食品真空浓缩设备实用教案

1、原理原理(yunl)：利用蒸汽对真空状态下料液进行加：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热，使料液中的水分在减压状态下因受热气化而蒸发浓缩。发浓缩。 二二 真空浓缩真空浓缩(nn su)(nn su)的特点的特点与常压浓缩相比与常压浓缩相比 可利用压强较低（即温度可利用压强较低（即温度低）的蒸汽作为加热蒸汽低）的蒸汽作为加热蒸汽 料液的沸点较料液的沸点较低，浓缩设备低，浓缩设备的热损失较少的热损失较少 对料液起热杀菌作对料液起热杀菌作用，有利于食品保藏用，有利于食品保藏 加热蒸汽与加热蒸汽与沸腾液体之沸腾液体之间的温度差间的温度差T T可以增大可以增大

2、需由真空设备，增加附属机械及动力；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。由于蒸发潜热随沸点降低而增大，所以热量消耗大。缺点缺点第1页/共78页第一页，共78页。分类分类按加热蒸汽被利用次数分按加热蒸汽被利用次数分按料液的流程分按料液的流程分按加热器结构分按加热器结构分单效、多效、带热泵浓缩装置单效、多效、带热泵浓缩装置单程、循环（自然、强制循环）单程、循环（自然、强制循环）盘管式盘管式 、中央循环管式、升膜式、中央循环管式、升膜式降膜式、片式、刮板式降膜式、片式、刮板式效数：指蒸效数：指蒸汽被利用次汽被利用次数。效数越数。效数越高，热能高，热能(rn

3、ng)(rnng)利用越大，利用越大，但设备费用但设备费用越高。一般越高。一般采用双效或采用双效或三效。三效。第2页/共78页第二页，共78页。二二 选择选择(xunz)与要求与要求1.选择选择(xunz)设备需对料液的性质进行考虑设备需对料液的性质进行考虑u结垢性结垢性u 加热面形成结构加热面形成结构热阻热阻传热系数传热系数u 清洗：化学药品或机械剥除清洗：化学药品或机械剥除u 选择：易结垢的料液，最好选取流速较大的强制循环型选择：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。或升膜式浓缩设备。u结晶性结晶性u 有些料液浓度增加时，会有晶粒析出，且沉积有些料液浓度增加时，会有晶

4、粒析出，且沉积 传热面上，传热面上，传热系数，堵塞管道。传热系数，堵塞管道。u 选择：采用夹套带搅拌选择：采用夹套带搅拌(jiobn)(jiobn)的浓缩器或强制循环的浓缩器或强制循环浓缩器。浓缩器。第3页/共78页第三页，共78页。u粘滞性粘滞性u 有些料液浓度增加时，粘度也会有些料液浓度增加时，粘度也会，流流速速传热系数和生产能力。传热系数和生产能力。u 选择选择(xunz)(xunz)：不宜选自然循环型，可：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。选强制循环型、刮板式或降膜式浓缩器。u热敏性热敏性u 如番茄，加热温度过高，会使其颜色变深，如番茄，加热温度过高，会使其颜色变

5、深，品质。品质。u 选择选择(xunz)(xunz)：料液停留时间短、蒸发：料液停留时间短、蒸发温度温度，各种薄膜式、真空度高的设备。，各种薄膜式、真空度高的设备。第4页/共78页第四页，共78页。u发泡性发泡性u 有些料液浓缩过程中，会有大量气泡，这些泡易被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，又污染其它二次蒸汽带走，又污染其它(qt)(qt)设备。设备。u 在浓缩器的结构上，要考虑消除发泡的可能性，设在浓缩器的结构上，要考虑消除发泡的可能性，设法分离回收泡沫。法分离回收泡沫。u 选择：强制循环型和长管薄膜浓缩器，以提高料液选择：强制循环型和长管薄膜浓缩器，以提高料液在管

6、内流速。在管内流速。u腐蚀性腐蚀性u 食品料液有些是酸度较高的，所以浓缩设备必须抗食品料液有些是酸度较高的，所以浓缩设备必须抗腐蚀。腐蚀。u 选择：不锈钢材或各种防腐涂层材料的钢材选择：不锈钢材或各种防腐涂层材料的钢材第5页/共78页第五页，共78页。2.对浓缩设备对浓缩设备(shbi)的要求的要求（1 1）传热效果好，热能利用率高）传热效果好，热能利用率高（2 2）结构紧凑、操作方便）结构紧凑、操作方便（3 3）汽液分离效果好）汽液分离效果好（4 4）设备性能适应食品料液性质，符合生产工艺要求）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。和食品卫生。（粘度高（粘度高强制循环；热敏性

7、大强制循环；热敏性大低温、高速、短时）低温、高速、短时）（5 5）具有足够的强度、耐腐蚀、易制造，便于）具有足够的强度、耐腐蚀、易制造，便于(biny)(biny)检修和清洗。检修和清洗。第6页/共78页第六页，共78页。三三 真空浓缩装置操作真空浓缩装置操作(cozu)(cozu)流程流程（一）单效真空（一）单效真空(zhnkng)浓缩浓缩装置流程装置流程1.结构：浓缩结构：浓缩(nn su)锅、冷凝器、抽真空装置锅、冷凝器、抽真空装置2.2.流程：流程：加热蒸汽对溶液加热蒸汽对溶液进行加热浓缩进行加热浓缩料液进入浓缩锅后料液进入浓缩锅后二次蒸汽进入二次蒸汽进入冷凝器冷凝冷凝器冷凝不凝缩气体

8、由真空装置抽出不凝缩气体由真空装置抽出3.3.应用：果酱生产中应用：果酱生产中第7页/共78页第七页，共78页。( (二二) )多效真空浓缩多效真空浓缩(nn su)(nn su)装置流程装置流程1.1.并流法并流法（1 1）定义：）定义：溶液与蒸汽的流动方向，即均由第一效顺溶液与蒸汽的流动方向，即均由第一效顺序至末效。序至末效。（2 2）流程：）流程：两效三罐番茄酱浓缩装置两效三罐番茄酱浓缩装置 料液：由一效到末效顺序流动料液：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蒸汽：由一效通入，所产生的二次蒸汽供二效A A、B B罐作为加热蒸汽，由于罐作为加热蒸汽，由于A A、B

9、 B罐无压力差，故罐无压力差，故A A罐料液罐料液进入进入B B罐时，用浓酱泵输送，二效的罐时，用浓酱泵输送，二效的B B罐浓缩液用浓酱罐浓缩液用浓酱泵抽出。泵抽出。第8页/共78页第八页，共78页。第9页/共78页第九页，共78页。并流（顺流并流（顺流(shn li)）浓缩工艺流）浓缩工艺流程图程图第10页/共78页第十页，共78页。2.2.逆流法逆流法（1 1）定义：溶液与蒸汽的流向相反。）定义：溶液与蒸汽的流向相反。（2 2）流程：）流程：4t/h4t/h双效三罐番茄酱浓缩装置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，最终料液：由末效进入，依次用泵送入前一效，最终的料

10、液，由第一效排出。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蒸汽：由一效通入，二次蒸汽顺序通入各效至末效。效。 3.3.平流平流(pn(pn li) li)法法(1)(1)定义：原料向每效加入，而浓缩液自每效放出的方定义：原料向每效加入，而浓缩液自每效放出的方式。式。(2)(2)过程：加热蒸汽流向仍由第一效顺序至末效过程：加热蒸汽流向仍由第一效顺序至末效第11页/共78页第十一页，共78页。逆流逆流(nli)浓缩工艺流程图浓缩工艺流程图第12页/共78页第十二页，共78页。平流浓缩平流浓缩(nn su)工工艺流程图艺流程图第13页/共78页第十三页，共78页。第二节第二

11、节 单效真空浓缩单效真空浓缩(nn su)(nn su)设备设备一一 、中央循环式（标准、中央循环式（标准(biozhn)式）浓缩锅式）浓缩锅1.1.结构结构(jigu)(jigu)： 锅体、加热室、蒸发室锅体、加热室、蒸发室 加热器加热器：由沸腾加热管、中央循环管和上下管：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板组成。中央循环管的管面积= =沸腾加热管（直沸腾加热管（直径径20-75mm20-75mm）的）的40-100%40-100%。高度。高度0.6-2m0.6-2m，采用耐腐，采用耐腐蚀的或不锈钢管，管长与管径比蚀的或不锈钢管，管长与管径比20-4020-40。蒸发

12、室：蒸发室：高度取管长的高度取管长的1.1-1.51.1-1.5倍，以确保料液倍，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。带走，而造成损失。 第14页/共78页第十四页，共78页。工作原理工作原理 特点： l加热蒸汽由进气口进入加热室，在管束间流动。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。到浓缩目的。l结构简单、操作方便。锅内液面容易结构简单、

13、操作方便。锅内液面容易控制；但清洗困难，粘度大时，循环效控制；但清洗困难，粘度大时，循环效率较差。率较差。第15页/共78页第十五页，共78页。二二 盘管式浓缩盘管式浓缩(nn su)(nn su)锅锅1.结构：主要由罐体、盘管、蒸汽分配管、结构：主要由罐体、盘管、蒸汽分配管、 各种阀门及控制系统各种阀门及控制系统u 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。u锅体：同标准(biozhn)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。第16页/共78页第十六页，共78页。2.2.工作工作(gngzu)

14、(gngzu)流程及参数流程及参数 加热蒸汽以加热蒸汽以0.7-10.7-1大气压，分别通大气压，分别通入各组盘管内，料液以一定速度由锅入各组盘管内，料液以一定速度由锅体中部切线方向进入体中部切线方向进入(jnr)(jnr)，与盘，与盘管外表面进行热交换，料液因受热汽管外表面进行热交换，料液因受热汽化而蒸发浓缩。化而蒸发浓缩。第17页/共78页第十七页，共78页。3.3.操作操作(cozu)(cozu)与特点与特点（1 1）操作：）操作：开始操作时，应待牛奶浸没盘管后，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

15、出，应立即关闭该层蒸汽阀，以防焦低使盘管露出，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。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。进料量相等，保持罐内一定液位。 ( (2)2)特点特点: :结构简单、操作方便，传热系数（结构简单、操作方便，传热系数（1279.3W/m1279.3W/m2 2K K）。适）。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

16、中小型工厂。表面易结垢，且不能连续操作，仅适用于中小型工厂。 第18页/共78页第十八页，共78页。三、三、 夹套加热室带搅拌单效浓缩夹套加热室带搅拌单效浓缩(nn su)装置装置1.1.流程流程将蒸汽加入下锅体外壁夹套间，对锅内果将蒸汽加入下锅体外壁夹套间，对锅内果酱进行浓缩；酱进行浓缩；横卧在下锅体的搅拌器不断搅拌，以强化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；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。达到预定的真空度。第19页/共

17、78页第十九页，共78页。2.2.操作操作(cozu)(cozu)和特点和特点 特点：结构特点：结构(jigu)简单、操作控制容易；加热面积小、生产能力低，不能连续生产。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：操作：开始时，先通入加热蒸汽与锅内赶开始时，先通入加热蒸汽与锅内赶走空气，才开动走空气，才开动K K型离心泵或多级离心水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，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，搅拌器，经取样检验，达到所需浓度时，解除真空即

18、可出料。解除真空即可出料。第20页/共78页第二十页，共78页。第三节第三节 升膜式、降膜式浓缩升膜式、降膜式浓缩(nn su)(nn su)设备设备一、一、 升膜式浓缩设备升膜式浓缩设备1.1.结构：由加热器件、循环管和分离器等结构：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、垂直加热管及管板小异，也是由外壳、垂直加热管及管板等组成。蒸汽等组成。蒸汽(zhn q)(zhn q)在管间料液在在管间料液在管内流动。垂直加热管：管内流动。垂直加热管：30-50mm30-50mm不锈不锈钢管管长与管径比：钢管管长与管径比：

19、100-150100-150（长管式：（长管式：6-86-8，短管式，短管式3-4m3-4m）。）。分离器：不绣钢圆筒，用以将二次蒸汽分离器：不绣钢圆筒，用以将二次蒸汽(zhn q)(zhn q)分离。分离。第21页/共78页第二十一页，共78页。2.2.工作原理及过程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热后沸腾且迅速(xn s)(xn s)汽化，汽化，所产生的二次蒸汽及料液便在管内迅速所产生的二次蒸汽及料液便在管内迅速(xn (xn s)s)上升，并不断被加热蒸发、浓缩。上升，并不断被加热蒸发、浓缩。至管子顶部出口处，二

20、次蒸汽及浓缩液以较高至管子顶部出口处，二次蒸汽及浓缩液以较高速度切向进入蒸发分离室。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，达到浓循环管，在进入加热器底部继续浓缩，达到浓度的部分排出。度的部分排出。第22页/共78页第二十二页，共78页。3.3.特点：特点： 料液沿管壁成膜状流动，进行连续加热料液沿管壁成膜状流动，进行连续加热蒸发，传热效率高（可达蒸发，传热效率高（可达1744.5W/m2K1744.5W/m2K）。）

21、。料液在管内流动速度快，则受热时间短。减料液在管内流动速度快，则受热时间短。减少少(jinsho)(jinsho)了热敏感性料液的分解的危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。较长，清晰不方便。第23页/共78页第二十三页，共78页。4.4.使用操作使用操作操作时要控制操作时要控制(kngzh)(kngzh)耗进液量。一耗进液量。一般经过一次浓缩的蒸发水分量，不能大般经过一次浓缩的蒸发水分量，不能大于进料量的于进料量的80%80%。料液过多

22、，加热蒸汽不。料液过多，加热蒸汽不足，则管下部积液过多，会形成液柱上足，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。进料量液不能点，传热效果大大降低。进料量液不能过小，否则已发生焦管。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。内比例，从而提高沸腾传热系数。第24页/共78页第二十四页，共78页。二二 降膜式浓缩降膜式浓缩(nn su)(nn su)设备设备原理：料液由加热器顶

23、部加入原理：料液由加热器顶部加入(jir)(jir)，在重力作用下沿管壁成液，在重力作用下沿管壁成液膜状向下流动膜状向下流动 。特点：特点：由于液膜向下加速，克服加速压头比由于液膜向下加速，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。等特点。且操作容易，清洗方便。第25页/共78页第二十五页，共78页。三、升降膜式浓缩(nn su)设备第26页/共78页第二十六页，共7

24、8页。第四节第四节 刮板刮板(u bn)(u bn)式、离心式薄膜浓缩设备式、离心式薄膜浓缩设备一一 刮板式薄膜浓缩刮板式薄膜浓缩(nn(nn su) su)设备设备1.1.结构：结构： 分为立式和卧式两类。主要由转轴、刮板、分离圆盘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。其直径夹套加热室。加热室：为一夹套圆筒体。其直径(zhjng)D(zhjng)D应适中。应适中。 DF DF，但阻力距，但阻力距TT，功耗，功耗NN； DF DF，二次蒸汽流速，二次蒸汽流速vv夹带量夹带量效效果果 一般一般D=300-800mmD=300-800mm，L/D=5-6

25、L/D=5-6，F=3-5m2F=3-5m2 刮板：刮板：4-84-8块对称安装，并与轴有一转向相同的夹块对称安装，并与轴有一转向相同的夹角角，成为导向角，成为导向角 推动料液流动推动料液流动 浓缩时间浓缩时间，一般，一般=10=10 刮板与加热器的最小间隙为刮板与加热器的最小间隙为1.51.50.3mm0.3mm，刮板，刮板线速度线速度2.5-9.6m/s2.5-9.6m/s。第27页/共78页第二十七页，共78页。2.2.工作原理工作原理（1 1）立式）立式 料液从上部以稳定流量进入，经分配盘在其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，并受离心力作用下，

26、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。转带孔叶板进一步分离泡沫后从顶部排出。第28页/共78页第二十八页，共78页。（2 2）卧式）卧式 料液从稳定流量从进料口进入，经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。与此同时在导的内壁，并被刮成薄膜

27、。与此同时在导角角的作用下液膜沿轴向向后流动，被的作用下液膜沿轴向向后流动，被加热而蒸发浓缩。最后与二次蒸汽加热而蒸发浓缩。最后与二次蒸汽(zhn(zhn q) q)一起进入分离圆盘，料液一起进入分离圆盘，料液在重力作用下被分离排出，二次蒸汽在重力作用下被分离排出，二次蒸汽(zhn(zhn q) q)则从上部排除。则从上部排除。第29页/共78页第二十九页，共78页。二二 离心式薄膜浓缩设备离心式薄膜浓缩设备结构：其构造与碟式分离机相似。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，与离心料液分布

28、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。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，约设备；料液受热时间短，约1-21-2秒，形成秒，形成0.1mm0.1mm的液膜。特别适合果汁和其它热敏性液体食品的液膜。特别适合果汁和其它热敏性液体食品进行浓缩。由于进行浓缩。由于(yuy)(yuy)离心盘间的距离小，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；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。结构较复杂，造价较高。第30页/共78页第三十页，

29、共78页。3.3.特点：特点：料液在浓缩时成液膜流动，料液在浓缩时成液膜流动，且不断更新，故传热系数高。且不断更新，故传热系数高。结构简单。适合结构简单。适合(shh)(shh)于于浓缩高粘度的果汁、蜂蜜或浓缩高粘度的果汁、蜂蜜或含有悬浮颗粒的料液。含有悬浮颗粒的料液。第31页/共78页第三十一页，共78页。第五节第五节 片式浓缩片式浓缩(nn su)(nn su)装置装置1.1.结构：结构同片式换热器完全相同结构：结构同片式换热器完全相同2.2.工作原理：工作原理：料液：由泵强制通入加热器体，由片料液：由泵强制通入加热器体，由片1 1与片与片2 2之之间上升，然后从片间上升，然后从片3 3与

30、片与片4 4间下降。料液加热后，间下降。料液加热后，部分部分(b fen)(b fen)水分蒸发为二次蒸汽与浓缩液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。一起进入底部通道，引入分离时进行分离。蒸汽：通入片蒸汽：通入片2 2、3 3间和间和1 1、4 4间，通过片壁使料间，通过片壁使料液加热，冷凝排出。液加热，冷凝排出。特点特点 结构紧凑、占地面积小、料液受结构紧凑、占地面积小、料液受热时间短蒸发能力热时间短蒸发能力(nngl)(nngl)大大（2.0kg2.0kg水水/1kg/1kg蒸汽）。适于浓缩蒸汽）。适于浓缩较高浓度产品，且易清洗。较高浓度产品，且易清洗。第32页

31、/共78页第三十二页，共78页。第六节第六节 真空真空(zhnkng)(zhnkng)浓缩装置的附属设备浓缩装置的附属设备主要包括主要包括(boku)：捕集器、冷凝器、真空装置：捕集器、冷凝器、真空装置一一 捕集器捕集器作用：防止作用：防止(fngzh)(fngzh)蒸发过程中蒸发过程中形成细微液滴被二次蒸汽夹带走，形成细微液滴被二次蒸汽夹带走，减少料液损失。减少料液损失。第33页/共78页第三十三页，共78页。2.2.类型类型（1 1）惯性型：在二次蒸汽流经的通道上，设置若）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，同干挡板，使带液滴的二次蒸汽多次改变方向

32、，同时时(tngsh)(tngsh)与挡板碰撞，从而与气体分离。正常与挡板碰撞，从而与气体分离。正常操作时效果较好，但阻力损失大。操作时效果较好，但阻力损失大。（2 2）离心型：与旋风分离器相似。只有蒸汽速度）离心型：与旋风分离器相似。只有蒸汽速度很大时（一般很大时（一般12-30m/s12-30m/s；真空状态下可达；真空状态下可达60- 60- 70m/s70m/s），操作性能才较好，但阻力损失大（），操作性能才较好，但阻力损失大（40-40-100mmHg100mmHg）。）。（3 3）表面型：靠多层金属网或者磁圈等粘附在其）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。表

33、面。食品工业应用少。第34页/共78页第三十四页，共78页。（2 2）表面式冷凝器）表面式冷凝器结构：由干式真空泵、给水泵、表面冷凝结构：由干式真空泵、给水泵、表面冷凝器等。器等。原理和流程：与管壳式热交换器相同。二原理和流程：与管壳式热交换器相同。二次蒸汽与冷却水通过管壁次蒸汽与冷却水通过管壁( (un b)un b)间接间接换热、冷凝。换热、冷凝。特点：结构较简单。由于间接换热，加之特点：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壁垢产生，故二次蒸汽与冷却水终端温差大（一般达（一般达10-1210-12）。即冷却水使用不经济。）。即冷却水使用不经济。（3 3）低水

34、位冷凝器）低水位冷凝器第35页/共78页第三十五页，共78页。3.3.对捕集器的要求对捕集器的要求（1 1）良好的分离效果；）良好的分离效果；（2 2）阻力损失小；）阻力损失小；（3 3）料液应能顺利流回蒸发室；）料液应能顺利流回蒸发室；（4 4）结构简单、尺寸）结构简单、尺寸(ch cun)(ch cun)小、易于清洗。小、易于清洗。第36页/共78页第三十六页，共78页。二二 冷凝器冷凝器1.1.作用：将真空浓缩产生的二次蒸汽进行冷凝，以减作用：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。轻真空系统的容积负荷，保证达到所需的真空度。2.2.真空冷凝装置

35、的种类与构造真空冷凝装置的种类与构造（1 1）大气式冷凝器）大气式冷凝器结构：由干式真空泵、给水泵、大气冷凝器和汽液结构：由干式真空泵、给水泵、大气冷凝器和汽液分离器等。分离器等。冷凝器体：钢板制成的圆筒，同内装有淋水板。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淋水板：板面积为冷却器断面积的60-70%60-70%。原理和流程：二次蒸汽与冷却水直接逆流原理和流程：二次蒸汽与冷却水直接逆流(nli)(nli)混合接触换热、冷凝。混合接触换热、冷凝。第37页/共78页第三十七页，共78页。（4 4）喷射式冷凝器）喷射式冷凝器结构：结构：由喷嘴、吸气室、混合室、扩散室

36、组成。由喷嘴、吸气室、混合室、扩散室组成。喷嘴：按同心圆排列喷嘴：按同心圆排列1-31-3圈，大小按工况选择。圈，大小按工况选择。圆锥导向挡板圆锥导向挡板(dn(dn bn) bn)：对水流起缓冲、导向：对水流起缓冲、导向作用。作用。混合室：候部截面积混合室：候部截面积F2F2与喷嘴出口总截面积与喷嘴出口总截面积F1F1之比之比F2 /F2 =3-4F2 /F2 =3-4。工作原理：工作时，借助离心水泵的动力，将水工作原理：工作时，借助离心水泵的动力，将水压入喷嘴，使水流以压入喷嘴，使水流以15-30m/s15-30m/s的高速射入混合室及的高速射入混合室及扩散室，这样在吸气室形成低压区（扩散

37、室，这样在吸气室形成低压区（P+rv2/2gP+rv2/2g，v Pv P）。因此，二次蒸汽便被不断地吸入，与）。因此，二次蒸汽便被不断地吸入，与水流混合、冷却排出，并起抽真空作用。水流混合、冷却排出，并起抽真空作用。第38页/共78页第三十八页，共78页。特点：特点：结构简单、造价结构简单、造价(zoji)低廉；低廉；兼有冷凝及抽真空的双重作用，故不兼有冷凝及抽真空的双重作用，故不必再配真空装置；必再配真空装置；整个冷凝气功耗小；整个冷凝气功耗小；可用于抽吸腐蚀性气体。可用于抽吸腐蚀性气体。但是，不能获得较高的真空度（一般但是，不能获得较高的真空度（一般600-700mmHg）第39页/共7

38、8页第三十九页，共78页。安装注意事项安装注意事项二次蒸汽的吸入管，应按蒸汽流速二次蒸汽的吸入管，应按蒸汽流速50-80m/s选选择管择管 径，以尽量减少阻力损失径，以尽量减少阻力损失(snsh)；进水管路应尽量减少管件（如接头、弯管等），进水管路应尽量减少管件（如接头、弯管等），减少阻力损失减少阻力损失(snsh)；排水管要求垂直无弯头。若必须曲折，折角不排水管要求垂直无弯头。若必须曲折，折角不大于大于45，并折弯不得多于两次。，并折弯不得多于两次。管路及各接口应严密，出水管下端应在水面下管路及各接口应严密，出水管下端应在水面下约约200mm；运转时，供水泵压力要稳定。操作停止时，应运转时，

39、供水泵压力要稳定。操作停止时，应先破坏浓缩国内真空度，然后再关闭水泵，避先破坏浓缩国内真空度，然后再关闭水泵，避免冷水倒流至浓缩锅内。免冷水倒流至浓缩锅内。第40页/共78页第四十页，共78页。三种冷凝装置比较三种冷凝装置比较 对同一级蒸汽对同一级蒸汽(zhn q)处理量来说，处理量来说，大气式用水量省，仅为表面和喷射的一半。大气式用水量省，仅为表面和喷射的一半。就功耗而言，喷射式小，一般省功就功耗而言，喷射式小，一般省功30-40%。又喷射式的冷却水可以循环使用。故在真又喷射式的冷却水可以循环使用。故在真空度要求不是很高的情况下一般选用喷射空度要求不是很高的情况下一般选用喷射式冷凝器。式冷凝

40、器。第41页/共78页第四十一页，共78页。计算计算a a）冷却水消耗量）冷却水消耗量 由热量平衡进行计算。即二次由热量平衡进行计算。即二次蒸汽蒸汽(zhn(zhn q) q)冷凝释放出的热量冷凝释放出的热量等于冷却水所吸收的热量等于冷却水所吸收的热量 W=D W=D（i-i0i-i0）/C/C（tK-tHtK-tH） （kg/hkg/h） D D：二次蒸汽：二次蒸汽(zhn(zhn q) q)量量 （kg/hkg/h） i i：二次蒸汽：二次蒸汽(zhn(zhn q) q)热焓热焓 （J/kgJ/kg） i0 i0：二次蒸汽：二次蒸汽(zhn(zhn q) q)冷凝热冷凝热焓焓 （J/kgJ

41、/kg） tK tK：冷却水进口温度：冷却水进口温度 （K K） tH tH：冷却水出口温度：冷却水出口温度 （K K） C C：冷却水的比热：冷却水的比热 （J/kgKJ/kgK）第42页/共78页第四十二页，共78页。b b）抽射系数）抽射系数 0=Va/V 0=Va/V Va Va：被吸入不凝结气体体积：被吸入不凝结气体体积(tj)(tj)流量（流量（m3/hm3/h）；）； V V：工作介质（冷水）的体积：工作介质（冷水）的体积(tj)(tj)流量（流量（m3/hm3/h） 0=K 0=K（Pb/Pb/PcPc）1/2-11/2-1c c）喷管与喷嘴截面积）喷管与喷嘴截面积d d） 排

42、水管直径排水管直径第43页/共78页第四十三页，共78页。三三 真空装置真空装置1.作用：抽取不凝结气体，保证作用：抽取不凝结气体，保证(bozhng)整个浓缩装置处于真空状态下，使料液在整个浓缩装置处于真空状态下，使料液在低温下沸腾蒸发浓缩，以利于提高食品的低温下沸腾蒸发浓缩，以利于提高食品的质量。质量。 根据经验，不凝结气体量根据经验，不凝结气体量 G=0.0025（Qg+Qs）+0.01 Qg (kg/h)第44页/共78页第四十四页，共78页。2.2.常用真空装置常用真空装置 机械泵：水环式、往复式（湿式、干式）机械泵：水环式、往复式（湿式、干式） 喷射泵：水利喷射泵：水利(shul)

43、(shul)喷射、蒸汽喷射喷射、蒸汽喷射 （1 1）湿式真空泵：可将冷却水和不凝结）湿式真空泵：可将冷却水和不凝结气体一同抽出。机体笨重、真空度低、功耗大、气体一同抽出。机体笨重、真空度低、功耗大、效率差、维护费用高。效率差、维护费用高。 （2 2）干式真空泵：与干式逆流冷凝器配）干式真空泵：与干式逆流冷凝器配合使用，只抽吸不凝结气体。效果较好、使用合使用，只抽吸不凝结气体。效果较好、使用广泛。一般真空度可达广泛。一般真空度可达750mmHg750mmHg。第45页/共78页第四十五页，共78页。（3 3）水环式真空泵：）水环式真空泵： 结构类似于离心水泵。利用叶轮结构类似于离心水泵。利用叶轮

44、(yln)(yln)在轮壳中旋转，连续不断地抽吸在轮壳中旋转，连续不断地抽吸与排出气体。结构简单、紧凑、操作可靠、与排出气体。结构简单、紧凑、操作可靠、排气量均匀。但因转速较高，泵内水环冲击排气量均匀。但因转速较高，泵内水环冲击磨损是真空度降低。一般极限真空度磨损是真空度降低。一般极限真空度730-730-740mmHg740mmHg。（4 4）水利喷射泵：）水利喷射泵： 同喷射式冷凝器完全一样。同喷射式冷凝器完全一样。第46页/共78页第四十六页，共78页。（5 5）蒸汽喷射泵：）蒸汽喷射泵： 原理原理(yunl)(yunl)同水利喷射。主要同水利喷射。主要区别是采用较高压力的蒸汽作为动力源

45、。区别是采用较高压力的蒸汽作为动力源。特点是安装高度（特点是安装高度（10m10m），可采用多级），可采用多级串联组合，以达到较高真空度。一般单串联组合，以达到较高真空度。一般单级真空度最高可达级真空度最高可达720720、双级、双级740-750740-750、三级可达三级可达755-758 mmHg755-758 mmHg。第47页/共78页第四十七页，共78页。 【蒸发器的选型】考虑原则【蒸发器的选型】考虑原则1.1.料液在蒸发过程中的停留时间料液在蒸发过程中的停留时间 时间时间，则热敏性料液的品质，则热敏性料液的品质 终端料液粘度终端料液粘度，传热效果，传热效果 热敏性料液：热敏性料液

46、： 应选升降膜式或刮板应选升降膜式或刮板( (u bn)u bn)式式2.2.总传热系数总传热系数 传热面积和温差一定，传热面积和温差一定， 传热系数传热系数，传热量，传热量，蒸发量，蒸发量 高粘度料液：高粘度料液： 选降膜式选降膜式 低粘度料液：低粘度料液： 选升、降膜式、刮板选升、降膜式、刮板( (u bn)u bn)式式第48页/共78页第四十八页，共78页。3.3.生产生产(shngchn)(shngchn)强度：强度： 指单位时间内蒸发面积上的蒸发水分量。指单位时间内蒸发面积上的蒸发水分量。 真空浓缩锅：传热面积小、温差大、生产真空浓缩锅：传热面积小、温差大、生产(shngchn)(

47、shngchn)强度高；强度高； 多小蒸发器：效数越多，温差损失多小蒸发器：效数越多，温差损失，生，生产产(shngchn)(shngchn)强度强度尽管多效尽管多效了经济了经济性，但性，但生产生产(shngchn)(shngchn)强度。强度。第49页/共78页第四十九页，共78页。蒸发器的主要蒸发器的主要(zhyo)性质性质型式型式价价格格总传总传热系热系数数停停留留时时间间终终液液浓浓度度能能否否稳稳定定浓浓缩缩比比处处理理量量对溶液性质的适应性对溶液性质的适应性稀稀液液浓浓液液稀稀液液高高粘粘度度易易生生泡泡沫沫易易结结垢垢热热敏敏性性有结有结晶析晶析出出标准标准最最低低较较高高低低

48、长长 能能良良好好一一般般适适 适适 适适尚尚适适尚尚适适稍适稍适强制强制高高 高高 高高能能较较高高大大 适适 好好 好好 适适尚尚适适适适升膜升膜低低 高高较较高高短短较较难难高高 大大 适适尚尚适适好好尚尚适适良良好好不适不适降膜降膜低低较较高高高高 短短尚尚能能高高 大大较较适适好好 适适不不适适良良好好不适不适刮板刮板最最高高高高 高高 短短尚尚能能高高较较小小较较适适好好较较好好不不适适良良好好不适不适片式片式高高 高高较较高高较较短短尚尚能能良良好好较较小小适适尚尚适适适适不不适适尚尚适适不适不适第50页/共78页第五十页，共78页。第七节第七节 真空浓缩装置的主要工艺真空浓缩装

49、置的主要工艺(gngy)(gngy)计算计算一一 物料衡算物料衡算（一）单效浓缩（一）单效浓缩(nn su)设备设备蒸发蒸发(zhngf)(zhngf)水分量（或二水分量（或二次蒸汽量）：次蒸汽量）：W=SW=S（1-B0/B11-B0/B1） （kg/hkg/h）S S：料液进料量：料液进料量 （kg/hkg/h）B0B0：原料液浓度：原料液浓度 （% %）B1B1：浓缩液浓度：浓缩液浓度 （% %）第51页/共78页第五十一页，共78页。（二）多效浓缩设备（二）多效浓缩设备 1.蒸发水分量蒸发水分量 W=S（1-B0/Bn） （kg/h） Bn：末效浓缩液浓度：末效浓缩液浓度(nngd)

50、（%） 2.最终产品的量最终产品的量 S0n= S B0/Bn （kg/h） 3.料液最终浓度料液最终浓度(nngd) Bn = S B0/( S-W1- W2 -Wn) （%） Wn：各效所蒸发的水分量：各效所蒸发的水分量 （kg/h）第52页/共78页第五十二页，共78页。三三 热量计算热量计算（一）单效浓缩（一）单效浓缩(nn su)(nn su)设备设备1.1.热能消耗：热能消耗： Q Q总总= Q1+ Q2+ = Q1+ Q2+ Q3+ Q4 Q3+ Q4 蒸发水分耗热蒸发水分耗热Q1Q1 消耗于进料的加热消耗于进料的加热Q2Q2；如果进料的；如果进料的温度等于料液煮沸的温度温度等于

51、料液煮沸的温度t2t2，则在进料，则在进料加热上的热损失为零；若加热上的热损失为零；若t1t2t1t2，则热，则热量的消耗为负数；量的消耗为负数； 消耗于浓缩消耗于浓缩(nn su)(nn su)器的加热器的加热Q3Q3；第53页/共78页第五十三页，共78页。消耗消耗(xioho)于向周围介质热损失于向周围介质热损失Q4 Q1=W L1 （J） Q2=SC（t1-t2） （J） Q3= W1C1（t1t2） （J） Q4= （Q1+ Q2+ Q3）3% （J）式中式中 L1 ：二次蒸汽气化潜热（：二次蒸汽气化潜热（J/kg）L1 =i2-t2C C：料液比热（：料液比热（J/kg K） i2

52、：二次蒸汽热焓（：二次蒸汽热焓（J/kg） t1、t2：料液进料温度和浓缩液温度（：料液进料温度和浓缩液温度（） t1、t2：浓缩开始温度和浓缩锅蒸发温度（：浓缩开始温度和浓缩锅蒸发温度（） W1：浓缩锅的重量（：浓缩锅的重量（kg） C1：浓缩锅的比热（：浓缩锅的比热（J/kg K）第54页/共78页第五十四页，共78页。2.2.蒸汽蒸汽(zhn(zhn q) q)消耗量消耗量 D=Q D=Q总总/ /（i1-iKi1-iK） （kg/hkg/h）i1i1：加热蒸汽：加热蒸汽(zhn(zhn q) q)热焓热焓 （J/kgJ/kg）iKiK：加热蒸汽：加热蒸汽(zhn(zhn q) q)冷凝

53、水冷凝水热焓（热焓（J/kgJ/kg）第55页/共78页第五十五页，共78页。（二）多效浓缩设备（二）多效浓缩设备1.1.自蒸发系数自蒸发系数 n= n=（tn-1-tntn-1-tn）/ /（i n - tn Ci n - tn C） i n i n ：第：第n n效中所产生的二次蒸汽效中所产生的二次蒸汽(zhn(zhn q) q)热焓（热焓（J/kgJ/kg） tn-1 tn-1 、tntn：分别为：分别为n-1n-1、n n效中的溶液温效中的溶液温度（度（K K） 一般并流式一般并流式n=0.01-0.1n=0.01-0.12.2.蒸发系数蒸发系数 n= n=（In-tK CKIn-tK

54、 CK）/ /（i n - tn Ci n - tn C） In In ：第：第n n效加热蒸汽效加热蒸汽(zhn(zhn q) q)的热的热焓（焓（J/kgJ/kg） tK tK：第：第n n效加热蒸汽效加热蒸汽(zhn(zhn q) q)的冷凝的冷凝水温度（水温度（K K） 如果溶剂是水，则如果溶剂是水，则nn可近似取可近似取1.01.0第56页/共78页第五十六页，共78页。3.蒸发水分量及第一蒸发水分量及第一(dy)效加热蒸汽量效加热蒸汽量 第第n效效 Wn=Dnn+（SC-W1-W2-Wn-1）n n 第一第一(dy)效效 W1=D11+SC1 1 第二效第二效 W2=D22+（SC

55、-W1）2 2 式中：式中：n：热损失系数（：热损失系数（0.97-0.98） D1: 第一第一(dy)效加热蒸汽量效加热蒸汽量(kg/h) 将上面各式变为的函数式将上面各式变为的函数式 W1=D1a1+b1 W2=D1a2+b2 Wn=D1an+bn 则则 W=W1+W2+Wn=A D1+B 化简第一化简第一(dy)效加热蒸汽效加热蒸汽 D1= （W-B）/ A (kg/h) 第57页/共78页第五十七页，共78页。三三 传热面积计算传热面积计算（一）单效浓缩设备（一）单效浓缩设备 F=Q总总/（KT） （m2） K：传热系数（：传热系数（W/ m2K） T：加热：加热(ji r)蒸汽温度（

56、蒸汽温度（t1）与）与浓缩浓缩 料夜的温度（料夜的温度（t2）之差（）之差（K）第58页/共78页第五十八页，共78页。（二）多效浓缩设备（二）多效浓缩设备 根据浓缩操作得出，任何效的加热根据浓缩操作得出，任何效的加热(ji r)(ji r)蒸汽温度（蒸汽温度（T T）必须高于溶液的）必须高于溶液的沸点温度（沸点温度（t t），保持一定温差（），保持一定温差（T-tT-t），浓），浓缩操作才能正常进行。缩操作才能正常进行。 各效温度差用各效温度差用tntn表示，则表示，则t1=T1-t1t1=T1-t1，t2=T2-t2t2=T2-t2，tn=Tn-tntn=Tn-tn，如，如果无温度损失果无温度损失t t，则溶液的沸点即等于，则溶液的沸点即等于二次蒸