第六章真空浓缩设备

重点：典型浓缩设备的结构及工作原理。难点：浓缩设备的结构及工作原理，抽真空装置。要求：明确真空浓缩的优越性，了解各真空浓缩设备的特性，掌握典型浓缩设备的结构及工作原理，学会根据料液的性质选择浓缩设备。第六章真空浓缩设备第一节分类、分选及操作流程第三节升降膜式浓缩设备第四节真空浓缩装置的附属设备第二节单效真空浓缩设备第一节分类、分选及操作流程一、概述二、分类四、选择与要求三、操作流程一、概述（一）浓缩目的浓缩是生产中重要单元操作，又是较难控制的一环节-----高温会使物料中成分发生变化——proteins、fats、vitamins等多为热敏性物料。（二）趋势：低温、快速、连续。-----减少原料中的水分(去溶剂）（三）真空蒸发的特点**热能利用：可减少浓缩设备的热损失。**投资较大。**蒸汽**物料为加热蒸汽。可利用压力低的蒸汽作用量。潜热大，故可节约蒸汽在真空状态下加热，其免热敏性成分变质。可使料液低温蒸发，以、风味。能很好地保持原料色泽可减少与氧气的接触，二、分类（一）按二次蒸汽被利用的次数多效浓缩装置单效浓缩装置单效三效双效板式四效蒸发器（一）按二次蒸汽被利用的次数二、分类1效2效3效4效单程式强制循环自然循环循环式（二）按料液的流程分二、分类自然循环强制循环**盘管式浓缩器**中央循环管式**升膜式浓缩器**降膜式浓缩器**片式浓缩器**刮板式浓缩器**外加热式浓缩器。（三）按加热器的结构分二、分类三、操作流程（一）并流法（二）逆流法（三）平流法三、操作流程***并流法（一）并流法三、操作流程料液与蒸汽的流动方向相同。即均由Ⅰ效至末效。2台中央循环管式蒸发器和一台环管夹套加热的搅拌式蒸发器组成。1.特点：2.组成：3.工作过程三、操作流程***逆流法（二）逆流法三、操作流程1.特点:方向相反2.工作过程(1)原料液由末效进，依次用泵送至前效，浓缩液由Ⅰ效出。(2)加热蒸汽由Ⅰ效入，二次蒸汽依次进各效至末效。强制循环式逆流蒸发器三、操作流程（二）逆流法***平流法三、操作流程（三）平流法三、操作流程1.特点：原料液自每效加入，而浓缩液自各效放出。但加热蒸汽是由Ⅰ效→末效。2.工作过程四、选择与要求（一）选择1．结垢性：2．结晶性：3．粘滞性：溶液在加热面上形成垢层，从而↗热阻，↓k、↓G。-----选：强制循环型或升膜式浓缩设备。晶粒析出沉积于传热面上，严重时会堵塞加热管。-----选：夹套带搅拌的浓缩器或强制循环浓缩器。-----选：薄膜式或真空度较高的浓缩装置。4．热敏性：在浓缩时随浓度↗，其粘度↗→流速↙G↙。-----选：强制循环、刮板式、降膜式浓缩装置。原则-----据食品料液的性质合理选择5．发泡性：-----选：强制循环或长管薄膜型。6．腐蚀性：-----选：设备材料用不锈钢或具有防腐涂层材料的钢材。四、选择与要求1．传热效果好，热能利用率高。4.易于制造、检修、清洗。2．结构紧凑，操作方便。5.具有足够的机械强度和耐腐蚀性。3．汽液分离效果好。（二）要求第二节单效真空浓缩设备一、中央循环管式浓缩锅二、夹套加热及带搅拌真空浓缩器一、中央循环管式浓缩锅（一）工作原理食品料液经过由沸腾管和中央循环管所组成的竖式管加热面进行加热，由于传热产生重度差，形成了自然循环而将其水分蒸发，从而达到浓缩的目的。一、中央循环管式浓缩锅（二）结构1．组成冷凝及抽真空装置料液排出管不凝结气体排出管冷凝水排出管加热蒸汽管蒸发室及管道管板中央循环管沸腾加热管加热器体一、中央循环管式浓缩锅（二）结构2．加热器体*作用：实现对料液的加热浓缩。*沸腾加热管：φ25~φ75mm的管子，高0.6~2m左右，管长:管径为20~40:1。多根钢管管束。*中央循环管仅一根，其截面积一般为总加热管截面积的40~100%，位于加热器体的中央。一、中央循环管式浓缩锅（二）结构3．蒸发室作用：使汽液进行分离，溶液经中央循环管↙，保证溶液不断循环和浓缩。高度一般为加热管长度的1.1~1.5倍。在蒸发室外壁有视镜、人孔照明、仪表等装置二、夹套加热及带搅拌真空浓缩器WZI型外加热式真空蒸发器球形真空浓缩罐简介第三节升降膜式浓缩设备一、升膜式浓缩器二、降膜式浓缩器一、升膜式浓缩器（一）结构自然循环的液膜式浓缩设备。1．组成2．主要构件(1)加热器体——垂直管束组成，固定于上、下管板上。φ30~50mm，长6~8m，短的3~4m。(2)蒸发分离室——与加热器体分开，放于其侧部。(3)循环管——连通分离室与加热器体，实现料液的多次蒸发浓缩。一、升膜式浓缩器（二）工作过程*料液自管底进入管内，蒸汽在管间将热量传给管内料液。*料液被加热沸腾、汽化，高速上升的二次蒸汽带动料液沿管内壁成膜状上升，并不断被加热蒸发、浓缩。*浓缩液以较高的速度进入蒸发分离室，在离心力作用下与二次蒸汽分离。*二次蒸汽从分离室顶部排出，浓缩液通过循环管入加热室循环蒸发浓缩，至浓度达到要求。一、升膜式浓缩器（三）操作注意事项进料量的控制：一般经一次浓缩，蒸发水分量不能大于进料量的80%。1．若进料过多：下部积液过多，料液将以柱状上升，失去液膜蒸发的特点。2．若进料过少：易发生管壁结焦现象。3．料液最好预热到接近沸点状态进入加热器体，以提高沸腾和传热系数。一、升膜式浓缩器（四）特点**为自然循环膜状浓缩设备。**传热效率高，受热时间短加热管内停留10—20s.**特别适合浓缩热敏、易起泡和粘度低的液料。**设备占地面积小，便于检修。**缺点:一次浓缩比低，进料量需严格控制。清洗不方便。二、降膜式浓缩器（一）特点1．为自然循环液膜式浓缩设备。2．传热效率高，受热时间短。3．清洗不方便。4．适用于热敏性物料。（果汁、牛奶）（二）结构1．组成加热器体+分离器+降膜分布器二、降膜式浓缩器（二）结构2．降膜分布器4种**异流管——异流管下部为圆柱体，底部内凹（以免流体向中央汇集）。**分布器——依靠齿缝使液体沿加热管内壁成液膜状流下。**分配板——为一多孔板，其位置正好交错于加热器列管之间。**导流管——具有螺旋形沟槽的圆柱体。二、降膜式浓缩器（三）工作原理液体在重力作用下，沿管内壁成液膜状向下流动，汽液进入蒸发分离室，二次蒸汽由分离室顶部排出，浓缩液由底部抽出。（降膜传热效果较好——在重力作用下向下加速，克服加速压头比升膜小，沸点升高也小，加热蒸汽与料液温差大）第四节真空浓缩装置的附属设备一、捕集器二、冷凝器三、抽真空装置一、捕集器（三）结构及工作原理1．惯性型原理：在二次蒸汽流经的通道上，设置若干挡板，使带有液滴的二次蒸汽多次突然改变方向时，使之从汽液中甩去，从而达到分离的目的。（一）作用1．分离汽液，减少料液的损失。2．防止污染管道及其它浓缩器的加热面。（二）分类惯性型/离心型/表面型一、捕集器（三）结构及工作原理带有液滴的二次蒸汽沿分离器的壳壁成切线方向导入，使汽流产生回转运动，液滴在离心力作用下被甩到分离器的内壁，并沿壁流回蒸发室，二次蒸汽从顶部出口管排出。2．离心型原理：一、捕集器（三）结构及工作原理3．表面型原理：二次蒸汽通过多层金属网或磁圈等所构成的捕集器，液滴被粘附在其表面上，而二次蒸汽流过。一、捕集器（四）对捕集器的要求1．具有良好的分离效果。2．阻力损失小。3.保证液体能回流至蒸发室内。4.易拆洗，无死角。5.结构简单，尺寸小。二、冷凝器（一）作用冷凝二次蒸汽，并将其中不凝结气体分离（空气、CO2等）以减轻真空系统的容积负荷，同时保证达到所需的真空度。（二）分类大气式冷凝器/表面式冷凝器/低水位冷凝器/喷射式冷凝器。二、冷凝器（三）结构及工作原理（1）工作原理二次蒸汽由冷凝器的下侧进入，冷水从上部进入，二者通过逆流接触，冷凝水从气压管排出，不凝结气体从上端排出，进入汽液分离器。1．大气式冷凝器（2）结构为用钢板制成的圆筒，直径400~200mm，高度1200~5000mm，内装淋水板，板有有孔和无孔2种，3~8块，每块淋水板的面积为冷凝器断面积的60~75%。二、冷凝器（三）结构及工作原理2．表面式冷凝器图为表面式冷凝器，其工作原理与管壳式热交换器相同，由于它是通过一层管壁间接传热，加上壁垢的生成，两边温差较大，一般情况下，二次蒸汽之温度与冷却水之终温相差达l0-12℃。除非冷凝液有回收价值，否则一般不用。二、冷凝器（三）结构及工作原理3.喷射式冷凝器（1）组成：水力喷射器离心水泵组成。二、冷凝器（三）结构及工作原理3.喷射式冷凝器（2）水力喷射器：喷嘴、吸气室、混合室、扩散室等。原理：通过离心水泵将水压入喷嘴，水以高速射入（15~30m/s）混合室及扩散室，而后进入排水管中。这样在喷嘴出口处形成低压区，因此会不断吸入二次蒸汽。冷水与二次蒸汽进行热交换后，汽结为冷凝水，同时，夹带不凝结的气体，随冷却水一起排出，这样即达到冷凝又起到抽真空的作用。二、冷凝器（三）结构及工作原理3.喷射式冷凝器（3）特点①兼有冷凝及抽真空作用，故不必再配真空装置。②结构简单，造价低，易维修。③适合抽吸腐蚀性气体。④不能获得较高的真空度。三、抽真空装置（一）作用1．降低锅内压力，使料液在低温下沸腾，有利于提高食品质量。2．抽取不凝结气体，保证整个装置处于真空状态。不凝气来源：溶解于冷却水中的空气；料液受热分解的空气；设备泄漏进来的空气。（二）常用真空装置往复式真空泵、水环式真空泵、水力喷射器、蒸汽喷射泵。三、抽真空装置（三）蒸汽喷射泵1．组成：喷嘴、混合室、扩散室。三、抽真空装置（三）蒸汽喷射泵2.工作原理：工作蒸汽通过喷嘴后，以超音速射入混合室，造成混合室内喷嘴处压强较低，将被抽气体吸入混合室，与高速汽流混合，并从汽流中获得部分动能，混合后的汽流进入扩散室，排入大气或（排入）下一级泵。由于被抽真空室压强比混合室压强稍高，从而使真空室内被抽介质连续地被排除。三、抽真空装置（三）蒸汽喷射泵为获得较高真空度，通常多级串联使用。为提高效率，减少蒸汽消耗量，在各级泵之间配置混合式冷凝器，以减少下一级泵的负荷。单级蒸汽喷射泵达到最高W650~720mmHg双级蒸汽喷射泵达到最高W730~750mmHg三级蒸汽喷射泵达到最高W755~758mmHg注：冷凝器安装：通常规定从地面到冷凝器出水口高度10m，否则，因冷凝器处于W状态，而外界为1个绝对大气压，导致冷却水不能自然排除，导致真空度破坏。若用泵抽取冷却水可降低高度，但必须保证有相应真空度。3．操作使用三、抽真空装置（三）蒸汽喷射泵4.多级串联操作注意事项（1）先打开中间冷凝器的冷却水阀门；（2）启动最后一级蒸汽喷射泵（即吸入W最低的泵），然后往前逐级启动。停车时，先关闭第一级蒸汽喷射泵（吸入W最高的泵），然后向后逐级关闭。（3）停车时，先破坏罐内W，然后关闭各级蒸汽喷射泵，以免冷水倒流罐内。三、抽真空装置（三）蒸汽喷射泵5．优缺点（1）抽气量大，真空度高，安装检修方便，占地面积小，价格便宜。（2）要求蒸汽压力要高流量要稳定。（3）需要长时间运转，才能达到所需W。（约30’）