食品工厂机械与设备第八章

食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备食品工厂机械与设备第八章浓缩设备食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备第八章浓缩设备浓缩与食品加工食品工业中的浓缩设备(真空\冷冻\膜)第一节真空蒸发浓缩设备第二节冷冻浓缩设备X本章小结思考题自测题食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备浓缩与食品加工浓缩----除去部分水分例如鲜乳—炼乳----乳粉、原果汁---浓缩果汁-----果汁粉、植物提取液（如咖啡、茶）---速溶咖啡、茶生物处理（酶解、发酵）分离液等均食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备食品工业的浓缩设备真空蒸发浓缩设备(目前应用最广泛)、冷冻浓缩设备(热敏性挥发性料液)和膜浓缩设备(本质为膜分离设备)等。食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备第一节真空蒸发浓缩设备主要构成:蒸发器、冷凝器及真空系统等。形式:多种，主要差异:蒸发器形式和效数、二次蒸汽利用以及操作连续性等。食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备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：（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。真空蒸发浓缩设备特点第一节真空蒸发浓缩设备食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备第一节真空蒸发浓缩设备一、蒸发器二、真空蒸发浓缩系统的辅助设备三、典型真空浓缩系统食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备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，产生浓缩液和二次蒸汽。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。一、蒸发器食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备蒸发器分类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、中央循环管式、升膜式、降膜式、片式、刮板式、离心外加热式浓缩器等。一、蒸发器食品工厂机械与设备——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）刮板式蒸发器（六）板式蒸发器（七）离心薄膜蒸发器食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备（一）夹套式蒸发器又称夹套式真空浓缩锅属于间歇式中小型食品浓缩设备。结构如图8.1所示，主要由…等组成。工作过程食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备(一)夹套式蒸发器特点加热面积小，料液温度不均衡，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。食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备结构如图8.2所示，主要由…构成.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，中心立管与真空系统连接。工作过程泡沫捕集器二次蒸汽出口汽液分离室蒸汽总管加热蒸汽包盘管分汽阀浓缩液出口疏水器取样口（二）盘管式蒸发器食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备加热室设有3~5组(每组1~3圈)加热盘管，分层排列，各组盘管分别装有可单独操作的加热蒸汽进口及冷凝水出口，蒸汽进出口布置有两种，如图8.3所示。加热室（二）盘管式蒸发器食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备(二)盘管式蒸发器优点：结构简单、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；可根据需要灵活调节加热面积。缺点：传热面积小，液料对流循环差，易结垢；料液受热时间长特点食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备（三）外加热式蒸发器特征:加热室与分离室分开类型:强制循环式,自然循环式操作过程均可以连续或以间歇方式操作。初始,连续进料，非稳定期，不出料，达到预定浓度,可一次性出料,(间歇操作)边进料,边通过离心泵抽吸出料(连续操作)。食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备结构如图8.4（1）所示，主要由…等构成。加热器，可水平、垂直或倾斜安装。强制循环式（三）外加热式蒸发器食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备结构如图8.4（2）所示。除无循环泵以外，基本构成与强制循环式相同。但加热室只能垂直安装。自然循环外蒸发器（三）外加热式蒸发器食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备（三）外加热式蒸发器特点加热室-分离室分开，可调节两者距离和循环速度，料液不在加热室沸腾，不易堵塞加热管；分离室可实现离心分离，利于改善雾沫分离条件；可几个加热室合用一个分离室，提高了操作的灵活性；循环速度较大,不易结垢；检修、清洗较方便。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。用途热敏性,风味保留要求低的物料,牛乳,浓缩蛋白液等)食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备（四）长管式蒸发器属于单程式蒸发器，料液只通过其加热室一次即达到规定的出料浓度。对热敏性成分保留有较严要求的产品，应采用这类蒸发器。一般结构特点：一般用内径25~50mm，长径比100~150长管制成。因长径比大，单位体积料液受热面积较大，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，也是典型的膜式蒸发器。食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备（四）长管式蒸发器类型（图8.5)食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备二次蒸汽加热蒸汽近沸点料液浓缩液冷凝水预热至近沸点液进料。在加热作用和减压状态下，部分料液迅速气化，生成的二次蒸汽以80~200m/s的速度带动浓缩液沿管内壁成膜状上升。加热室顶部，浓缩液与二次蒸汽的混合物，以较高速度进入分离室，在惯性力作用下两者分离，浓缩液从室底部排出，二次蒸汽则从顶部排出。（四）长管式蒸发器升膜式（图8.5－1）结构原理料液与加热蒸汽呈逆流走向食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备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。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。升膜式（四）长管式蒸发器特点食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备二次蒸汽进料液冷凝水生蒸汽或二次蒸汽浓缩液加热蒸汽料液由泵升送经过预热器,达到蒸发器顶部,在重力作用下经料液布膜器进入加热管；沿管内壁成液膜状向下流动，并受到加热很快沸腾汽化，产生的二次蒸汽能高速度带动料液下降，所以传热效果很好。进入蒸发分离室的汽液混合物分离为二次蒸汽由顶部排出，浓缩液则由底部抽出。降膜式（图8.5－2）（四）长管式蒸发器结构原理料液与加热蒸汽呈顺流走向料液布膜器食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备料液布膜器（图8.6）降膜式（四）长管式蒸发器操作关键是使料液在加热管内均匀布膜。导流管是有螺旋形沟槽的圆柱体导流管下端锥体端面向内凹入，以免液体再向中央聚集；利用加热管上端管口的齿缝来分流液体是靠管子上端的旋液器分流液体食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备（1）加热蒸汽与料液呈并流方式。（2）蒸发时间短，为单流型，适用于热敏性料液浓缩。（3）大多以双效或多效形式组成蒸发设备，以提高浓缩比。（4）不适于:高黏度、易结晶或易结垢料液。降膜式蒸发器特点（四）长管式蒸发器降膜式蒸发器操作动画演示食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备（五）刮板式蒸发器也称刮板式薄膜蒸发器，是利用外加动力的膜式蒸发器。结构主体由刮板式加热器（参见第七章内容）与分离室构成。两者制成一体，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，如图（8.7）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。加热器可立式和卧式，以立式为多。食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备优点：处理黏度高达50~100Pa·s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。特点（五）刮板式蒸发器食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备（六）板式蒸发器结构降膜式板式蒸发器升膜式板式蒸发器升降膜式板式蒸发器特点食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备（六）板式蒸发器结构(图8.9)主要由…组合而成.板式加热器食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备（六）板式蒸发器板式加热器总体类结构似于第七章的板式换热器;但直接用蒸汽加热;可分升膜式和降膜式两种;加热板结构与普通换热板有差异:加热介质和产品流动的开孔大小、数量、形状和位置等。食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备（六）板式蒸发器加热板（图8.8）逆流顺流通过料液喷咀喷到加热板食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备（六）板式蒸发器降膜式板式蒸发器（图8.9）食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备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。升膜式板式蒸发器（六）板式蒸发器食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备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。升降膜式板式蒸发器（六）板式蒸发器食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备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；密封垫圈易老化而泄漏，使用压力有限。特点（六）板式蒸发器食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备（七）离心薄膜蒸发器离心薄膜蒸发器是一种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。结构工作过程特点食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备结构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，外圆径向开有与外界连接的通孔，供加热蒸汽进入和冷凝水离开。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。食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备工作过程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）。食品工厂机械与设备——第八章浓缩设备特点结构紧凑、传热效率高、蒸发面积大、料液受热时问很短、具有很强的蒸发能力，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