食品企业骨汤饮料牛奶浓缩设备培训资料实用教案

1、食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备食品工厂机械(jxi)与设备一、教学目标 1.了解浓缩的基本原理和主要做法； 2. 了解几类设备的工作原理和系统组成。二、教学重点 五、教学课时 几类设备的介绍 4学时三、教学难点 六、教学练习(linx) 各种特点的理解 P243. 2.3.4. 四、教学方法 自测题 讲述法第1页/共115页第一页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)第八章 浓缩(nn su)设备l浓缩与食品加工l食品工业中的浓缩设备l第一节 真空蒸发浓缩设备第二节冷冻浓缩设备l本章(bn zhn)小结 思考题 自测题第2页/共115页第二页，

2、共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备l浓缩(nn su)与食品加工 浓缩是除去食品料液中部分水分的单元操作，在食品加工中有着重要的地位。例如鲜乳、果蔬榨取得到的原汁、植物性提取液（如咖啡、茶）、生物处理（酶解、发酵）分离液等均含有大量的水分，为便于(biny)运输、贮存、后续加工以及方便使用等，往往需要进行浓缩。第3页/共115页第三页，共115页。食品工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备l食品工业(sh pn n y)的浓缩设备 食品浓缩可以采用真空蒸发浓缩设备、冷冻浓缩设备和膜浓缩设备等。 目前(mqin)，食品工业使用最广泛的浓缩设备是真空蒸发浓缩设备。

3、冷冻浓缩设备对于含热敏性和挥发性成分料液的浓缩有很大吸引力。 膜浓缩设备本质上是膜分离设备，本章不作介绍，可参见本书第四章内容。第4页/共115页第四页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备第一节真空蒸发浓缩(nn su)设备l 真空蒸发浓缩设备主要由蒸发器、冷凝器及真空系统等构成。具体形式较多，主要差异表现在蒸发器的形式和效数、二次蒸汽利用以及操作(cozu)连续性等方面。l 真空蒸发浓缩设备特点l 一、蒸发器l 二、真空蒸发浓缩系统的辅助设备l 三、典型真空浓缩系统第5页/共115页第五页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)l真空蒸

4、发浓缩设备(shbi)特点优点：（1）在真空状态下料液的沸点降低，加速了水分蒸发，避免了料液的高温处理，适合于处理热敏性物料。 （2）热源可以采用低压蒸汽或废热蒸汽。（3）由于料液的沸点较低，使浓缩设备的热损失减少。（4）对料液起加热杀菌作用，有利于食品的保藏。缺点(qudin)：（1）须有抽真空系统，从而增加附属机械设备及动力。 （2）由于蒸发潜热随沸点降低而增大，所以热能消耗大。 第6页/共115页第六页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备一、蒸发器（一）夹套式蒸发器（二）盘管式蒸发器（三）外加热式蒸发器（四）长管式蒸发器（五）刮板(u bn)式蒸发器（六）板

5、式蒸发器（七）离心薄膜蒸发器l 蒸发器是真空蒸发浓缩系统的主体，由加热室与分离室两部分构成，食品料液在此受到加热发生汽化，产生(chnshng)浓缩液和二次蒸汽。l 食品物料蒸发浓缩往往需要考虑其热敏性、结垢性、发泡性、结晶性、黏滞性等特点，要求的浓缩程度也不一致，因此蒸发器有多种形式。 l 蒸发器的分类第7页/共115页第七页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)l蒸发器的分类(fn li) 蒸发器按料液流程可分为循环式（有自然循环式与强制循环式之分）和单程式；按加热器结构可分为夹套式、盘管式、中央(zhngyng)循环管式、升膜式、降膜式、片式、刮板式、离

6、心外加热式浓缩器等。 第8页/共115页第八页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)（一）夹套式蒸发器l又称为搅拌式真空(zhnkng)浓缩锅，属于间歇式中小型食品浓缩设备。l如图8. 1所示，主要由圆筒形夹套壳体、犁刀式搅拌器、汽液分离器等组成。l被浓缩的料液投入锅内，通过供入夹套内的蒸汽进行加热，在搅拌器的强制性翻动下，料液形成对流而受到较为均匀的加热，并释放出二次蒸汽。二次蒸汽从上部抽出。l夹套式蒸发器的特点第9页/共115页第九页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备l夹套式蒸发器的特点(tdin) 这种蒸发器的加热面积小，

7、料液温度不均衡( jnhng)，加热时间长，料液通道宽，通过强制搅拌加强了加热器表面料液的流动，减少了加热死角，适宜于果酱、炼乳等高黏度料液的浓缩。第10页/共115页第十页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备（二）盘管式蒸发器l结构(jigu)l工作过程l特点第11页/共115页第十一页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)l结构(jigu) 如图8. 2所示，主要由盘管加热器、蒸发室、泡沫捕集器、进出料阀及各种控制仪表所组成。 锅体为立式圆筒密闭结构，上部空间为蒸发室，下部空间为加热室。 泡沫捕集器为离心式，安装于浓缩(nn

8、su)锅的上部外侧。泡沫捕集器中心立管与真空系统连接。第12页/共115页第十二页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)n加热(ji r)室 加热室设有加热室设有3535组加热盘管组加热盘管(pn un)(pn un)，分层排列，每盘分层排列，每盘1313圈，圈，各组盘管各组盘管(pn un)(pn un)分分别装有可单独操作的加别装有可单独操作的加热蒸汽进口及冷凝水出热蒸汽进口及冷凝水出口，进出口布置有两种，口，进出口布置有两种，如图如图8. 38. 3所示。所示。第13页/共115页第十三页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(sh

9、bi)l工作(gngzu)过程 工作时，料液沿锅体切线方向通过进料管进入锅内。外层盘管间料液受热后体积膨胀而上浮，盘管中部位的料液，因受热相对较少，密度(md)大，自然下降回流。从而形成了料液沿外层盘管间上升，又沿盘管中心下降回流的自然循环。蒸发产生的二次蒸汽从浓缩锅上部中央排出，二次蒸汽中夹带的料液雾滴在捕集器的作用下被分离下降流回锅中。当浓缩锅内的物料浓度经检测达到要求时，即可停止加热，打开锅底出料阀出料。 操作过程中，不得往露出液面的盘管内通蒸汽，只有液料淹没后才能通蒸汽。由于盘管结构尺寸较大，加热蒸汽压力不宜过高，一般为0.71.0MPa。第14页/共115页第十四页，共115页。食品

10、工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备l盘管式蒸发器的特点(tdin) 优点：结构(jigu)简单、制造方便、操作稳定、易于控制；盘管为扁圆形截面，液料流动阻力小，通道大，适于黏度较高的液料；由于加热管较短，管壁温度均匀，冷凝水能及时排除，传热面利用率较高；便于根据料液的液面高度独立控制各层盘管内加热蒸汽通断及其压力，以满足生产或操作的需要。 缺点：传热面积小，液料对流循环差，易结垢；料液受热时间长，在一定程度上对产品质量有影响。 第15页/共115页第十五页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)（三）外加热式蒸发器l分类(fn li)l操作过程l优缺点l用

11、途第16页/共115页第十六页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)l分类(fn li) 外加热式蒸发器的特征是加热室和分离室分开(fn ki)。 根据物料在加热室与分离室间循环的方式，可分为强制循环式和自然循环式两种。第17页/共115页第十七页，共115页。食品工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备强制循环(xnhun)外蒸发器如图8. 4（1）所示，主要由列管式加热器、分离室和循环(xnhun)泵等构成。需要指出的是，这种蒸发器的加热器，除了如图中所示可水平安装以外，还可以垂直安装或倾斜安装。第18页/共115页第十八页，共115页。食品工厂机械(jx

12、i)与设备第八章 浓缩设备 自然循环外蒸发器如图8. 4（2）所示。除无循环泵以外，基本构成与强制循环式相同。但加热( ji r)室只能垂直安装。 第19页/共115页第十九页，共115页。食品工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备l操作过程 两种外加热式蒸发器均可以连续方式(fngsh)操作，也可以间歇方式(fngsh)操作。连续操作时，最初的一段时间为非稳定期，这时不出料，当循环内料液浓度达到预定浓度时，通过离心泵抽吸出料。图8. 4（2）所示的自然循环蒸发器，也可在浓缩液出口处加接管与出料离心泵相连。间歇操作时，最终出料的体积不得小于加热室与分离室最少能循环的容积。第20页/共115页

13、第二十页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备l优缺点 优点：蒸发器的加热室与分离室分开后，可调节两者之间的距离和循环速度，使料液在加热室中不沸腾，而恰在高出加热管顶端处沸腾，加热管不易被析出的晶体所堵塞；分离室独立分开后，形式(xngsh)上可以做成离心分离式，从而有利于改善雾沫分离条件；此外，还可以由几个加热室合用一个分离室，提高了操作的灵活性；自然循环外加热式蒸发器的循环速度较大，可达1.5 m/s，而用泵强制循环的蒸发器，循环速度还要大；这种蒸发器的检修、清洗也较方便。 缺点：溶液反复循环，在设备中平均停留时间较长，对热敏性物料不利。第21页/共115页第二

14、十一页，共115页。食品工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备l用途(yngt)这种蒸发器可用于对热敏性和风味(fngwi)成分保留要求不高的产品浓缩，如用于喷雾干燥前牛乳和蛋白水解液等的浓缩。第22页/共115页第二十二页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)（四）长管式蒸发器l对热敏性成分保留有较严要求的产品，应当采用单程式蒸发器，料液只通过其加热室一次即达到需要(xyo)的浓度。l一般结构特点与类型l升膜式蒸发器l降膜式蒸发器第23页/共115页第二十三页，共115页。食品工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备l一般(ybn)结构特点与类型 长管式蒸

15、发器一般采用内径2550mm，长径比为100150 的长管制成。 由于长径比大，单位体积(tj)料液的受热面积较大，因而，料液进入加热器后很快汽化而使浓缩液呈膜状在管内移动，因此这种蒸发器也是典型的膜式蒸发器。 长管式蒸发器可以分为升膜式、降膜式和升降膜式蒸发器(图8.5)。第24页/共115页第二十四页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备第25页/共115页第二十五页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备1.升膜式蒸发器l结构如图8.5（1）所示。l蒸汽由加热器上部引入，而物料由下部进入，因此(ync)蒸汽与物料在加热器内呈逆流。l由

16、于从下面进料，所以为防止静压效应引起的沸点升高，进入蒸发器的料液温度应控制在接近沸点。l工作过程l特点第26页/共115页第二十六页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备l工作(gngzu)过程 预热后接近沸点的料液从加热室底部进入，自下而上流动。在加热作用和减压状态下，部分料液迅速气化，产生二次蒸汽，并以80200m/s的速度带动(didng)浓缩液沿管内壁成膜状上升。在加热室顶部，达到所需浓度的浓缩液与二次蒸汽的混合物，以较高的速度进入分离室，在离心力作用下两者产生分离，浓缩液从分离室底部排出，二次蒸汽则从顶部排出。第27页/共115页第二十七页，共115页。食

17、品工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备l特点(tdin) 优点：料液在加热室内停留时间很短，传热系数高，适用于热敏性料液浓缩；高速二次蒸汽具有良好的破沫作用，故尤其适用于易起泡沫的料液。 缺点：一次浓缩比不够大，因此一般组成双效或多效流程使用；由于薄膜料液的上升必须克服自身(zshn)重力与管壁的摩擦阻力，故不适用于处理高黏度、易结垢或易结晶的溶液。第28页/共115页第二十八页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备2.降膜式蒸发器l 结构如图8. 5（2）所示，其分离室位于加热室的下方。加热室项部有布膜器（又称料液分布器），其作用是使料液在加热管内均匀( jnyn)

18、成膜并阻止二次蒸汽上升。l 工作过程l 特点 第29页/共115页第二十九页，共115页。食品工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备l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(jj)；（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。第30页/共115页第三十页，共115页。食品工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备l工作(gngzu)过程 液体在重力作用下经料液分布器进入加热管，然后沿管内壁成液膜状向下流动，由于单

19、位体积料液的受热面积大，所以料液很快沸腾汽化，又由于向下加速，克服的流动阻力比升膜式小，产生的二次蒸汽能以很高的速度带动料液下降，所以传热效果好。汽液混合物进入蒸发分离室进行分离，二次蒸汽由分离室顶部排出，浓缩液则由底部抽出。降膜式的料液经蒸发后，流下的液体基本( jbn)达到需要的浓度。第31页/共115页第三十一页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备l特点(tdin)（1）加热蒸汽与料液呈并流方式(fngsh)。（2）蒸发时间短，为单流型，适用于热敏性料液浓缩。（3）不适于高黏度的料液浓缩。（4）大多以双效或多效形式组成蒸发设备，以提高浓缩比。（5）不适用于处理易结

20、晶或易结垢的溶液。第32页/共115页第三十二页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备（五）刮板(u bn)式蒸发器l 也称刮板式薄膜蒸发器，是利用外加(wiji)动力的膜式蒸发器。l 结构l 特点第33页/共115页第三十三页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备l结构(jigu) 主体由刮板式加热器（参见第七章内容）与分离室构成。 分离室与加热器制成一体(yt)，在加热室与分离室的分界面处设浓缩料液引出口，二次蒸汽则自分离室引出。 分离室也可加热室分开，如右图所示。浓缩液与二次蒸汽一起流入分离室，在此浓缩液从底部流出，而二次蒸汽则从左上侧引出。

21、根据刮板加热器轴线的取向，这种加热器有立式和卧式两种类型，但以立式为多。第34页/共115页第三十四页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备l特点(tdin)优点：处理黏度(nind)高达50100Pas的黏性料液时仍能保持较高的传热速率。故特别适用于浓缩糖含量高、蛋白含量高的物料，如鸡蛋、蜂蜜和麦芽汁等料液。缺点：设备加工精度要求高，生产能力小。因而一般用于后道浓缩。第35页/共115页第三十五页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)（六）板式(bnsh)蒸发器l结构l降膜式板式(bnsh)蒸发器 l升膜式板式(bnsh)蒸发器l

22、升降膜式板式(bnsh)蒸发器 l特点第36页/共115页第三十六页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备第37页/共115页第三十七页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)l结构(jigu) 主要由板式加热器与分离室组合而成。 加热器的总体结构与组合方式与本书第七章介绍的板式换热器的类似，但一般直接利用蒸汽或二次蒸汽进行( jnxng)加热。 根据料液与蒸汽在加热板上的流动方向，板式蒸发器的加热板有升膜式、降膜式两种结构。出于加热蒸汽分布和产品分布均匀要求，它们的换热板结构与普通板式热交换器的换热板有所不同，主要是供产品进出和加热介质进

23、出的开孔大小、数量、形状位置不同。第38页/共115页第三十八页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备l降膜式板式(bnsh)蒸发器 构成如图8. 9图所示。 加热板全为降膜式。 料液从加热器左上侧进入后分两路均匀地分布在各加热片上。 料液流道两侧为加热蒸汽室，也从加热板上方进入，因此，与产品(chnpn)流向相同，为并流（情况与长管降膜式蒸发器类似）。 浓缩液二次蒸汽混合物通过加热器下方的通道出来，进入分离器后两者分离，浓缩液从分离器下方引出，二次蒸汽则从上方引出。第39页/共115页第三十九页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)l升

24、膜式板式(bnsh)蒸发器 结构与降膜式的类似，只是所用的加热板全为升膜式，并且稀料液与加热蒸汽的走向为逆流，情形(qng xing)与长管升膜式蒸发器的类似。 浓缩液二次蒸汽混合物通过上方的通道从加热器出来，进入分离器后两者分离。第40页/共115页第四十页，共115页。食品工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备l升降(shngjing)膜式板式蒸发器 结构较为特殊，分别由升膜板、降膜板和蒸汽板交替叠成。 由蒸汽板、升膜板、蒸汽板、降膜板和蒸汽板构成一个蒸发单元，一个加热器的蒸发单元数根据产量而进行( jnxng)调整。 这种蒸发器中，料液输入口及浓缩液-二次蒸汽混合的输出口均位于加热器的

25、下方。混合物从加热器出来后在分离器分离成浓缩液和二次蒸汽。 第41页/共115页第四十一页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备l特点(tdin)传热系数高；物料停留时间短（数秒），适用于热敏性物料；体积小，加热面积可随意调整，易清洗；因一次通过的浓缩比不高，因此常常构成二效或三效式蒸发系统(xtng)；密封垫圈易老化而泄漏，使用压力有限。第42页/共115页第四十二页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备（七）离心(lxn)薄膜蒸发器l离心薄膜蒸发器是一种(y zhn)利用锥形蒸发面高速旋转时产生的离心力使料液成膜及流动的高效蒸发设备。l结构

26、l工作过程l特点第43页/共115页第四十三页，共115页。食品工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备l结构(jigu)其结构如图8. 10所示。真空壳体内设置一高速旋转的转鼓，转鼓由锥形空心碟片叠装而成。碟片间保持有一定加热蒸发空间，空心夹层内通加热蒸汽(zhn q)，外圆径向开有与外界连接的通孔，供加热蒸汽(zhn q)进入和冷凝水离开。碟片的下外表面为工作面，故整机具有较大的工作面，外圈开有环形凹槽和轴向通孔，定向叠装后形成浓缩液环形聚集区和连续的轴向通道。转鼓上部为浓缩液聚集槽，插有浓缩液引出管。 第44页/共115页第四十四页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩

27、设备l工作(gngzu)过程 料液经真空壳体上的分配管穿过叠锥转鼓的中心部，注入旋转圆锥的下面。注入后很快展成厚0.1mm的液膜，在1s左右的时间内沿加热面流过。因液膜很薄，水分很快汽化。 二次蒸汽通过叠锥中央逸出到机壳内，然后排出。浓缩液则聚集于圆锥外缘内侧的一组圆环内，经竖向孔道引至叠锥上方的排料室，最后由固定于机壳上的排料管排出。 蒸汽从下部进入，经空心轴至叠锥外缘的汽室，然后流经圆环上的小孔进入锥形元件(yunjin)之间的空间，蒸汽在圆锥表面冷凝，且一旦形成水滴，立即被离心力甩向外锥体排出，故不存在冷凝液膜，减小了传热热阻，传热系数可达 8000W/(m2 K）。第45页/共115页

28、第四十五页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备l特点(tdin) 结构紧凑、传热效率高、蒸发(zhngf)面积大、料液受热时问很短、具有很强的蒸发(zhngf)能力，特别适合果汁和其它热敏性液体食品的浓缩。 由于料液呈极薄的膜状流动，流动阻力大，而流动的推动力仅为离心力，故不适用于黏度大、易结晶、易结垢物料的浓缩。 设备结构比较复杂，造价较高，传动系统的密封易泄漏，影响高真空。第46页/共115页第四十六页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)二、真空蒸发浓缩(nn su)系统的辅助设备l 真空(zhnkng)蒸发浓缩系统的主要设备是蒸

29、发器，但它必须与适当的附属设备配合，才能在真空(zhnkng)状态下对料液进行正常的蒸发浓缩操作。l 真空(zhnkng)蒸发浓缩系统的辅助设备通常有进料缸、物料泵、冷凝器、真空(zhnkng)泵、蒸汽再压缩泵等。蒸发器与这些辅助设备进行适当的配合，可以得到不同形式的真空(zhnkng)蒸发浓缩系统。l （一）进料缸l （二）泵l （三）冷凝器l （四）间接式换热器第47页/共115页第四十七页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备（一）进料缸l进料缸用于稀料液的缓冲暂存。稀料液通过进料管进入缸体。缸内的液位由浮球阀控制维持相对稳定。系统浓缩液的输出一般装有支路，当浓度达

30、不到要求时由此支路管回流到进料缸，重新与稀料液混合后再进行蒸发浓缩。另外当浓缩操作结束后，进料缸通入清水后也可作为就地清洗的清水缸用。l进料缸与蒸发器之间一般利用管路连接就可进料，前提是必须克服料液流动阻力(zl)，否则需加泵，例如对于升膜式蒸发器，系统的真空度不足使料液引入到蒸发器的顶部，因此必须由泵提供动力。l加工过程简单的生产线，尤其是产量不大的间歇式生产线，不一定设进料缸，可直接将前道工序的料罐作为进料缸用。第48页/共115页第四十八页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备（二）泵真空蒸发系统中所用的泵有以下(yxi)三类：物料泵冷凝水排除泵真空泵 第49

31、页/共115页第四十九页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)1.物料(w lio)泵l真空蒸发浓缩系统处于(chy)负压状态，因此，连续蒸发操作时，浓缩液的出料一般要用泵抽吸完成。l所用的泵可以用离心泵，但多用正位移泵。l除了强制循环式蒸发器中的循环泵以外，多效蒸发系统中，上一效蒸发器出来的浓缩液进入下一效蒸发器，一般也须用泵输送。第50页/共115页第五十页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)2.冷凝水排除(pich)泵l此类泵用于排除负压状态加热器中加热蒸汽产生的冷凝水。l当蒸发器的加热器与真空系统相连，进入加热器的蒸

32、汽（生蒸汽、二次蒸汽或两者的混合物）均可通过适当形式的调节控制，成为负压状态（负压状态的蒸汽对应(duyng)的温度低于100）。此时加热器的冷凝水也为负压，必须通过离心泵抽吸才能排出加热器。第51页/共115页第五十一页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)3.真空泵l 真空泵为蒸发系统提供所需的真空度。l 通常采用的真空泵形式有复往式真空泵、水环式真空泵、蒸汽喷射泵和水力(shul)喷射泵等。l 除了水力(shul)喷射泵以外，其它形式的真空泵一般接在冷凝器后面。l 真空泵的另一个作用是排除系统中产生的不凝性气体。系统的不凝性气体主要来自二次蒸汽，直接式冷

33、凝器用的冷却水也夹带不凝性气体。因此，除了与冷凝器相连接以外，真空泵还与再利用二次蒸汽作加热剂的加热器相连。第52页/共115页第五十二页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备（三）冷凝器l 作用: 对系统产生的二次蒸汽冷凝，同时使其中(qzhng)的不凝结气体分离，以减轻后面真空系统的负荷，维持系统所要求的真空度。l 冷凝器一般以水为冷却介质，对于以水为溶剂的料液，真空蒸发系统中多采用直接式（混合式）冷凝器。而对于需要回收芳香成分的料液，则需要采用间接式冷凝器。对于含有机溶剂的料液（如乙醇提取液），为了回收有机溶剂，也需要采用间接式冷凝器。l 无论是间接式还是直接

34、式冷凝器，均有不凝性气体排出口与真空泵相连。l 在真空度要求不高的蒸发系统中，可用水力喷射泵来对二次蒸汽进行冷凝，同时将系统的不凝性气体抽走。第53页/共115页第五十三页，共115页。食品工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备（四）间接(jin ji)式换热器l间接式热交换器对稀料液进行杀菌或预热，这种热交换器可由生蒸汽也可以用二次蒸汽加热。l这些(zhxi)换热器可以为单程列管式换热器，单独用生蒸汽加热；l或与蒸发器的列管式换热器并联，用相同的负压蒸汽进行加热；l还可以盘管状结构通过蒸发器列管式加热器的壳体。第54页/共115页第五十四页，共115页。食品工厂机械(jxi)与设备第八章

35、浓缩设备第55页/共115页第五十五页，共115页。食品工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备第56页/共115页第五十六页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备第57页/共115页第五十七页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备第58页/共115页第五十八页，共115页。食品工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备第59页/共115页第五十九页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备三、典型真空浓缩(nn su)系统1.单效降膜式真空浓缩系统2.顺流(shn li)式双效真空降膜浓缩设备3.混流式三效降膜真空浓缩设

36、备4.混流式四效降膜真空浓缩设备第60页/共115页第六十页，共115页。食品工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备1.单效降膜式真空(zhnkng)浓缩系统l系统构成：以图8. 11所示的德国 WIEGDN单效降膜式真空浓缩设备为例。该系统适用于牛乳的浓缩。它具有能量消耗少、操作稳定(wndng)、清洗方便等特点。l系统特点l工作过程第61页/共115页第六十一页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)第62页/共115页第六十二页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备l系统(xtng)特点主要由降膜式蒸发器、蒸汽(zhn q)喷

37、射器（热泵）、料液泵（离心泵和螺杆泵）、水泵、真空泵及贮液筒等组成。降膜式蒸发器所有加热管束使用同一加热蒸汽(zhn q)，但管束内部分隔为加热面积大小不同的两部分，同时冷凝器设置于加热器外侧的夹套内，结构紧凑。系统中的热泵用来将部分二次蒸汽(zhn q)压缩后作为加热蒸汽(zhn q)使用；同时，通过在进料缸内引入冷凝水管道及在分离室内设置夹套预热装置，对原料进行预热，回收了冷凝水和二次蒸汽(zhn q)的残留热量，提高了能量利用效率。 第63页/共115页第六十三页，共115页。食品工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备l工作(gngzu)过程 原料牛乳从贮料筒经流量计进入分离器，利用二

38、次蒸汽间接加热，蒸发部分水分；然后由料液泵送至加热器第一部分加热管束顶部，经分布器使其均匀地流入各加热管内，呈膜状向下流动，同时(tngsh)受热蒸发；经第一部分加热管束蒸发浓缩后的牛乳，由料液泵送入第二部分加热管束进一步加热蒸发，达到浓度后的浓缩牛乳由螺杆泵送出。 经分离器排出的二次蒸汽，一部分由蒸汽喷射器增压后送入加热器作为加热蒸汽使用，另一部分进入位于加热室外侧夹套内的冷凝器，在冷却水盘管作用下冷凝成水，并与加热器内的冷凝水汇合在一起，由冷凝水泵送出。 节流孔板a、b、c、d用于流量控制所需的在线流量检测。第64页/共115页第六十四页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第

39、八章 浓缩设备2. 顺流(shn li)式双效真空降膜浓缩设备 l结构组成l工作过程(guchng)l适用性及特点第65页/共115页第六十五页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备l结构(jigu)组成 某顺流式双效真空浓缩设备流程如图8. 12所示 ，它主要由一、二效蒸发器、热泵、杀菌器、水力喷射器、预热器、液料泵等构成。 一、二效蒸发器结构相同，内部除蒸发管束(gunsh)外，还设有预热盘管。 杀菌器为列管结构。第66页/共115页第六十六页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备l工作(gngzu)过程 工作时，料液由泵从平衡槽抽出，通过由二效

40、蒸发器二次蒸汽加热的预热器，然后依次经二效、一效蒸发器内的盘管进一步预热。预热后的料液在列管式杀菌杀菌（8692），并在保持管内保持24s ；随后相继通过一效蒸发器（加热温度 8390，蒸发温度7075）、二效蒸发器（加热温度6874，蒸发温度4852），最后由出料泵抽出。 生蒸汽（500kPa）经分汽包分别向杀菌器、一效蒸发器和热压泵供汽。一效蒸发器产生的二次蒸汽，一部分通过热压泵作为一效蒸发器的加热蒸汽，其余的被导入二效蒸发器作为加热蒸汽。二效蒸发器产生的二次蒸汽，先通过预热器，在对料液进行预热的同时受到冷凝，余下二次蒸汽与不凝性气体一起由水力喷射器冷凝抽出。各处( ch)加热蒸汽产生的冷

41、凝水由泵抽出。贮槽内的酸碱洗涤液用于设备的就地清洗。第67页/共115页第六十七页，共115页。食品工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备l适用性及特点(tdin)该设备适用于牛乳、果汁等热敏性料液的浓缩，效果好，质量高，蒸汽(zhn q)与冷却水的消耗量较低，并配有就地清洗装置，使用、操作方便。 第68页/共115页第六十八页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备第69页/共115页第六十九页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备3.混流式三效降膜真空浓缩(nn su)设备 l结构组成l工作(gngzu)过程l适用性及特点第70页/共115

42、页第七十页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备第71页/共115页第七十一页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备l结构(jigu)组成如图8. 13所示，全套设备包括三个降膜式蒸发器、混合式冷凝器、料液平衡(pnghng)槽、热压泵、液料泵和水环式真空泵等，其中第二效蒸发器为组合蒸发器。第72页/共115页第七十二页，共115页。食品工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备l工作(gngzu)过程 平衡槽内（固形物含量12%）的料液由泵抽吸供料，经预热器预热后，先进入第一效蒸发器（蒸发温度70），通过降膜受热蒸发，进入第一效分离器分离出的初

43、步浓缩料液，由循环液料泵送入第三效蒸发器（蒸发温度57）。从第三效分离器出来的浓缩液由循环液料泵送入第二效蒸发器（蒸发温度44），最后(zuhu)由出料泵从第二效分离器将浓缩液（固形物含量48%）抽吸排出，其中不合格产品送回平衡槽。 生蒸汽首先被引入第一效蒸发器和与第一效蒸发器连通的预热器；第一效蒸发器产生的二次蒸汽，一部分通过（与生蒸汽混合的）热压泵增压后作为第一效蒸发器和预热器的加热蒸汽使用：第二效分离器所产生的二次蒸汽，被引入第三效蒸发器作为热源蒸汽；第三效分离器处的二次蒸汽导入冷凝器，经与冷却水混合冷凝后由冷凝水泵排出。各效产生的不凝气体均进入冷凝器，由水环式真空泵抽出。第73页/共1

44、15页第七十三页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)l适用性及特点(tdin)该套设备适用于牛乳等热敏性料液的浓缩，料液受热时间短、蒸发温度低、处理量大，蒸汽(zhn q)消耗量低。例如，处理鲜乳36004000kg/h，每蒸发1kg水仅需0.267kg生蒸汽(zhn q)，比单效蒸发节约生蒸汽(zhn q)76%，比双效蒸发节约46。第74页/共115页第七十四页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备第75页/共115页第七十五页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备4.混流式四效降膜真空浓缩(nn su)

45、设备 l图8. 14所示为一混流式四效降膜真空浓缩设备流程，用于牛乳的杀菌(sh jn)与浓缩。l牛乳首先经预热后进行杀菌(sh jn)，然后顺序经由第四效、第一效、第二效和第三效蒸发器进行浓缩。l采用了多个蒸发器夹套内的预热器，并增设有闪蒸冷却器用于牛乳杀菌(sh jn)后的降温。l二次蒸汽的冷凝采用效率较高的混合式冷凝器。第76页/共115页第七十六页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)第二节冷冻浓缩(nn su)设备l一般情形l基本原理l冷冻(lngdng)浓缩的特点l冷冻(lngdng)浓缩相关设备l一、冷却结晶设备l二、冰与浓缩液的分离设备l三、冷

46、冻(lngdng)浓缩设备的装置系统第77页/共115页第七十七页，共115页。食品工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备l冷冻(lngdng)浓缩相关设备冷冻浓缩主要包括料液冷却(lngqu)结晶和冰晶与浓缩液分离两步，因而冷冻浓缩设备主要也由冷却(lngqu)结晶设备和冰晶悬浮液分离设备两大部分组成。第78页/共115页第七十八页，共115页。食品工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备l冷冻浓缩(nn su)的一般情形 冷冻浓缩是使溶液中的一部分水以冰的形式(xngsh)析出，并将其从液相中分离出去，从而使溶液浓缩的方法。 冷冻浓缩特别有利于热敏性食品的浓缩，具有以下优点：低温操作、气

47、液界面小、微生物增殖少、溶质劣化及挥发性芳香成分损失可控制在极低的水平等。 浓缩的制品或直接作为成品，或作为冷冻干燥过程中的半成品使用。第79页/共115页第七十九页，共115页。食品工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备l冷冻(lngdng)浓缩的基本原理 水溶液均有如图8.15所示的平衡关系（冻结曲线）。利用冰与水溶液之间的固-液相平衡原理，使低于低共熔点浓度的溶液冷却，其结果表现(bioxin)为溶剂（水）呈晶体（冰晶）析出；将冰晶与母液分离后，即得到增浓的溶液。 第80页/共115页第八十页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备l冷冻(lngdng)浓缩的

48、特点 优点：由于是在低温下对溶液的浓缩，因而，对热敏性物料，尤其是食品物料的浓缩非常有利；冷冻浓缩中溶剂水的排除不是通过加热蒸发，而是依靠从溶液到冰晶的相际传递，因此，可避免低沸点(fidin)的芳香物质成分因挥发造成的损失。 缺点：浓缩比较低，物料最终浓度不超过其低共熔浓度；晶液的分离技术要求高，且溶液的黏度越大，分离越困难，冰晶的夹带损失也越大；成品中的微生物活性未能受到抑制，加工后仍需采用加热等后处理或需要冷冻贮藏；生产成本较高。第81页/共115页第八十一页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备一、冷却结晶(jijng)设备l 冷冻浓缩中的冷却结晶设备实现两个功能

49、(gngnng)：冷却除去结晶热和进行结晶。l 根据冷却方法可分为直接冷却式结晶器和间接冷却式结晶器，间接式又可分为内冷式结晶器与外冷式结晶器。l （一）直接冷却式真空结晶器l （二）内冷式结晶器l （三）外冷式结晶器第82页/共115页第八十二页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备（一）直接冷却(lngqu)式真空结晶器l 直接冷却式结晶是指结晶热直接由溶液中发生汽化相变为另一部分物质带走的结晶方法。发生汽化的物质可以是水，也可以是制冷剂。l 部分水真空蒸发的结晶器 l 直接冷却式真空结晶器的特点 l 应用(yngyng)举例第83页/共115页第八十三页，共1

50、15页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)l部分(b fen)水真空蒸发的结晶器 工作原理：真空状态下部分水分从溶液中吸收热量发生汽化，而溶液中另一部分水则因热量的除去而结晶成冰。这种部分水汽化，部分水结冰的过程基本可使体系的温度保持稳定。例如，在绝对压力 267Pa直接冷却式结晶器中，溶液所对应的沸腾约为-3，此时每蒸发掉1kg水需要吸收的蒸发潜热可使7.14kg的水结晶成冰。 直接冷却比间接冷却有两大明显的优点。首先，它省掉了冷却面，不用昂贵的刮板式换热器。其次，如果能将低压力二次蒸汽再压缩提高(t go)其绝对压力，并利用分离到的冰晶对此压缩后的二次蒸汽进行冷凝，

51、还可进一步降低能耗。第84页/共115页第八十四页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)l直接冷却式真空(zhnkng)结晶器的特点 设备费和能耗相对较低。 由于减压蒸发时，芳香物也损失了，以致浓缩液质量较差。 对于(duy)多数果汁，如果能用吸收器吸收芳香物，就能减少芳香物的损失。 第85页/共115页第八十五页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备l应用(yngyng)举例图8. 16为一种具有芳香物回收的真空结晶装置。料液进入真空结晶器后，在267Pa绝对压强下部分蒸发，部分水分成为冰晶。从结晶器出来的冰晶悬浮液经分离器分离后，冰晶

52、排出，浓缩液从顶部进入吸收器。而从真空结晶器出来的带芳香物的蒸汽先经冷凝器除去(ch q)水分后，从底部进入吸收器。在吸收器内，浓缩液与芳香物的惰性气体逆流流动，芳香物被浓缩液吸收，然后惰性气体由吸收器顶部排出，而吸收了芳香物的浓缩液从吸收器底部排出。第86页/共115页第八十六页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备（二）内冷式结晶器这类结晶器有两种：产生(chnshng)几乎完全固化悬浮液的结晶器产生(chnshng)可泵送浆料的结晶器 第87页/共115页第八十七页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备l产生几乎(jh)完全固化悬浮液的结

53、晶器这种结晶器中，没有搅拌的液体与冷却壁面相接触，直至水分几乎完全固化，所以在原理上它属于层状冻结。冻结的晶体成片状或“雪”状，然后用机械方法除去。在这种结晶器中，即使非常稀的溶液也能一步浓缩至40浓度的浓缩液，甚至还可能(knng)更高。但是由于冰晶非常薄，浓缩液与冰晶的分离比较困难。第88页/共115页第八十八页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备l产生(chnshng)可泵送浆料的结晶器这种结晶器产生可泵送悬浮液，在冷冻浓缩中多数结晶器属于这种。典型的设备中，晶体悬浮液在冷却(lngqu)结晶器中仅停留几分钟。由于停留时间短，故晶体非常小（50m）。刮板式换

54、热器是典型的产生可泵送冰晶悬浮液的结晶器。第89页/共115页第八十九页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)（三）外冷式结晶器外冷式结晶器有三种(sn zhn)主要型式:型式一型式二型式三第90页/共115页第九十页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备l型式(xn sh)一先使料液过冷，过冷度高达-6 。过冷的无晶体料液在结晶器中释放出“冷量”。为了(wi le)减少冷却器中的晶核形成和结晶器中的意外事件，避免可能导致流体流动的堵塞，与料液相接触的冷却器壁面必须抛光或涂以憎水塑料。这种结晶器内的局部过冷实际上可得到抑制。对30的葡萄糖

55、溶液，在结晶器中平均停留时间仅0.5h 时，即可获得大约0.2mm粒度的晶体。从结晶器出来的液体可由泵再循环至换热器，而晶体则借助泵吸入管路中的过滤器而被截留于结晶器中。第91页/共115页第九十一页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备l型式(xn sh)二特征是整个悬浮液在结晶器与换热器之间不断循环。晶体在换热器内的停留时间比在结晶器内的停留时间短，所以晶体的成长(chngzhng)主要在结晶器内。第92页/共115页第九十二页，共115页。食品(shpn)工厂机械与设备第八章 浓缩设备l型式(xn sh)三 如图8. 17所示。料液先在外部换热器中产生亚临界晶体。部

56、分无晶体液体从结晶器到换热器间再循环。 刮板式换热器的热通量很高，这导致强烈的晶核形成。在换热器中晶体的停留时间只有几秒钟，所以(suy)产生的晶体特别小。 当其连续地进入结晶器后，在此停留时间至少0.5h。由于在结晶器中停留时间相对较长，其主体过冷度很小，约 -0.02。进入结晶器的料液中的小晶体在这样的环境下呈亚临界结晶状态，与含有大晶体的悬浮液混合时即被溶化。料液中小晶体的溶化热来自于大晶体的生长。第93页/共115页第九十三页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)二、冰与浓缩液的分离(fnl)设备 用于冷冻浓缩的冰与浓缩液的分离设备有压榨机、过滤式离心

57、机、洗涤塔，以及这些设备组合(zh)形式等。（一）压榨机（二）离心机（三）洗涤塔（四）压榨机与洗涤塔的组合(zh)第94页/共115页第九十四页，共115页。食品工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备（一）压榨机l 常用液压活塞式压榨机和螺旋式压榨机。l 采用压榨机分离，可溶性固体的损失量取决于已压缩冰饼中夹带( jidi)的浓液量。冰饼中的夹带( jidi)量与压榨机采用的压力有关，例如在1MPa压力下，每千克冰中大致留附0.65kg液体,而在10MPa压力下并且压缩时间较长时，则每千克冰中留附量可减少至0.1kg。l 由于压榨法导致较多的可溶性固体损失，所以这种分离方法只用于作前期分离，

58、为冰与溶液的最后完全分离提供冰含量较高的浆料。第95页/共115页第九十五页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备（二）离心机l冷冻浓缩(nn su)中使用的离心机是过滤式离心机。l分离时的溶质损失取决于晶体大小和液体黏度。l离心机分离的缺点是当液体从滤饼中流出时，芳香物质将受到损失，这是液体与大量空气密切接触所致。 第96页/共115页第九十六页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)（三）洗涤(xd)塔l 洗涤塔有较好的冰与浓缩液的分离效果，浓缩液不会被稀释，且洗涤塔完全密封，无顶部空间，从而避免了芳香物的损失。从洗涤塔出来的浓缩

59、液用纯水复原时，在分析上和外观、味感、芳香物质等方面与未浓缩过的原液几乎没有(mi yu)什么区别。l 洗涤分离原理 l 洗涤塔形式第97页/共115页第九十七页，共115页。食品工厂(gngchng)机械与设备第八章 浓缩设备l洗涤分离(fnl)原理 基本原理：利用冰晶融化水排代晶体间夹带的浓缩液。 连续式洗涤塔的工作原理如图8. 18 ，从结晶器来的晶体浆料从塔底进入，因冰晶密度比浓缩液小，故冰晶逐渐上浮到塔顶，而浓缩液则从塔底经过滤器排出。 塔顶设有融冰器（加热器），使部分冰晶融化成水。融化的水大部分排到洗涤塔外，小部分向下返回(fnhu)，与上浮冰晶逆流接触，洗去冰晶表面的浓缩液。 沿

60、塔高方向冰晶夹带的溶质浓度逐渐降低，冰晶随浮随洗，夹带的溶质越来越少。 当向下流动的洗涤水量占融化水量的比率提高时，其洗涤效果明显提高。 洗涤水水沿塔高浓 度融冰器晶体浆料浓缩液图8. 18连续式洗涤塔的工作原理第98页/共115页第九十八页，共115页。食品工厂机械(jxi)与设备第八章 浓缩设备l洗涤(xd)塔形式 按塔中冰晶(bngjng)沿塔移动的推动力不同，洗涤塔可分以下三种：浮床式螺旋式活塞式第99页/共115页第九十九页，共115页。食品工厂机械与设备(shbi)第八章 浓缩设备(shbi)n浮床式 这种洗涤塔中，冰晶与液体作逆向运动(yndng)，其推动力是晶体和液体两相的密度