第6章食品分离机械与设备

第6章

食品分离机械与装备非均相物系（悬浮液、乳浊液、气液混合物、气固混合物）均相物系（混合溶液、混合气体）非均相物系的分离采用过滤、沉降、压榨的方法均相物系的分离采用精馏、吸收、萃取的方法

可分离悬浮液；也可用于气－固体系的分离。与沉降相比，过滤分离更迅速；与蒸发干燥等非机械分离相比，则能耗低得多。

6.1

过滤机械

过滤机的应用

在食品上的应用有如下几个方面：

a．一般固—液系统的分离：如蔗糖生产中的糖汁和糖渣的分离采用真空转鼓过滤机或板框压滤机。板框压滤机则可用于啤酒厂过滤麦芽和发酵后回收酵母等。

b．作为澄清设备使用：陶质管滤机和流线式过滤机已广泛应用于澄清液体食品，如啤酒、葡萄酒、醋、果汁、酵母浸出液及油、盐水、糖浆，以除去其中极细微粒或者成胶状或泥状的固体。

c．除去微生物：管滤机常用于葡萄酒、啤洒、果汁和酵母浸出液的过滤以降低微生物的数目，故可用于代替或补充以降低微生物数目为目的的热处理操作。6.1.1过滤分离原理过滤是以某种多孔性介质，在外力作用下使连续相流体通过介质的孔道时截留分散相颗粒，从而实现分离的操作。过滤操作过程一般包括过滤、洗涤、干燥、卸料四个阶段。a、过滤：悬浮液在推动力作用下，克服过滤介质的阻力进行固－液分离；固体颗粒截留，逐渐形成滤饼。当过滤速度降低到—定程度后，转入下道工序。

b．洗涤：停止过滤后，滤饼的毛细孔中包含有许多滤液，必须洗涤，以得到纯净的固粒产品或得到尽量多的滤液。c.干燥：用压缩空气排挤或真空抽吸把滤饼毛细管中存留的洗涤液排走，得到含湿量较低的滤饼。

d．卸料：把滤饼从过滤介质上卸下，并将过滤介质洗净，以备重新进行过滤。滤浆(slurry)：原悬浮液。滤饼(filtercake)：截留的固体物质。过滤介质(filteringmedium)：多孔物质。滤液(filterate)：通过多孔通道的液体。过滤操作示意图(滤饼过滤)过滤介质与助滤剂

1）过滤介质作用：用于促使滤饼的形成，并为滤饼的支撑物。要求：①具有多孔性，孔道大小应该能截留悬浮粒子。②具有足够的机械强度。③具有适当的表面特性，能加快卸除滤饼速度。食品加工中所用的过滤介质除满足上述要求外，还应具有无毒、耐腐蚀和不易滋生微生物、易于清洗消毒等特点。常用的过滤介质种类繁多，按其形状大致分为：

(a)粒状介质：如焦炭、石砾、细砂、锯屑、活性碳、玻璃碴、酸性白土等。此类介质用于过滤固相含量极少的悬浮液，例如水的过滤和糖的脱色等。

(b)织物状介质：是工业上广泛应用的一类，它包括耐腐蚀的不锈钢丝、铜丝或镍丝等织成的各种形式的金属滤布。也可用天然或人造纤维如：棉、毛、合成纤维等编织成各种形式的非金属滤布。

(c)多孔固体介质：如多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料、不锈钢粉末。多做成板状或管状，耐腐蚀性好，孔隙小，强度高，常用于过滤含少量微粒的悬浮液，例如白酒、糖液。②过滤推动力包括悬浮液自身产生的压强差；悬浮液一侧加压产生的压强差；过滤介质一侧抽真空产生的压强差③过滤阻力包括介质阻力和滤饼阻力。大多数情况下，过滤阻力主要产生于滤饼阻力。④过滤速率单位时间内获得的滤液体积。过滤速率=dv/dθ⑤恒压过滤与恒速过滤过滤速率大小取决于推动力与阻力的比值。过滤阻力随过滤进行而增大，有两种过滤方式：恒压过滤：保持推动力ΔP不变时，过滤速率dv/dθ下降恒速过滤：保持过滤速率dv/dθ不变时，则需要不断增大推2）助滤剂在过滤前预覆在滤布上或添加在滤浆中以提高过滤速度的物质。当过滤的固体颗粒极细或具有很大的压缩性时，过滤介质会很快被堵塞，所形成的滤饼的孔隙度变小，过滤层的渗透性大大降低，以至于过滤操作不能持续。为防止胶状微粒对滤孔的堵塞，常用助滤剂涂在滤布上或按一定比例均匀混合于悬浮液之中，一起进入过滤机过滤，以形成渗透性好、耐压缩的滤饼，保证滤液通畅流通。种类：食品工业常用的助滤剂有硅藻土、活性碳、石棉、锯屑等。要求：助滤剂的表面应有吸附胶体的能力；颗粒细小、坚硬、不可压缩；能防止滤孔堵塞。过滤操作中的推动力和阻力

1）推动力推动力：指滤饼和过滤介质组成的过滤层两侧压力差，常以作用在悬浮液上的压力表示。通常工业上过滤中推动力的来源有四种：1）悬浮液本身的液柱压力差，一般不超过50kPa，称为重力过滤；2）在悬俘液表面加压，一般可达0.5MPa，称为加压过滤；3）在过滤介质下方抽真空，通常不超过86kPa真空度，称为真空过滤；4）利用惯性离心作用，称为离心过滤。

2）过滤阻力

过滤阻力是随着过滤操作过程而变化的。在过滤刚开始时，只有过滤介质的阻力。随着过滤的进行，还有滤饼的阻力。这种阻力将随着滤饼的厚度的逐渐增加而增加，直至成为过滤中的主要阻力。

只有当采用粒状过滤介质，且悬浮液中含固体颗粒少时，滤饼的阻力才可忽略不计。6.1.2过滤机分类按过滤推动力可分为：重力(常压)过滤机加压过滤机真空过滤机按过滤介质的性质分：粒状介质过滤机滤布介质过滤机多孔陶瓷介质过滤机半透膜介质过滤机按操作方法可分为：间歇式过滤机连续式过滤机板框压滤设备在洗涤板的左上角的小孔有一与之相通的暗孔，专供洗涤水输入之用。此孔是洗涤板与过滤板的区分之处。当滤框内充满滤饼时，其过滤速率大大降低或压力超过允许范围，此时应停止进料，进行滤饼洗涤。滤板和洗涤板在组装时必须按顺序交替排列，即滤板滤框洗涤板滤框滤板。过滤操作时，洗涤板仍起过滤板的作用，但在洗涤时，其下端出口被关闭，洗涤水穿过滤布和滤框的全部向滤板流动，并从滤板下部排出。洗涤完后，除去滤饼，进行清理，重新组装，进入下一循环操作。板和框的角端均开有小孔，此时就构成供滤浆或洗涤水流通的孔道。框的两侧覆以滤布，空框与滤布围成了容纳滤浆及滤饼的空间。滤板的作用是支撑滤布并提供滤液流出的通道。为此，滤板板面制成各种凸凹纹路。滤板又分成洗涤板和非洗涤板。为了辨别，常在板和框的外侧铸有标志。每台板框压滤机有一定的总框数，最多达60个。当所需框数不多时，可取一盲板插入，以切断滤浆流通的孔道，盲板后面的板和框即失去作用。滤浆由滤框上方通道进入滤框空间，固粒被滤布截留，在框内形成滤饼，滤液则穿过滤饼和滤布流向两侧的滤板，然后沿滤板的沟槽向下流动，由滤板下方的通孔排出。出口处装有旋塞，可观察滤液流出的澄清情况。如果其中一块滤板上的滤布破裂，则出的滤液必然混浊，可关闭旋塞，待操作结束时更换。滤浆洗水滤板滤框洗板滤布板框过滤机

板框过滤机的操作是间歇式的，每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段。过滤过程1)、装合：将板与框按1-2-3-2-1-2-3的顺序，滤板的两侧表面放上滤布，然后用手动的或机动的压紧装置固定，使板与框紧密接触。2)、过滤：用泵把滤浆送进右上角的滤浆通道，由通道流进每个滤框里。滤液穿过滤布沿滤板的凹槽流至每个滤板下角的阀门排出。固体颗粒积存在滤框内形成滤饼，直到框内充满滤饼为止。3)、洗涤：将洗水送入洗水通道，经洗涤板左上角的洗水进口，进入板的两侧表面的凹槽中。然后，洗水横穿滤布和滤饼，最后由非洗涤板下角的滤液出口排出。在此阶段中，洗涤板下角的滤液出口阀门关闭。4)、卸渣、整理打开板框，卸出滤饼，洗涤滤布及板、框。

在洗液粘度与滤液粘度相近的情况下，且在压差相同时，洗涤速率约为过滤终了速率的1/4。为什么？结构简单，价格低廉，占地面积小，过滤面积大。可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。对物料的适应能力较强，由于操作压力较高（3~10kg/cm2），对颗粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能适用。间歇操作，生产能力低，卸渣清洗和组装阶段需用人力操作，劳动强度大，所以它只适用于小规模生产。近年出现了各种自动操作的板框压滤机，使劳动强度得到减轻。板框压滤机的特点：结构：转筒，扇形格(18格)；

滤室；分配头；动盘(18个孔，分别与扇形格的18个通道相连)；定盘(三个凹槽：滤液真空凹槽、洗水真空凹槽、压缩空气凹槽，分别将动盘的18个孔道分成三个通道)；金属网；滤布；滤浆槽。转筒真空过滤机结构示意图动盘定盘转筒金属网滤布滤饼搅拌器洗涤喷头料浆槽刮刀

转筒真空过滤机

转鼓真空过滤机适宜于过滤悬浮液中中等颗粒、黏度不太大的物料。操作过程中，可用调节转鼓转速来控制滤饼厚度和洗涤效果，而且滤布损耗要少。但过滤推动力小、设备费用高是其主要缺点。转鼓真空过滤机的主要构件为一低速旋转的转鼓，表面用多孔板或特殊的排水构件构成，滤布覆盖其上。转鼓内腔被隔成若干个扇形格室，每个格室有吸管与空心轴内的孔道相通，而孔道沿轴向通往轴端的旋转控制阀。转鼓内腔借控制阀分别与真空管路、洗液贮槽及压缩空气管路相通。当工作时，转鼓表面即形成过滤区、第一脱水区、洗涤区、第二脱水区、卸料区和滤布再生区等工作区，使过滤操作循序进行。110987654321817161514131112动盘转筒及分配头的结构工过程定盘18格分成6个工作区1区(1~7格)：过滤区；2区(8~10格)：滤液吸干区；3区(12~13格)：洗涤区；4区(14格)：洗后吸干区；5区(16格)：吹松卸渣区；6区(17格)：滤布再生区。过滤区(1~2区)，f槽;洗涤区(3~4区)，g槽

;干燥卸渣区(5~6区)，h

槽;f槽h槽g槽自动连续操作；适用于处理量大，固体颗粒含量较多的滤浆；真空下操作，其过滤推动力较低(最高只有1atm)，对于滤饼阻力较大的物料适应能力较差。

转筒旋转时，藉分配头的作用，能使转筒旋转一周的过程中，每个小过滤室可依次进行过滤、洗涤、吸干、吹松卸渣等项操作。整个转筒圆周在任何瞬间都划分为:特点：工作过程过滤区;洗涤区;干燥卸渣区。6.2离心机械

离心分离：利用离心力来达到悬浮液及乳浊液中固－液、液－液分离的方法通称离心分离。实现离心分离操作的机械称为离心机。离心机用于淀粉、牛奶、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、食用动物油、米糠油等食品加工中，主要用于脱水、浓缩、分离、澄清、净化和固体分级等工艺过程。离心机的主要部件是安装在竖直或水平轴上的快速旋转的转鼓。鼓壁上有的有孔，有的无孔。料浆送入转鼓内随鼓旋转，在惯性离心力的作用下实现分离。在有孔的鼓内壁面覆以滤布，则流体甩出而颗粒被截留在鼓内，称为离心过滤。对于鼓壁上无孔且分离的料浆是悬浮液，分离出的密度较大的颗粒沉于鼓壁，而密度较小的流体集中于中央并不断引出，称为离心沉降。对于鼓壁上无孔且分离的料浆是浊浮液，分离出的两种液体按轻重分层，重者在外，轻者在内，各自从适当位置引出，称为离心分离。分离因数是用来表示离心机分离性能的主要指标，其定义是物料所受的离心力与重力之比值，也等于离心加速度与重力加速度之比值。为了从离心机转鼓内分别引出轻、重液体，转鼓内上方设有挡板，挡板上方设置轻、重液引出通道及溢流堰。悬浮液是由液体和悬浮于其中的固体颗粒组成的系统。固体颗粒是由许多单个颗粒及聚集在一起的颗粒团组成的混合体。乳浊液是由液体和悬浮于其中的一种或数种其他液体所组成的系统，其中至少有一种液体是以液珠的形式，均匀地分散于一个不和它互溶的液体之中。乳浊液的稳定性低，当悬浮液珠达一定的大小时（临界的大小等于０.４～０.５μｍ）,组成它的两相会较快地分层。离心机分类(1)按分离因数的大小可分为常速离心机、高速离心机及超高速离心机。常速离心机：Kc＜3000，主要用于分离颗粒不大的悬浮液和料的脱水。高速离心机：3000＜Kc＜50000，主要用于分离乳浊液和细粒悬浮液。超高速离心机：Kc＞50000，主要用于分离极不易分离的超微细粒悬浮液和高分子胶体悬浮液。（２）按操作原理的不同可分为：过滤离心机、沉降离心机及分离离心机过滤离心机：转鼓壁上有孔，借离心力实现过滤分离，分离因数不大，适用于易过滤的晶体悬浮液和较大颗粒悬浮液的分离以及物料的脱水。沉降离心机：鼓壁上无孔，借离心力实现沉降分离。分离离心机：鼓壁上无孔，分离因数在3000以上，主要用于乳浊液的分离和悬浮液的增浓或澄清。（３）按操作方式的不同可分为：

间歇式离心机和连续式离心机

一、螺旋分离原理与设备

分离因数高，能实现悬浮液的脱水、澄清、分级的操作。应用于食品、轻化工、环境污水治理方面。有沉降和螺旋离心机两类。工作原理：1、电机通过皮带传动带动转鼓7旋转2、行星差速器9带动主轴及螺旋输送器旋转，与转鼓存在差速。3、物料进入转鼓，在离心力作用下，在转鼓内形成环形液池，重相固体颗粒在沉降到转鼓内表面上。4、沉降到转鼓内表面上的颗粒被螺旋推送至转鼓小端出口，排除卸料。螺旋离心机的主要部件1、转鼓转鼓直径、转鼓长度、转鼓筒体、转鼓大端轴颈的凸缘上开有分离液出口、转鼓小端有出渣口（出渣口形式和耐磨性很重要）2、螺旋作用：利用螺旋与转鼓之间的转速差将沉降在转鼓壁的沉渣输送到转鼓小端的出渣口排出。有连续整体螺旋根据使用场合、用途的不同，螺旋分离机的转鼓直径、长度、锥角以及螺旋部件的螺距、螺距与螺旋直径的比值等参数均可发生变化。5.高速管式离心机高速管式分离机主要用于生物医学、中药制剂、保健食品、饮料、化工等行业的液一固两相或液一液一固三相分离。最小分离颗粒为1mm，特别对一些液一固相比重差异小、固体粒径细、含量低、介质腐蚀性强等物料的提取、浓缩、澄清较为适用。

转鼓由上盖8、带空心轴的底盖3和管状的转鼓18组成，鼓内沿轴向装有对称的四片翅片4，使进入转鼓的液体很快地达到转鼓的转动角速度。被澄清的液体从转鼓上端出液口排出，进入积液盘7和9，再流出。固体则留在转鼓上，待停机后再清除。下部有进料口20。物料进入进料口后经喷嘴和底盖的空心轴进入转鼓。物料由底部进液口射入，离心力迫使料液沿转鼓内壁向上流动，且因料液不同组分的密度差而分层。对于液一液物系，密度大的液相形成外环，密度小的液相形成内环，流动到转鼓上部各自的排液口排出。如图(a)所示，微量固体沉积在转鼓壁上，待停机后人工卸出。对于液一固物系，密度较大的固体微粒逐渐沉积在转鼓内壁形成沉渣层，待停机后人工卸出，澄清后的液相流动到转鼓上部的排液口排出，如图6.23(b)所示。立式离心机该机可用于水果、蔬菜榨汁，植物蛋白回收及冷冻浓缩的冰晶分离等，也可用于糖类结晶食品的精制及脱水蔬菜制造的预脱水过程。振动式：工作时沿垂直方向振动。在离心力作用下，滤液穿过篮网飞散过滤，并由下部排出。而固形物则紧贴篮网向上移动，并由上部排出机外。自动排料式：锥形篮子周围设有篮网，篮子带动原液高速回转，滤液在离心力作用下穿过篮网由下部排出。而固形物则附着在篮网表面，同时沿锥面不断向上推移，由上部落下自动排出机外。二、碟片式离心分离原理与设备一、碟片分离原理与结构碟片离心分离机有两种工艺用途：澄清用和分离用，区别在于转鼓结构上的碟片和出液口，具体:1、澄清用的离心机的转鼓碟片不开孔，出液口只有一个。悬浮液从中心管加入，经碟片底架引到转鼓下方，密度大的固相颗粒沿碟片上表面向中间流动，由转鼓上部的出液口排出。2、分离用的离心机转鼓，物料从中心管加入，由底架分配到碟片层的中性孔位置，分别进入各碟片间，成薄层分离。密度小的轻液沿碟片上表面向中心流动，由轻液口排出，重液则沿碟片下表面流向转鼓外层，经重液口排出。乳浊液含有少量固相时，它们则沉积转鼓内壁上，定期排渣。6.3旋流分离器旋流分离器是利用离心力进行湿法分级的设备，用途很广，例如脱泥、除砂、回收溶剂、浓缩等。食品工业多用于淀粉加工中分离胚芽、纤维及蛋白质，也可用于洗涤淀粉和除砂等。其分级作业的分级粒度为0.003～0.25ｍｍ，浓缩或澄清的分级粒度小于15μｍ。旋液分离器由进料管1、溢流管2、圆管3和锥管4等部分组成。旋流分离器由聚氨酯、人造橡胶、硬镍铸铁、合金钢、玻璃纤维以及配有橡胶、聚氨酯、陶瓷、辉绿岩等衬里的钢制或铝制筒体等材料制成。和其他分离机相比，旋流分离器有很多优点：结构简单紧凑、无传动部分、占地面积小。使用维护方便；物料在机器内停留时间短、生产率高；能在密闭的条件下加工，产品质量高。环境卫生和劳动条件较好；便于连续作业和生产过程的自动控制。其缺点是管子内壁易磨损。旋液分离器和旋风分离器的比较相同点：①原理相同，都采用离心分离的方法除去内部杂质。②结构相同，就单个分离器而言，其结构大致相同。不同点：①用途不同，旋液分离器用于从液体中分离固体杂质，旋风分离器用于从气体中分离固体杂质。②设备体积不同，旋液分离器由于用于液体分离，其密度较大，固单个分离器的体积较小；而旋风分离器由于用于气体分离，其密度较小，固分离器的体积较大。③设备组装方式不同。为了提高生产率，旋液分离器一般多个分离器并联使用，而旋风分离器一般单个分离器即可使用。6.4溶剂萃取设备萃取是分离和提纯有机化合物常用的操作之一。应用萃取可以从固体或液体混合物中提取出所需要的物质，也可以用来洗去混合物中少量的杂质。通常称前者为抽提或萃取，后者为洗涤。萃取是利用物质在两种不互溶(或微溶)溶剂中分配特性的不同来达到分离、提纯或纯化日的的一种操作。6.4.1苹取原理

设溶液由有机化合物X溶解于溶剂A构成。要从其中萃取X，我们可选择一种对X溶解度极好，而与溶剂A不相混溶和不起化学反应的溶剂B。把溶液放入分液漏斗中，加入溶剂B，充分振荡。静置后，由于A和B不相溶，故分成两层，利用分液漏斗进行分离。

此萃取过程中X在B、A两相间的浓度比，在一定温度下，为一常数，叫做分配系数，以K表示，这种关系叫做分配定律。即：

K=CB/CA此操作可重复多次进行6.4.2溶剂萃取设备的分类根据料液和溶剂接触的次数及接触时的流动方向，溶剂萃取设备可以分成单级萃取设和多级萃取设备，后者又可分为错流接触设备和逆流接触萃取设备。多级逆流萃取过程具有分离效率高、产品回收率高、溶剂用量少等优点，是工业生产最常用的萃取流程。多级萃取设备也有多种类型，如混合沉降器、筛板萃取塔、填料萃取塔等。根据操作方式不同，溶剂萃取设备可分成间歇萃取设备和连续萃取设备。根据分离物系构成的不同，溶剂萃取设备可分成液一液萃取设备和液一固萃取设备。6.4.3液一液萃取设备液一液萃取设备按照接触的方式不同，可以分为逐级式和微分式两大类。一、蒸发分离的原理和特点二、真空浓缩的附属装置三、单效真空浓缩设备四、多效真空浓缩流程五、蒸发设备选型主要内容：

第三节蒸发分离机械与设备第一节蒸发分离的原理和特点一、蒸发分离的原理：从溶液中除去部分溶剂的单元操作。二、分类(一)按二次蒸汽利用次数分1、单效浓缩装置2、多效浓缩装置(二)按料液流程分：1、循环式：自然与强制循环2、单程式

(三)按加热器结构分1、盘管式浓缩器。2、中央循环管式浓缩器3、升膜式浓缩器4、降膜式浓缩器。5、片式浓缩器。6、刮板式浓缩器。7、外加热式浓缩器。真空浓缩设备概述

真空浓缩：在负压下，以较低温度浓缩。

特点：

(1)料液沸点低，浓缩速度快。

(2)能用低压蒸汽为热源。

(3)利于保持食品营养成分。

(4)能耗小。

(5)真空系统投资大，功耗大。

(6)沸点降低，蒸发潜热增大。蒸发器的选择1、按物料特性进行选择：热敏性、结垢性、发泡性、结晶性、粘滞性、腐蚀性2、蒸发设备的选择原则：3、蒸发器选择是要考虑的因素：单效蒸发机械与设备由加热室、分离室和循环管等组成。料液由泵打入，在加热管底部时充满加热管。随料液上升，逐渐产生二次蒸汽料液在加热管中部沸腾汽化。料液在上部产生大量的二次蒸汽，流速可达20-30m/s。由二次蒸汽的抽提力拉动液体沿管壁呈膜状在管内上升，并不断蒸发。优点：占地少，传热效率较高，料液受热时间短，在加热管内停留10—20s。适于浓缩热敏、易起泡和粘度低的液料。缺点是一次浓缩比低，进料流量需严格控制。一、升膜式蒸发器升膜式蒸发器动画

二、降膜式蒸发器①利用重力作用成膜，能蒸发粘度较大的料液，且受热时间短，适于热敏性强的物料；②料液的沸点均匀，有效温差较大，传热效果好，节约蒸汽。③蒸发管较长，沸腾泡沫易受热破裂，因此适于蒸发易生泡沫的物料；④清洗方便；⑤适于浓度较大，不易结晶、结垢的物料。目前这类设备在乳品、果汁等食品工业中应用最广。特点：降膜式蒸发器动画

四、刮板式蒸发器有立式、卧式两类。加热时间为2～3S。加热区域可分成几段，采用不同压力的蒸汽特点：传热系数高，适于高粘度（最高达100Pa.s）的料液或含有悬浮颗粒的料液。多功能刮板浓缩罐立式刮板式浓缩器五、离心式蒸发器特点：结构紧凑，传热效率高，蒸发强度高料液停留时间极短，约1s，制品品质优良，能较好保持原有色、香、昧和营养成分。适于热敏性物料，是一种新型、高效的浓缩设备。但对粘度大、易结晶的料液不适用，其结构较复杂，造价高。单元操作：蒸发原料液完成液加热蒸汽冷凝水二次蒸汽六、夹套式蒸发器中小型浓缩设备。由圆筒形夹套壳体、搅拌器、除沫器等组成。适于果酱、蜜饯、糖浆、乳品、豆浆晶、食用胶等高粘度料液的浓缩。主要技术参数蒸发量300L／h，蒸汽耗用量340kg／h，蒸汽压力＜196kPa，真空度82．9～88.0kPa。七、盘管式蒸发器亦称盘管式浓缩锅，由上下锅体、加热盘管、汽液分离器等组成。料液分批浓缩。二次蒸汽由上部排入汽液分离室，成品由锅底卸出。单元操作：蒸发盘管式真空浓缩机组成:蒸发器、加热盘管分离器、仪表箱水力分离器特点：体积小、成本低操作维修方便型号：1000型700型

300型蒸发量：300－1000kg/h加热面积：3－10m2八、中央循环管式蒸发器加热室中中央循环管的截面一般为加热管束总面积的40％以上。料液由于受热程度不同，产生重度差，从二次蒸汽从边上上升、料夜从中间下降，在分离室进行汽液分离。二次蒸汽由顶部排出。料液经中央循环管下降，被二次蒸汽提升再进入加热管束，形成自然循环。浓缩后的制品由底部卸出。该类蒸发器在国内糖厂应用较多。中央循环管蒸发器动画

九、强制循环式蒸发器主要由列管式加热器、分离室和料液循环泵组成。料液强制循环，在加热器出口减压、沸腾，分离室内进行汽液分离；该蒸发器为分批作业优点为流速大，达3-4m/s，传热系数较高，可防止料液结垢；当加热蒸汽与料液之间的温差较小时（3-5℃），仍可进行操作。不足是动力消耗大．强制循环蒸发器动画强制循环蒸发器这是烧碱厂的强制循环蒸发器单元操作：蒸发外循环连续式真空浓缩机生产能力：1000kg/h十、板式蒸发器优点：蒸发时间很短，2s左右，液流分布均匀，不易结垢。传热系数高。可处理高粘度的料液，结构紧凑，拆卸清洗方便可用于牛奶、果汁，豆。蛋、糖汁，低盐酱油等多种食品的浓缩。板式浓缩装置板式四效蒸发器1效2效3效4效第四效蒸发器第五章传热食品工程原理真空浓缩设备的附属装置

主要附属装置：捕集器、冷凝器、蒸汽喷射器和真空装置等。一、捕集器（一）惯性捕集器：在二次蒸汽流的通道上设置挡板，一般其直径比二次热汽入口直径大2.5～3倍。（二）离心型捕集器：利用离心力分离。在蒸汽流速较大时，分离效果较好，但阻力亦较大。二、冷凝器功能：将二次蒸汽冷凝，对不凝气体分离，减轻真空系统负荷。（一）间接式冷凝器

二次蒸汽与冷却水间接传热，有列管式、板式、螺旋板式和淋水管式。特点：冷凝液可回收利用，但传热效率低，故用作冷凝的较少。（二）直接式冷凝器（混合式）

分为逆流式和喷射式。二次蒸汽与冷却水直接接触而冷凝。1．逆流式冷凝器2、喷射式冷凝器安装要求：①水泵至喷射器冷却水入口的管路，尽量减少管件和弯头，减小阻力损失；②排水管要求垂直，如必须曲折时，折角不大于45°,转折不多于两次；③各接口要求严密，避免泄漏；④连接扩散管出口的尾管长度，一般在2m以上，且不伸入循环水池之水中。三、真空装置(一)作用：1\降低浓缩锅内压力，使料液在低温下沸腾。

2\抽出不凝结气体，保证系统的真空度，

不凝气体来源：①溶解于冷却水中的空气。②料液中分解的气体。③设备泄漏。(二)常用真空装置

1、蒸汽喷射器

2、往复式真空泵

3、水环式真空泵蒸汽喷射泵优点是抽气量大，真空度高，安装运行和维修简便，价廉，占地面积小。缺点是要求蒸汽压力较高，蒸汽量稳定，需要较长时间运转，才能达所需真空度。排出的气体还有微小压强。四、真空泵（一）往复式真空泵（二）水环式真空泵（水环泵）结构简单。易于制造，操作可靠，转速较高，可与电机直联，内部不需润滑，可使排出气体免受污染，排气量较均匀，工作平稳可靠。但因高速运转，水的冲击使叶轮与轮壳磨损，造成真空度下降，需经常更换零件。效率较低，为30％～50％。真空度较低，为2.0～4.0kPa。水环真空泵工作原理多效真空浓缩操作流程（三效为例）第四节多效真空浓缩设备单元操作：蒸发１效２效３效加热蒸汽料液二次蒸汽完成液冷凝水冷凝水冷凝水并流（顺流）３效蒸发流程图单元操作：蒸发１效２效３效加热蒸汽料液二次蒸汽完成液冷凝水冷凝水冷凝水逆流３效蒸发流程图单元操作：蒸发１效２效３效加热蒸汽料液二次蒸汽完成液冷凝水冷凝水冷凝水平流３效蒸发流程图完成液完成液单元操作：蒸发三效逆流真空浓缩机

主要用于果酱的浓缩蒸发量：12000kg/h1效2效3效料液温度：7257420C加热温度：14372570C加热面积：15200150m2成品浓度：5％－28％一、顺流式双效降膜真空浓缩设备（一）组成与流程（二）用途和特点这种设备适用于牛乳、果汁等热敏性物料的浓缩，效果好，质量高，蒸汽与冷却水的消耗量均较低，并配有清洗装置，操作方便。(三)主要技术参数

生产能力（水分蒸发量）为1200kg／h；杀菌条件为86—92℃保温24s；一效加热温度为83～90℃；一效蒸发温度为70～75℃；二效加热温度为68～74℃；二效蒸发温度48～52℃；物料受热时间为3min；蒸汽压力（表压）为500kPa；蒸汽消耗量为620kg／h；冷却水耗量为12t/h。顺流式双效降膜真空浓缩设备单元操作：蒸发双效降膜真空浓缩机

主要用于奶、果汁的浓缩蒸发量：2400kg/h1效2效料液温度：73480C加热温度：84700C加热面积：23.612.2m2成品浓度：45％－50％二、混流式三效降膜真空浓缩设备（一）组成与流程（二）用途与特点

这种设备适用于牛乳等热敏性液料的浓缩操作，其特点如下：

(1）采用真空降膜蒸发，液料受热时间短，蒸发温度低、产品质量好。

(2)三效蒸发，配有热压泵和预热器，节省蒸汽和冷却水用量。

(3）操作稳定，清洗方便，符合食品卫生要求。

(4）连续生产，处理量较大。

（三）主要技术参数

处理鲜乳量3600～4000kg／h；蒸发温度：第一效70℃，第二效57℃。第三效44℃；进料浓度为12％（总乳固体含量)；出料浓度为48％（总乳固体含量)；蒸汽消耗量为800kg／h；冷却水消耗量为21t／h（以进水温度16℃，排水温度38℃计);电动机总功率为25kW。第五节选型一、选型要求和应考虑的因素

（一）料液的性质

包括成分组成、粘滞性、热敏性、发泡性、腐蚀性，是否含有固体、悬浮物、是否易结晶、结垢等。

（二）工艺要求

包括处理量、蒸发量二料液和浓缩液的进出口的浓度和温度、连续作业和间歇作业等。

（三）产品质量要求

符合卫生标准。色、香、味和营养成分等。

（四）当地资源条件

包括热源、气象、水质、水量和原料供给情况等。

（五）经济性和操作要求

包括厂房占地面积和高度、设备投资限额和传热效果、热能利用、操作和维修是否方便等。二、选型原则

（一）物料的粘度

料液的原有粘度及蒸发过程中粘度不断增大，使物料流速降低，传热系数减少，生产能力下降，对这种物料，宜选强制循环型、刮板式或降膜式蒸发器。

（二）热敏性对热敏性强的物料，浓缩时要求受热时间短、温度低，否则易引起分解或变质；一般宜选液料在器内停留时间短，真空度较高的薄膜蒸发器，如片式、离心式的蒸发设备。若允许料液在较低温下，较长时间受热，或液料浓度较低，浓缩比不高时，可用盘管式真空蒸发器。

（三）结垢性结垢是液料在浓缩过程中因粘度增大、悬浮的微粒积沉、局部焦化过热等因素所造成。结垢后，增加热阻，降低传热系数，甚至使作业无法运行。故宜选刮板式或强制循环型蒸发器。

（四）结晶性若浓缩过程中有晶体析出，易沉积于传热面上，影响传热效果，宜选带搅拌的或强制循环型蒸发器。刮板式蒸发器亦适用。

（五）发泡性

有些液料在浓缩时产生大量汽泡，会污染附属装置，还造成液料的损失，故应考虑消除汽泡；一般采用升膜式、强制循环式蒸发器，因其液料的流速大，具有破泡作用。此外标准式蒸发器装有较大的汽液分离室，亦可使用。对发泡严重的物料，可采用加人适当的消泡剂（黄油、植物油等）的方法。（六）腐蚀性液料的酸度高时，在蒸发中易对设备的金属部件产生腐蚀，宜用防腐蚀且导热性良好的蒸发器。（七）蒸发量蒸发器生产能力的大小取决于传热速率，一般传热面积小时，宜选用搅拌式浓缩锅、单效膜式等蒸发器。传热面积大时，为减少蒸汽耗量，宜选用多效、膜式、离心式等蒸发设备。

（八）经济性浓缩设备的热能消耗较大，节能是选型的重要因素。从提高热能的经济性考虑，宜选用带蒸汽喷射器或多效蒸发器。6.5膜分离设备一、膜分离的基本概念1、膜分离的原理：用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法，称为膜分离。2、分类：按膜材料的来源：天然膜和合成膜按膜材料的化学组分：纤维素酯类膜和非纤维素酯类膜按膜断面的物理形态：对称膜、不对称膜和复合膜按膜的形状：平板膜、管式膜和中空纤维膜二、膜分离有四个显著特点①风味和香味成分不易失散；②易保持食品某些功效，如蛋白的泡沫稳定等。③不存在相变过程，节约能量。④工艺适应性强，处理规模可大可小，操作维护方便，易于实现自动化控制。

反渗透：利用反渗透膜选择性只能透过溶剂（通常是水）的性质，对溶液施加压力一克服溶液的渗透压，是溶剂通过反渗透膜而从溶液中分离出来的过程。（a）渗透，(b)渗透平衡．(c)反渗透三、膜分离的方法与原理

当纯水与溶液用一张能透过水的半透膜隔开时，纯水将自发地向溶液侧渗透。水分子的这种流动推动力，即是半透膜两侧水的化学势的差值。这种现象称为渗透。

渗透要一直进行到溶液侧的压力高到足以使水分子不再流动为止。平衡时，此压力即为溶液的渗透压。

如果往溶液侧加压，使溶液侧与纯水侧的压差大于渗透压，则溶液中的水将通过半透膜流向纯水侧，此即反渗透过程。反渗透过程的推动力为(Δ

p﹣pπ)，其中，Δ

p为溶液侧和透过液的压力差，pπ为溶液侧的渗透压。但在反渗透过程中，由于半透膜不可能对溶质具有100%的脱除特性，所以一般而言，透过液并非纯水，而是含有溶质的稀溶液。工作原理示意图

超滤(ultrafiltration，UF)

应用孔径为5～1000nm的超滤膜来过滤含有大分子或微细粒子的溶液，使大分子或微细粒子从溶液中分离的过程称之为超滤。

与反渗透类似，超滤的推动力也是压差，在溶液侧加压，使溶剂透过膜而得到分离。与反渗透不同的是，在超滤过程中，小分子溶质将随同溶剂一起透过超滤膜。超滤之所以能截留大分子和微粒，在于膜表面孔径机械筛分机理、膜孔阻塞的阻滞机理和膜表面及膜孔对粒子的一次吸附机理。象反渗透一样，超滤也存在浓差极化问题，即在溶液透过膜时，溶质在高压侧溶液与膜的界面上发生溶质的积聚，使膜界面上溶质浓度高于主体溶液的浓度。

超滤截留的溶质多数是高分子或胶体物质，浓差极化时这些物质会在膜表面上形成凝胶层，严重地阻碍流体的流动，结果使透水速度急剧下降。此时若增加操作压力，只能增加溶质在凝胶层上的聚积，使胶层厚度增加，导致超滤速度下降。因此，增大膜界面附近的流速以及减薄凝胶层厚度是十分重要的。超滤的用途①澄清除去悬浮的微小颗粒（处理果汁、葡萄酒、醋）②成分调整（牛奶、淀粉、酵母、葡萄糖、氨基酸等）③浓缩（乳液、全蛋产品、胶体等）④分子溶液的脱盐⑤污染控制（油脂、漂白污水、色料废液等过滤）电渗析是在外电场的作用下，利用一种特殊膜(离子交换膜)对离子具有不同的选择透过性而使溶液中的阴、阳离子与其溶剂分离的操作过程。电渗析工作原理图

纯水的主要特征，一是不导电，二是极性较大。当水中有电解质(如盐类离子)存在时，其导电性就增强。电渗析正是利用含离子溶液在通电时发生离子迁移这一特点。由于电渗析器两极间交替排列多组的阳、阴离子交换膜，而阳膜只允许水中的阳离子透过而排斥阻挡阴离子；阴膜只允许水中阴离子透过而排斥阻挡阳离子。在外电场作用下，阳离子透过阳膜向负极方向运动，阴离子