧进入，向上通过隔板间隙，与从冷凝器上部进入的冷水逆流接触冷凝,2、类型与特点,不凝气体由上端排除，进入汽液分离器，将液滴

14、分离后，再被抽真空装置吸取排入大气中，应用广泛,通过管壁间接加热，加之壁垢的存在，两边的温差大，其冷却水利用浪费大，应用较少,2）表面式冷凝器,降低大气式冷凝器的高度，依靠抽水泵来排出冷凝水。其特点是降低了安装高度，可在室内安装，且具有气压式冷凝器的优点，但由于配有抽水泵，且管路严密和较高的真空吸头，其投资大,3）低水位冷凝器,A、结构 喷嘴：产生高速水流和形成负压，吸二 次蒸汽，同圆心排列； 吸气室：喷嘴出口处，负压吸二次蒸汽,4）水力喷射器,混合室：冷凝水和不凝性气体随冷水排出； 扩散室：热交换冷凝水； 附件：挡板、排水管、冷却水出口、冷水进口等,工作时，借助离心水泵的动力，将水压入喷嘴，由于喷嘴处的截面积突然变小，水流以高速（达15-30m/s）射入混合室和扩散室，这样在喷嘴出口处便形成负压，二次蒸汽不断被吸入，并与冷水进行热交换，二次蒸汽凝结为冷凝水，同时夹带不凝性气体，随冷水一起排出，这样既达到冷凝，又起到抽真空的作用,B、工作原理,要求离心水泵压力稳定，停止操作时，应先破坏锅内的真空度，避免冷水倒灌至浓缩锅内,C、注意事项,a）兼有冷凝和抽真空的作用，不需配抽真空装置； b）结构简单，喷嘴无机械运转，造价低，不需经常检修； c）适用于抽腐蚀性气体； d