第二章+食品加工设备(1)

1、第二章第二章 食品加工设备食品加工设备第一节第一节 原料与食品热处理设备原料与食品热处理设备 原料与食品热处理设备可分为二大类：原料与食品热处理设备可分为二大类：液体类与固体类。原料与食品热处理的目液体类与固体类。原料与食品热处理的目的：的：a)灭酶；灭酶；b)杀菌；杀菌；c)方便其它工序，如方便其它工序，如蔬菜干制前的热烫。蔬菜干制前的热烫。罐头排气与杀菌设备设备干制食品干燥蒸发浓缩设备食品热处理设备加工设备热食品)()(1）液体物料处理设备）液体物料处理设备1.1 液体食品热处理设备要求：液体食品热处理设备要求： a)设备传热系数大；设备传热系数大；b)热利用率高；热利用率高；c)操作方便

2、；操作方便；d)结构紧凑；结构紧凑；e)符合食品卫生符合食品卫生要求，易清洗。要求，易清洗。1.2 批量式批量式 有圆筒式杀菌缸、蛇管式杀菌缸。食有圆筒式杀菌缸、蛇管式杀菌缸。食品以一缸缸地进行杀菌。品以一缸缸地进行杀菌。圆筒式杀菌缸：圆筒式杀菌缸：圆筒型夹层的加热蒸气与液体食品进行热交换。圆筒型夹层的加热蒸气与液体食品进行热交换。圆筒形立式缸圆筒形立式缸体，缸壁为夹体，缸壁为夹层；保温层用层；保温层用硅酸铝、硅藻硅酸铝、硅藻士等绝热介质士等绝热介质填充。填充。用于杀菌或冷用于杀菌或冷却。却。蛇管式杀菌缸：蛇管式杀菌缸：加热蒸气走管内（管程），通过管壁进行间加热蒸气走管内（管程），通过管壁进行

3、间接热交换接热交换。蛇管作用：加热物蛇管作用：加热物料，旋转搅拌。料，旋转搅拌。热水或蒸气通过轴热水或蒸气通过轴心进入蛇管。因蛇心进入蛇管。因蛇管距离长，散热面管距离长，散热面积大，加上转轴的积大，加上转轴的旋转，使物料受热旋转，使物料受热均匀。热水由轴的均匀。热水由轴的另一端流出。另一端流出。动画动画1.3连续式液体热处理设备连续式液体热处理设备1.3.1套管式加热器套管式加热器套管式加热器可用于果汁、牛奶的巴氏杀菌。套管式加热器可用于果汁、牛奶的巴氏杀菌。Double-pipe heat exchanger：动画动画由数根直径不等的管同心配置组成，形成环形通由数根直径不等的管同心配置组成，

4、形成环形通道，产品和介质被包围在有高热效的紧凑空间内，道，产品和介质被包围在有高热效的紧凑空间内，呈薄层流动，传热系数大。呈薄层流动，传热系数大。套管式系统套管式系统Tube in Tube Systems1.3.1列管式加热器列管式加热器(1)固定管板式换热器固定管板式换热器(2)带补偿圈的固定管带补偿圈的固定管板式换热器板式换热器(3)浮头式换热器浮头式换热器(4)U型管式换热器型管式换热器外壳管内部设置有数根加热管构成的管束，外壳管内部设置有数根加热管构成的管束，每一管组的加热管数量及直径可变化。每一管组的加热管数量及直径可变化。折流挡板作用：折流挡板作用：防止流体短路、增加流体流速；防

5、止流体短路、增加流体流速；使流体按规定路径多次错流通过管束，湍动程度大使流体按规定路径多次错流通过管束，湍动程度大大增加大增加1.3.2. 板式换热器板式换热器1) 结构结构传热片传热片支架支架压紧板压紧板进出口管件进出口管件支架，压板上可以支架，压板上可以开柄槽，开孔，可开柄槽，开孔，可以接装进出口管件，以接装进出口管件，或改变流体的流向或改变流体的流向开孔厚板开孔厚板（保温板，中间进（保温板，中间进液板）多段式的热液板）多段式的热交换器中，在压紧交换器中，在压紧板与支架板之间，板与支架板之间，紧固件紧固件, 有单螺有单螺杆；四螺杆等。杆；四螺杆等。其工作单元为不锈钢板，加热介质与物料热交换

6、是其工作单元为不锈钢板，加热介质与物料热交换是通过间壁（不锈钢板）完成。不锈钢板表面上有凹通过间壁（不锈钢板）完成。不锈钢板表面上有凹凸花纹，从而增大传热面积及产生湍流。凸花纹，从而增大传热面积及产生湍流。动画动画A）长）长 宽宽 =(3 4) 1；B）片厚）片厚0.5 2mm；C）片间距）片间距3 6mm；D）片纹：）片纹：常见的有三种常见的有三种v 平行波纹平行波纹交叉波纹交叉波纹半球形（网流板）半球形（网流板）平行波纹板平行波纹板3 6mm，流速：流速：0.3 0.8 m/s； 交叉波纹交叉波纹波纹与水平方波纹与水平方向成一定角度，向成一定角度，相邻两板的波相邻两板的波纹方向相反；纹方向

7、相反；其传热效率高其传热效率高于平行板一倍于平行板一倍左右。左右。 半球形半球形(网流板网流板) 板上为半球形凸起，相邻两板的半球形板上为半球形凸起，相邻两板的半球形凸起互相错开；板间距一般为凸起互相错开；板间距一般为6 8mm。这。这种板适用于粘性略大的流体。种板适用于粘性略大的流体。(2) (2) 垫圈垫圈主要作用，主要作用， 利用其与传热板的组合，构成流利用其与传热板的组合，构成流体流动的通道，作薄层流动通道。体流动的通道，作薄层流动通道。 A）有耐热限，会老化：有规定的使用寿命；）有耐热限，会老化：有规定的使用寿命； B）热胀冷缩：有规定的伸缩率要求；）热胀冷缩：有规定的伸缩率要求；

8、C）角孔垫圈与框垫圈：有）角孔垫圈与框垫圈：有分开的分开的，也，也有连有连 在一起在一起的。的。片式热交换器的角垫圈与框垫圈2) 板式换热器的特点板式换热器的特点传热效率高；传热效率高； 流体在板间的线速度流体在板间的线速度0.5m/s，Re5000 ，传热膜系数，传热膜系数5800W/m2K 。故适用于热敏物料快速加热和冷却。故适用于热敏物料快速加热和冷却。结构紧凑；结构紧凑； 单位体积内可提供传热面积单位体积内可提供传热面积50 1500 m2/m3操作灵活操作灵活 ；密封周边长；密封周边长；较不耐高压；较不耐高压；压力损失较大。压力损失较大。板式换热器的操作灵活性板式换热器的操作灵活性根

9、据需要，可在同一台设备上，方便地根据需要，可在同一台设备上，方便地完成不同的（预热，加热，完成不同的（预热，加热，冷却和冷却和热量回收热量回收 等）操作、等）操作、任意增减任意增减板片数目板片数目 以满足生产要求，同时拆卸以满足生产要求，同时拆卸装配简单易行，且便于清洗；装配简单易行，且便于清洗；段内流程：段内流程：设计设计1，设计设计2，设计设计3片式换热器的加热冷却组合片式换热器的加热冷却组合带余热回收的杀菌工艺流程带余热回收的杀菌工艺流程可方便的增减换热片可方便的增减换热片换热片并联组合换热片并联组合换热片串联组合换热片串联组合换热片并串联组合换热片并串联组合2.3 板式换热器的应用板式

10、换热器的应用特点：特点：a)物料以薄膜状在板间流动，传热系数高；物料以薄膜状在板间流动，传热系数高；b)密封胶圈使用寿命较短。密封胶圈使用寿命较短。1.4 具体能提高热利用率的流程具体能提高热利用率的流程 用简单板式热交换器只用用简单板式热交换器只用20%30%热量，为了热量，为了提高热利用率，采用回收余热方法。提高热利用率，采用回收余热方法。 LTLT（巴氏）：（巴氏）： 61 C63 C 30min 72 C75 C 1015min HTST: 85 C90 C 1516 S UHT: 120 C140 C 12S1.4.1片式杀菌流程（片式杀菌流程（HTST或或UHT） 高高温温短短时时

11、巴巴氏氏杀杀菌菌流流程程工作过程：工作过程：用奶泵将牛奶送到热回收段，使用奶泵将牛奶送到热回收段，使5的的牛奶与杀菌后的奶进行热交换而被预热到牛奶与杀菌后的奶进行热交换而被预热到60左左右。杀菌后的奶被冷却。经热交换而得到预热的右。杀菌后的奶被冷却。经热交换而得到预热的牛奶，通过过滤器，进入加热杀菌段，由蒸汽或牛奶，通过过滤器，进入加热杀菌段，由蒸汽或热水加热到杀菌温度热水加热到杀菌温度85。杀菌后的牛奶经保温。杀菌后的牛奶经保温约约1516秒，然后流到分流阀，其作用是控制杀菌秒，然后流到分流阀，其作用是控制杀菌牛奶是否达到杀菌温度牛奶是否达到杀菌温度85。如到。如到85，则分流，则分流阀会自

12、动将杀菌后牛奶送至热回收段，如未到阀会自动将杀菌后牛奶送至热回收段，如未到85，则分流阀也会自动将奶送回平衡槽。杀菌，则分流阀也会自动将奶送回平衡槽。杀菌后奶经热回收段后，温度降低到后奶经热回收段后，温度降低到2025左右，再左右，再经冷水冷却段，温度降至经冷水冷却段，温度降至10左右，再经冰水冷左右，再经冰水冷却，使温度进一步降至却，使温度进一步降至5左右，作为消毒牛奶流左右，作为消毒牛奶流出。出。 1.4.2 环形套管式环形套管式UHT (P323崔建云崔建云)超高温瞬时杀菌流程超高温瞬时杀菌流程:(1) 间接加热超高温短时杀间接加热超高温短时杀菌流程菌流程 分成预热、第一加热段、分成预热

13、、第一加热段、高温筒、冷却段。其中预高温筒、冷却段。其中预热、第一加热段是利用已热、第一加热段是利用已杀菌的达到杀菌的达到135C的物的物料进行热交换达到的。料进行热交换达到的。 在预热段与第一加热在预热段与第一加热段间加入均质机，物料加段间加入均质机，物料加热后进行均质可以使微颗热后进行均质可以使微颗粒软化，提高均质效果。粒软化，提高均质效果。(2) 直接加热超高温短时杀菌流程直接加热超高温短时杀菌流程杀菌原理：把预热后的物料，送入利用文丘管原理制成的蒸汽喷射器，杀菌原理：把预热后的物料，送入利用文丘管原理制成的蒸汽喷射器，蒸汽与物料在喷射器中直接混合，在蒸汽与物料在喷射器中直接混合，在1s

14、内将物料提升到内将物料提升到140C，通过通过保持器保温保持器保温34s，送入真空室。，送入真空室。加热后采用真空室的目的：加热后采用真空室的目的：a)排除蒸汽冷凝后，物料所增加的水份；排除蒸汽冷凝后，物料所增加的水份；b)去除异臭。去除异臭。 物料预热目的：直接加热不需考虑热阻影响传热效率的问题，但需对物物料预热目的：直接加热不需考虑热阻影响传热效率的问题，但需对物料预热，避免发生空穴现象。料预热，避免发生空穴现象。 上面所介绍液体加热设备为连续式的。上面所介绍液体加热设备为连续式的。但对液体加热也可以为间歇式的，用锅煮物但对液体加热也可以为间歇式的，用锅煮物料就是间歇式液体加热例子。料就是

15、间歇式液体加热例子。2）固体物料热处理设备）固体物料热处理设备2.1 固体物料热处理设备分类固体物料热处理设备分类螺旋式物料热处理设备带式物料热处理设备连续式加热缸夹层锅二层锅间歇式固体物料热处理设备)(2.2 间歇式固体物料热处理设备间歇式固体物料热处理设备2.2.1二重锅二重锅工作原理：在夹层中通入一定压力的蒸汽，蒸汽工作原理：在夹层中通入一定压力的蒸汽，蒸汽通过内层金属与锅中液体进行热交换，再由加热通过内层金属与锅中液体进行热交换，再由加热后的液体对流、固体内的热传导对固体加热。后的液体对流、固体内的热传导对固体加热。二重锅内外层受力特点：内层受外压，可承受压二重锅内外层受力特点：内层受

16、外压，可承受压力多少取决于材料的钢度；外层受内压，可承受力多少取决于材料的钢度；外层受内压，可承受压力多少取决于材料的断裂强度。压力多少取决于材料的断裂强度。动画动画固定式夹层锅固定式夹层锅可倾式夹层锅可倾式夹层锅可倾式夹层锅可倾式夹层锅内壁是一个半球形与圆柱形壳体焊接而成的容器，内壁是一个半球形与圆柱形壳体焊接而成的容器，外壁是半球形壳体，用普通钢板制成。内外壁用焊外壁是半球形壳体，用普通钢板制成。内外壁用焊接法焊成，以防漏汽。因加热室要承受接法焊成，以防漏汽。因加热室要承受0.4Mpa的的压力，故其焊缝应有足够的强度。压力，故其焊缝应有足够的强度。带搅拌器的夹层锅带搅拌器的夹层锅 当锅的容

17、积大于当锅的容积大于500L或用作加热或用作加热粘稠性物料时，粘稠性物料时，这种夹层锅常带这种夹层锅常带有搅拌器，搅拌有搅拌器，搅拌器的叶片有浆式器的叶片有浆式和锚式等，转速和锚式等，转速一般为一般为1020r/min。夹层锅相关计算：夹层锅相关计算： a)生产能力生产能力: 其中其中: q每次煮料量；每次煮料量；i操作一次周期。操作一次周期。 b)热量衡算：热量衡算：实际工程计算实际工程计算/qG 漏蒸发周介设备物料总QQQQQQ%)30%20()(设备物料设备物料总QQQQQQ物料物料加热物料所需热量；加热物料所需热量；Q设备设备加热设备本身所需热量；加热设备本身所需热量；Q周介周介对流和

18、辐射在周围介质的热量消耗；对流和辐射在周围介质的热量消耗；Q蒸发蒸发锅内液体锅内液体表面蒸发的热量消耗；表面蒸发的热量消耗；Q漏漏因设备不密闭而泄漏的热量消耗。因设备不密闭而泄漏的热量消耗。夹层锅外层壁厚计算：夹层锅外层壁厚计算： 球状外层强度计算：球状外层强度计算：圆筒状外层强度计算：圆筒状外层强度计算：其中：其中： 外壁材料许用拉伸强度（外壁材料许用拉伸强度（kgf/mm2)； = /(45)， 外壁材料拉伸强度（外壁材料拉伸强度（kgf/mm2)； P蒸汽工作压力（表压）（大气压）；蒸汽工作压力（表压）（大气压）；R球体球体 平均半径（平均半径（mm)；D圆筒平均直径（圆筒平均直径（mm

19、)；C补强系数（补强系数（mm) (当上述公式第一项的值大于当上述公式第一项的值大于5mm时，时，C取取3mm；当上述公式第一项的值小于；当上述公式第一项的值小于5mm时时, C取取2mm)。 CRPS200球 CDPS200圆筒2.3 连续式固体物料热处理设备连续式固体物料热处理设备2.3.1带式连续固体物料热处理设备带式连续固体物料热处理设备 带式连续固体物料热处理设备带式连续固体物料热处理设备=带式输送带式输送机机+水箱水箱+蒸汽管蒸汽管结构结构:由水槽、蒸汽吹泡管、链带输送机和传动装置组成。由水槽、蒸汽吹泡管、链带输送机和传动装置组成。水槽用水槽用4mm厚不锈钢板焊接而成；厚不锈钢板焊

20、接而成；为减少刮板运行中的阻力，在刮板上适当钻些小孔，为减少刮板运行中的阻力，在刮板上适当钻些小孔，孔直径以不能通过原料为准孔直径以不能通过原料为准。带式连续固体物料热处理设备的采用链轮带式连续固体物料热处理设备的采用链轮带动。带动。蒸汽管道上开有小孔，小孔总截面积应等蒸汽管道上开有小孔，小孔总截面积应等于蒸汽管的截面积。一般地，小孔靠近进于蒸汽管的截面积。一般地，小孔靠近进料口多些；靠出料口处少些，这主要因入料口多些；靠出料口处少些，这主要因入料时物料温度低，能使物料温度迅速升高料时物料温度低，能使物料温度迅速升高达到温度要求。达到温度要求。带式连续固体物料热处理设备结构简单，带式连续固体物

21、料热处理设备结构简单，不易损伤物料，多用于果蔬类的原料热处不易损伤物料，多用于果蔬类的原料热处理。理。2.3.2 螺旋式连续预煮机螺旋式连续预煮机它主要用在组织不易烂的物料的热处理。其加热它主要用在组织不易烂的物料的热处理。其加热介质多为蒸汽，进、出料处应用鼓型阀密封。介质多为蒸汽，进、出料处应用鼓型阀密封。螺旋式连续固体物料热处理设备螺旋式连续固体物料热处理设备=螺旋输送机螺旋输送机+加加热蒸汽系统热蒸汽系统+密封槽。密封槽。螺旋预煮机的主要结构：螺旋预煮机的主要结构：由壳体、筛筒、进料口、卸料装置和传动装置由壳体、筛筒、进料口、卸料装置和传动装置壳体内有筛网圆筒，螺旋位于筛筒里的中心轴线壳

22、体内有筛网圆筒，螺旋位于筛筒里的中心轴线上，由不锈钢制成。落入料斗中的物料进到筛筒上，由不锈钢制成。落入料斗中的物料进到筛筒里，由于螺旋的旋转，把物料从进料口输送到出里，由于螺旋的旋转，把物料从进料口输送到出料转斗中卸出到斜槽，然后流送到冷却槽去。物料转斗中卸出到斜槽，然后流送到冷却槽去。物料在筛网圆筒内受热而预煮。料在筛网圆筒内受热而预煮。蒸汽从蒸汽管通过电磁阀分几路从壳体底部进入蒸汽从蒸汽管通过电磁阀分几路从壳体底部进入预煮机中直接加热水。溢流出的水用泵和管路系预煮机中直接加热水。溢流出的水用泵和管路系统送到贮存槽中，再回到预煮机中去使用。调节统送到贮存槽中，再回到预煮机中去使用。调节螺旋

23、转速可得到不同的预煮时间。螺旋转速可得到不同的预煮时间。出料转斗：出料转斗：为卸料机构，可在保证水位不变的情况为卸料机构，可在保证水位不变的情况下将物料连贯排出。下将物料连贯排出。转斗上装有斗板，斗板数有转斗上装有斗板，斗板数有6个或个或12个；个；转斗与中心轴线相连，故其转速与螺旋转速相同。转斗与中心轴线相连，故其转速与螺旋转速相同。转斗旋转，将物料捞到斗板中，斗板转至最高位置转斗旋转，将物料捞到斗板中，斗板转至最高位置时将物料倾出。时将物料倾出。转斗的输送能力要稍大于螺旋的输送能力，才能保转斗的输送能力要稍大于螺旋的输送能力，才能保证物料不会积压在预煮机中。证物料不会积压在预煮机中。LYJ

24、系列连续预煮机系列连续预煮机适用于外形较小或经过破碎后果蔬的连续预煮从而达到适用于外形较小或经过破碎后果蔬的连续预煮从而达到灭菌、软化等目的；灭菌、软化等目的；全不锈钢结构，螺旋送料，设有安全保温层；全不锈钢结构，螺旋送料，设有安全保温层；水浴式连续蒸煮，物料由特制翻斗刮出；水浴式连续蒸煮，物料由特制翻斗刮出；预煮温度：预煮温度：100；第二节第二节 蒸发浓缩设备蒸发浓缩设备 (P357-378)1）概述）概述 牛奶、果蔬汁加工生产，常见有浓缩设备。牛奶、果蔬汁加工生产，常见有浓缩设备。浓缩的目的：浓缩的目的：a)减少体积，方便运输与贮藏；减少体积，方便运输与贮藏；b)方便以后加工。方便以后加

25、工。 浓缩方法有：蒸发浓缩、冷冻浓缩、电渗析、浓缩方法有：蒸发浓缩、冷冻浓缩、电渗析、反渗透等。反渗透等。 浓缩过程是溶质与溶剂均匀混合液的部分分浓缩过程是溶质与溶剂均匀混合液的部分分离过程。蒸发浓缩是利用溶剂与溶质挥发度差异，离过程。蒸发浓缩是利用溶剂与溶质挥发度差异，从而获得一个有利的汽液平衡条件，达到分离。从而获得一个有利的汽液平衡条件，达到分离。蒸发浓缩是食品工业应用广泛。而冷冻浓缩、电蒸发浓缩是食品工业应用广泛。而冷冻浓缩、电渗析、反渗透在食品工厂中应用不多。渗析、反渗透在食品工厂中应用不多。在真空条件下进行蒸发浓缩是食品工厂最常用方在真空条件下进行蒸发浓缩是食品工厂最常用方法。此法

26、有如下优点：法。此法有如下优点：a)加热蒸汽与沸腾液体间加热蒸汽与沸腾液体间的温差可以加大；的温差可以加大；b)由于溶液沸点较低，对食品由于溶液沸点较低，对食品溶液浓缩有利。溶液浓缩有利。真空蒸发浓缩设备分类真空蒸发浓缩设备分类带热泵多效单效按热利用来分强制循环自然循环循环单流按物料流动方式分膜式循环式按设备结构来分2.1.1中央循中央循 环管式环管式结构：结构： 分分离离室室或或蒸蒸发发室室加加热热室室上管板上管板下管板下管板沸腾管沸腾管中央循环管中央循环管折流挡板折流挡板加热面积比加热面积比所有沸腾管所有沸腾管的总表面积的总表面积小，占小，占40%防止流体短路、防止流体短路、增加流体流速；

27、增加流体流速；使流体按规定路使流体按规定路径多次错流通过径多次错流通过管束，湍动程度管束，湍动程度大大增加大大增加应有足够的高应有足够的高度和空间间，度和空间间，防止二次蒸汽防止二次蒸汽夹带大量的液夹带大量的液滴。滴。原理：原理： 一定量溶液在中央循环管内所受的热量比沸腾一定量溶液在中央循环管内所受的热量比沸腾管内所受的热量要小，根据热流体密度比冷流体管内所受的热量要小，根据热流体密度比冷流体密度小的规律（热流体向上运动，冷流体向下运密度小的规律（热流体向上运动，冷流体向下运动），可知中央循环管内溶液为向下运动，沸腾动），可知中央循环管内溶液为向下运动，沸腾管内溶液为向上运动。溶液在设备中不断

28、地作自管内溶液为向上运动。溶液在设备中不断地作自然循环，溶液水分以二次蒸汽形式逸出。然循环，溶液水分以二次蒸汽形式逸出。 适用范围：适用范围： 对粘度大、热敏物料不适宜。对粘度大、热敏物料不适宜。特点：特点： 自然循环，溶液循环好，传热效率高，循环速自然循环，溶液循环好，传热效率高，循环速度为度为0.4-0.5m/s动画动画2.1.2 盘管式蒸发浓缩设备盘管式蒸发浓缩设备结构：结构：上部为上部为分离室分离室。下部为下部为加热室加热室，内有，内有35组盘管，组盘管，管内通蒸汽。每个盘管均有独管内通蒸汽。每个盘管均有独立的蒸气阀门，方便温度的控立的蒸气阀门，方便温度的控制。制。原理：原理： 与中央

29、循环管式相似。与中央循环管式相似。适用范围：适用范围：适合于粘度较高的炼奶适合于粘度较高的炼奶生产。生产。动画动画2.1.3 夹套式蒸发浓缩设备夹套式蒸发浓缩设备动画动画分分离离室室加加热热室室夹套夹套:通蒸汽加热通蒸汽加热搅拌器：搅拌器：不断对物料不断对物料搅拌，以强化流动，搅拌，以强化流动，提高浓缩的效果。提高浓缩的效果。适用范围：适用范围：适用于易结适用于易结晶溶液浓缩，晶溶液浓缩，或酱类浓缩。或酱类浓缩。结结构构与与原原理理2.1.4 强制循环蒸发浓缩设备强制循环蒸发浓缩设备与标准式相比，与标准式相比，为分体结构，即为分体结构，即将列管式加热器将列管式加热器与分离室分开，与分离室分开，

30、通过料液循环泵通过料液循环泵及管道联结。及管道联结。动画动画列列管管式式加加热热器器用蒸汽用蒸汽间壁加间壁加热物料热物料分分离离室室二次蒸汽与料液二次蒸汽与料液分离。二次蒸汽分离。二次蒸汽从分离室顶部排从分离室顶部排除，料液由底部除，料液由底部重新出入循环泵，重新出入循环泵，进入下一个循过进入下一个循过程。程。特点：特点：1. 可调节循环速度；可调节循环速度；2.适合粘度大的料液适合粘度大的料液 3. 可改善分离雾沫条件；可改善分离雾沫条件； 4. 使几个加热器共用一个分离器成为可能使几个加热器共用一个分离器成为可能外循环式真外循环式真空浓缩设备实空浓缩设备实例例1分离器分离器卧式列管冷凝器卧

31、式列管冷凝器卧式列管加热器卧式列管加热器循环泵循环泵出料泵出料泵循环管循环管外循环外循环式真空式真空浓缩设浓缩设备实例备实例22.1.4循环式蒸发浓缩设备设计与计算循环式蒸发浓缩设备设计与计算 加热室设计与计算：加热室设计与计算：食品工程原理食品工程原理已作介绍。已作介绍。 分离室设计与计算：分离室必须具有分离室设计与计算：分离室必须具有一定高度和空间，使汽液能充分分离，避一定高度和空间，使汽液能充分分离，避免雾液被二次蒸汽夹带。分离室高度确定，免雾液被二次蒸汽夹带。分离室高度确定，主要根据二次蒸汽的上升速度，并同时考主要根据二次蒸汽的上升速度，并同时考虑清洗与维修方便。一般地，分离室高度虑清

32、洗与维修方便。一般地，分离室高度=（1.11.5） 加热管长度；加热管长度；分离室直径略大分离室直径略大于加热室直径。于加热室直径。2.2膜式真空蒸发器膜式真空蒸发器离心式刮板式板式降膜式升膜式膜式真空蒸发浓缩装置2.2.1升膜式真空蒸发器升膜式真空蒸发器升膜形成原理：升膜形成原理：开始加热，在管壁的液开始加热，在管壁的液体受热温度升高，密度体受热温度升高，密度下降，而管中心的液体下降，而管中心的液体温度较低，使液体在管温度较低，使液体在管内产生自然对流运动。内产生自然对流运动。当物料到了相应沸腾温当物料到了相应沸腾温度，产生蒸汽气泡分散度，产生蒸汽气泡分散在物料中。因气泡密度在物料中。因气泡

33、密度小，通过液体而上升。小，通过液体而上升。流体比重降低。流体比重降低。物料温度不断上升，汽物料温度不断上升，汽泡大量增加，小汽泡相泡大量增加，小汽泡相互碰撞形成大汽泡。气互碰撞形成大汽泡。气体上升速度加快。液相体上升速度加快。液相因混有蒸汽气泡，使其因混有蒸汽气泡，使其静压头下降。静压头下降。 当汽泡继续增大形成柱当汽泡继续增大形成柱状，占据管子中部的大状，占据管子中部的大部分空间，二次蒸气以部分空间，二次蒸气以较大速度上升，而液体较大速度上升，而液体受重力作用沿汽泡边缘受重力作用沿汽泡边缘下滑。下滑。 （g） （h）当液体下降较多时，大当液体下降较多时，大个柱状气泡截断。此时个柱状气泡截断

34、。此时液相仍然是连续相。流液相仍然是连续相。流体处于强烈的湍流状态，体处于强烈的湍流状态，气柱上升并带动周围部气柱上升并带动周围部分液体一起运动分液体一起运动。 若液体温度能达到一定若液体温度能达到一定值，滑流下来液体很快值，滑流下来液体很快蒸发，未蒸发的液体也蒸发，未蒸发的液体也被高速气流拖带，二次被高速气流拖带，二次蒸气占据整个管子中间蒸气占据整个管子中间空间，液体分布于管壁，空间，液体分布于管壁，形成液膜。形成液膜。气流速度进一步加大，气流速度进一步加大，即蒸发强度过高，蒸汽即蒸发强度过高，蒸汽流速太快，蒸汽会把溶流速太快，蒸汽会把溶液以雾沫形式夹带离开液以雾沫形式夹带离开液膜，管中部的

35、高速蒸液膜，管中部的高速蒸汽流形成带有雾沫的喷汽流形成带有雾沫的喷雾流，同时也使所形成雾流，同时也使所形成的的“液膜液膜”迅速减薄。迅速减薄。如果汽速进一步增加，如果汽速进一步增加，雾沫夹带进一步严重，雾沫夹带进一步严重，使液膜上升的速度赶不使液膜上升的速度赶不上溶液蒸发速度，则管上溶液蒸发速度，则管壁上的液膜将会出现局壁上的液膜将会出现局部被干燥、结疤、结垢、部被干燥、结疤、结垢、结焦等不正常现象。结焦等不正常现象。 升膜条件：升膜条件：)(/160100)(/5025302000真空常压二次蒸汽在管内流速度差加热蒸汽与物料蒸发温升膜条件smsmCC升膜式蒸发设备结构：升膜式蒸发设备结构：

36、升膜式蒸发设备是由加热管、升膜式蒸发设备是由加热管、分离器和循环管道组成。为了达到分离器和循环管道组成。为了达到真空条件下，二次蒸汽在管内流速，真空条件下，二次蒸汽在管内流速，管长（管长（L）与管径（）与管径（D）之比：）之比：L/D=100150。加加热热管管分分离离器器升膜式蒸发设备原理：升膜式蒸发设备原理： 原料由加热室底部进原料由加热室底部进入管内，管外壁与壳体构入管内，管外壁与壳体构成的空间通入蒸气，液体成的空间通入蒸气，液体加热蒸发拉成液膜。浓缩加热蒸发拉成液膜。浓缩液与二次蒸汽一并上升，液与二次蒸汽一并上升，从管子的上端切线进入分从管子的上端切线进入分离器，在分离器内把浓缩离器，

37、在分离器内把浓缩液与二次蒸汽分离。液与二次蒸汽分离。动画动画进汽冷凝水进料浓缩液二次蒸汽升膜式蒸发设备特点：升膜式蒸发设备特点：1 蒸发时间短，适用于热敏性料液；蒸发时间短，适用于热敏性料液；2 高速二次蒸汽具有良好的破沫作用，故尤其适用于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；易起泡沫的料液；3 静压效应引起沸点升高，故最好控制接近沸点进料；静压效应引起沸点升高，故最好控制接近沸点进料；4 温差损失大（由于溶液的沸点升高、液层静压效应、温差损失大（由于溶液的沸点升高、液层静压效应、蒸汽流动中热损失引起）蒸汽流动中热损失引起）, 二次蒸汽温度低，热利用二次蒸汽温度低，热利用

38、较难。较难。 5 产品浓缩度较低。一般组成双效或多效流程使用；产品浓缩度较低。一般组成双效或多效流程使用；6 不适用于高粘度的料液；不适用于高粘度的料液；7 加热蒸汽与料液呈逆流。加热蒸汽与料液呈逆流。升膜式蒸发应用升膜式蒸发应用应用于中药、西药、葡萄糖、酿酒、淀粉、口服应用于中药、西药、葡萄糖、酿酒、淀粉、口服液、化工、食品、味精、乳品等工业酒精回收，液、化工、食品、味精、乳品等工业酒精回收，能用于批量小、品种多的热敏性低温真空浓缩。能用于批量小、品种多的热敏性低温真空浓缩。2.2.2 降膜式真空蒸发器降膜式真空蒸发器降膜式真空蒸发器原理降膜式真空蒸发器原理 液体物料从加热管液体物料从加热管

39、上部进入，经上部进入，经分配器分配器分分配进入加热管，并沿管配进入加热管，并沿管壁成膜状下落。在物料壁成膜状下落。在物料形成膜状下落过程中，形成膜状下落过程中，受热蒸发浓缩。受热蒸发浓缩。动画动画1动画动画2 降降膜膜式式真真空空蒸蒸发发器器布料器布料器降膜式真空蒸发设备液体分配器形式降膜式真空蒸发设备液体分配器形式动画动画分配板式：分配板式：在管顶部在管顶部装有一张多孔筛板，装有一张多孔筛板，孔的中心对应于两管孔的中心对应于两管的中心距中点。的中心距中点。螺纹槽塞式：螺纹槽塞式：管子上有管子上有一个开有螺旋槽的塞，一个开有螺旋槽的塞，液体在螺旋槽中旋转，液体在螺旋槽中旋转，在惯性作用下液体在

40、管在惯性作用下液体在管中旋转打圈布管。中旋转打圈布管。喇叭嘴式：喇叭嘴式：把实心塞子把实心塞子做成底部为凹形，呈喇做成底部为凹形，呈喇叭状，底部的塞边与管叭状，底部的塞边与管壁有一定均匀间距，液壁有一定均匀间距，液体在此环形间隙中流入体在此环形间隙中流入管内周边。管内周边。锯齿形溢流管式：锯齿形溢流管式：在上在上方管口周边做成锯齿形，方管口周边做成锯齿形，以增加液体的溢流周边。以增加液体的溢流周边。当液面稍高于管口时，当液面稍高于管口时，则可以沿周边均匀地溢则可以沿周边均匀地溢流而布膜。流而布膜。降膜式真空蒸发设备特点：降膜式真空蒸发设备特点：（1） 蒸发时间短，为单流型，适用于热敏蒸发时间短

41、，为单流型，适用于热敏性料液；性料液；（2）热利用率高）热利用率高(沸点上升小，二次蒸汽可沸点上升小，二次蒸汽可利用利用)；（3）加热蒸汽与料液呈并流方式；）加热蒸汽与料液呈并流方式；（4）不适于高粘度的料液浓缩；）不适于高粘度的料液浓缩；（5 )大多组成双效，多效的蒸发设备。大多组成双效，多效的蒸发设备。2.2.3 板式真空蒸发器板式真空蒸发器 工作时，加热蒸汽通入端板与蒸汽板以及蒸汽板与升膜板工作时，加热蒸汽通入端板与蒸汽板以及蒸汽板与升膜板之间，因折流棱作用巡回通过板间；料液由泵强制送入加之间，因折流棱作用巡回通过板间；料液由泵强制送入加热器内，从蒸汽板与升膜板之间上升，然后从蒸汽板和降

42、热器内，从蒸汽板与升膜板之间上升，然后从蒸汽板和降膜板之间下降。膜板之间下降。加热加热蒸汽蒸汽物料物料冷凝液冷凝液浓缩液和浓缩液和二次蒸汽二次蒸汽蒸蒸汽汽板板升升膜膜板板蒸蒸汽汽板板降降膜膜板板板式真空蒸发器板式真空蒸发器=板式热交换器板式热交换器+汽液分离器汽液分离器加热片用加热片用1-1.5mm厚的不锈钢板压延成型，每四个传热片厚的不锈钢板压延成型，每四个传热片(2个蒸汽片、一个升膜片、一个降膜片个蒸汽片、一个升膜片、一个降膜片)组成一个单元。组成一个单元。板式真空蒸发器板式真空蒸发器而不是用二次蒸汽与而不是用二次蒸汽与分配器形成液膜。分配器形成液膜。升膜升膜板上板上的流的流体走体走向向c

43、ondensateProductSteamVapor板式板式真空真空蒸发蒸发器特器特点：点：料液流程短，受热时间短，适于热敏产品料液流程短，受热时间短，适于热敏产品的浓缩；的浓缩；液膜分布均匀，不易结垢；液膜分布均匀，不易结垢；传热效率高，为长管式蒸发器的传热效率高，为长管式蒸发器的35倍；倍；料液强制循环，流速高，几乎不产生结焦料液强制循环，流速高，几乎不产生结焦现象，可处理较高浓度的料液；现象，可处理较高浓度的料液；结构紧凑，加热面积大；结构紧凑，加热面积大；蒸发可用于牛奶、果汁、糖液、豆、蛋等蒸发可用于牛奶、果汁、糖液、豆、蛋等多种产品的浓缩。多种产品的浓缩。2.2.4刮板式真空蒸发器刮

44、板式真空蒸发器 结构：结构：工作原理：工作原理： 液膜用机械刮板作用液膜用机械刮板作用形成而不是用二次蒸汽的形成而不是用二次蒸汽的拖拉形成。拖拉形成。加热夹套加热夹套旋转刮板旋转刮板刮板数刮板数4-8块，块，刮板外缘至筒内壁间刮板外缘至筒内壁间隙为隙为0.5 1.25mm。刮板与转轴刚性连接，刮板与转轴刚性连接，并成一定夹角，利于料并成一定夹角，利于料液流动。液流动。动画动画工作过程：工作过程：料液以稳定流量从进料口进入，经旋转料液以稳定流量从进料口进入，经旋转分配盘被抛向加热室内壁，料液因重力沿器壁向下分配盘被抛向加热室内壁，料液因重力沿器壁向下流动，再由刮板把料液展成薄膜，料液受热而浓缩，

45、流动，再由刮板把料液展成薄膜，料液受热而浓缩，最后流集到蒸发器底部排出。二次蒸汽沿中心部分最后流集到蒸发器底部排出。二次蒸汽沿中心部分上升到浓缩器的顶部排出进入冷凝器，而蒸汽中夹上升到浓缩器的顶部排出进入冷凝器，而蒸汽中夹带的料液由除沫盘离心分离出来。带的料液由除沫盘离心分离出来。特点：特点： (a) 传热系数大，停留时间短；传热系数大，停留时间短； (b) 可处理粘性大的物料；可处理粘性大的物料； (c) 传热面积小；传热面积小； (d) 转动件要精密对中，不然将使液膜厚度不均。转动件要精密对中，不然将使液膜厚度不均。适用于制药、适用于制药、化工、食品、化工、食品、轻工、环保等轻工、环保等行

46、业，对液体行业，对液体物料进行蒸发、物料进行蒸发、浓缩、浓缩、 脱臭、脱臭、脱泡、分离、脱泡、分离、回收等处理。回收等处理。 2.2.5 离心薄膜式真离心薄膜式真空蒸发设备空蒸发设备结构：结构：内叠置多个锥形内叠置多个锥形空心碟片，空心碟片，转鼓固定在空心转鼓固定在空心轴上并随之转动轴上并随之转动。转鼓转鼓碟片碟片碟片有夹层，内通加碟片有夹层，内通加 热蒸汽；热蒸汽；外圆径向有通孔，供外圆径向有通孔，供 蒸汽和冷凝水通过蒸汽和冷凝水通过。碟片下表面为工作面。碟片下表面为工作面。工作原理：工作原理：物料经物料经过分配管后，注入过分配管后，注入旋转碟片的下外表旋转碟片的下外表面，料液注入后，面，料

47、液注入后，很快展成很快展成0.1mm厚厚的液膜，并在的液膜，并在1s内内沿传热面流过，水沿传热面流过，水份很快汽化。份很快汽化。工作过程：工作过程：VaporUn-evaporated Product Evaporated Product 接近沸点的物料接近沸点的物料经过分经过分配管喷至各空心碟片下配管喷至各空心碟片下表面内圆处，碟片高速表面内圆处，碟片高速旋转使料液很快展成旋转使料液很快展成0.1mm厚的液膜。厚的液膜。加热蒸汽加热蒸汽由转鼓空心轴由转鼓空心轴经碟片外缘径向孔进入经碟片外缘径向孔进入碟片夹套，对外壁表面碟片夹套，对外壁表面液膜进行加热蒸发。料液膜进行加热蒸发。料液在液在12s

48、内沿传热面流内沿传热面流过，水份很快汽化。过，水份很快汽化。浓缩液浓缩液汇集于转鼓汇集于转鼓上部周边浓缩液聚上部周边浓缩液聚集槽，通过真空从集槽，通过真空从浓缩液出口吸出。浓缩液出口吸出。二次蒸汽二次蒸汽经离心盘经离心盘中央孔汇集上升，中央孔汇集上升，通过二次蒸汽出口通过二次蒸汽出口进入冷凝器。进入冷凝器。冷凝水冷凝水靠靠离心力，离心力，经碟片径向孔甩到经碟片径向孔甩到夹套的下边缘汇集，夹套的下边缘汇集，从冷凝水出口排出。从冷凝水出口排出。离心薄膜蒸发器流程离心薄膜蒸发器流程 特点：特点：1 传热系数很高（离心力作用成约传热系数很高（离心力作用成约0.1mm的膜而蒸发，冷凝就被的膜而蒸发，冷凝

49、就被离心力甩出，即滴状冷凝状态；离心力甩出，即滴状冷凝状态； 2 料液在器内停留时间短（约料液在器内停留时间短（约1s），适于热敏物料；），适于热敏物料；3 离心力有抑制料液发泡作用，适合于发泡性物料的蒸发；离心力有抑制料液发泡作用，适合于发泡性物料的蒸发；4 造价高造价高离心膜蒸发系统实物离心膜蒸发系统实物3）真空蒸发器附属设备）真空蒸发器附属设备真空蒸发器附属设备包括有捕集器、冷真空蒸发器附属设备包括有捕集器、冷凝器、真空系统。凝器、真空系统。3.1捕集器捕集器(汽液分离器汽液分离器) 捕集器安装在浓缩装置的分离室顶部或捕集器安装在浓缩装置的分离室顶部或侧面，在蒸发器与冷凝器之间。其作用是

50、防侧面，在蒸发器与冷凝器之间。其作用是防止二次蒸汽夹带料液污染管道。止二次蒸汽夹带料液污染管道。 捕集器有惯性型、表面型、离心型。捕集器有惯性型、表面型、离心型。离心型离心型3.2 冷凝器冷凝器 冷凝器的作用是将经捕集器过来的二次冷凝器的作用是将经捕集器过来的二次蒸汽进行冷凝，并使二次蒸汽中不凝结气体蒸汽进行冷凝，并使二次蒸汽中不凝结气体（空气、二氧化碳）分离，减轻真空系统的（空气、二氧化碳）分离，减轻真空系统的容积负荷。容积负荷。喷射式低位大气压式高位大气压式混合式间壁式冷凝器3.2.1 间壁式冷凝器间壁式冷凝器冷、热流体在间冷、热流体在间壁间进行热交换。壁间进行热交换。如板式换热器、如板式换热器、蛇管式冷凝器。蛇管式冷凝器。单效降膜式浓缩单效降膜式浓缩设备上采。设备上采。3.2.2 混合式冷凝器混合式冷凝器是将冷、热流体直接是将冷、热流体直接混合而进行换热。混合而进行换热。高位大气压冷凝器：高位大气压冷凝器：将冷凝器放置在将冷凝器放置在10m以上的高度，利用大以上的高度，利用大气腿的液体静压头的气腿的液体静压头的作用来平衡上方辅助作用来平衡上方辅助冷凝器的真空度。冷凝器的真空度。低位大气压冷凝器：低位大气压冷凝器： 直接用抽水泵将冷凝水从冷凝