第八章蒸发浓缩设备

1第八章食品浓缩机械与设备2本章主要内容真空浓缩设备的分类和选择单效真空浓缩设备(中央循环管式浓缩锅)膜式蒸发浓缩设备(升膜式蒸发器、板式蒸发器)多效蒸发真空浓缩装置的辅助设备重点：真空浓缩设备的选择、中央循环管式浓缩设备、升降膜式蒸发浓缩设备，多效蒸发效数的限定；难点：中央循环管式浓缩设备的工作原理。3蒸发是将稀溶液加热沸腾，使溶剂气化而将溶液浓缩的过程。食品工厂生产的原料或半成品中，如果蔬汁液及牛奶等，一般含有大量的水分（约75％～90％左右），而有营养价热敏性很强的物质，制成成品时，既要提高其浓度，又要保存食品溶液原有的色、香、味，所以对食品溶液进行浓缩，是一个比较复杂的过程。对其工艺流程的设计、设备的选型、制造加工和具体操作均有较高的要求。随着科学技术的发展，食品溶液的浓缩趋向于低温、高速、连续。41、平衡浓缩：是利用两相在分配上的某种差异而获得溶质和溶剂分离的方法。2、非平衡浓缩：利用半透膜来分离溶质和溶剂的过程，即两相用半透膜隔开，因此，分离不是靠两相的直接接触，故称非平衡浓缩。3、蒸发：将稀溶液加热沸腾，使溶剂汽化而将溶液浓缩的过程。一、有关概念第一节概述51）热能的供应：它包括维持沸腾的温度、补充因溶剂汽化所带走的热量、设备消耗的热量等；2）溶剂蒸汽的排除；蒸发过程的完成有两个必要条件：6浓缩目的：(1)作为干燥的预处理，以降低产品的加工热耗。(2)提高产品质量。(3)提高产品的保藏性。(4)减少产品的体积和重量，便于运输。(5)浓缩用作某些结晶操作的预处理。(6)提取果汁中的芳香物质。71.按压力分常压浓缩设备和真空浓缩设备常压浓缩设备：蒸发面为常压，溶剂气化后直接排入大气。特点：设备结构简单、投资省、维修方便，但蒸发速率低，能量损耗大，易破坏物料中营养成分。二、浓缩设备的分类8真空浓缩设备：溶剂从蒸发面上气化后处于负压状态。优点：①加热蒸汽与沸腾液体之间的温度差可以增大；②可利用压强较低的蒸汽作为加热介质；③使浓缩设备的热损失减少。缺点：①增加附属设备及动力，成本高；②热量消耗大。92、按蒸汽利用的次数分：单效浓缩设备：一次利用双效浓缩设备：二次利用多效浓缩设备：三次或三次以上利用带有热泵的浓缩设备：热泵再次加热利用10电加热夹层锅可倾式夹层锅11实际使用中，可针对加热粘稠性物料的适应性和提高热交换效率，可在锅体上方或下方增设浆式或与锅底弧形相同的锚式搅拌器，转速为1~10r/min，一般不超过20r/min。不锈钢搅拌夹层锅12反应锅回流装置带搅拌真空夹层锅13ZN型真空减压浓缩罐本设备主要用于对中草药材通过热回流提取有效成份。作简单改造后亦可用作药液的减压浓缩、酒精渗漉、酒精回收等工艺。14WZ11500-2000系列双效浓缩器（能回收酒精）本设备适用于中药、西药、葡萄糖、酿酒、淀粉、口服液、化工、食品、味精、乳品等热敏性物料的低温真空浓缩。用户可根据浓缩量大小，来选用技术参数中系列浓缩器。1.本浓缩器采用二效同时蒸发，二次蒸汽得到充分利用既节省了锅炉的投资，又节约能耗，能耗与单效浓缩器相比降低50%；2.本设备采用外加热自然循环与真空负压方式，蒸发速度快，浓缩比重大。液料在全密封中无泡沫浓缩，用本设备浓缩出来的药液，具有无污染，药味浓。清洗方便（打开加热器的上盖即可）；3.本设备与液料接触部位均采用（OCr19Ni9）不锈钢制成，符合GMP标准。加热器、蒸发器、外加保温，保温层用花纹不锈钢薄板，设备在车间显得更为豪华美观。150-5000系列三效节能外循换环真空浓缩器（能回收酒精）本浓缩器适用于中药、西药、葡萄糖、淀粉、味精、乳品、化工等溶液的浓缩，尤其适用于热敏物料的低温真空浓缩。用户可根据实际情况来选。1.本浓缩器采用外加热式自然循环式与负压蒸发方式，具有蒸发速度快，浓缩比重大，可达1.2-1.3；2.本浓缩器采用三效同时蒸发，二次蒸汽得到反复作用，既节省了锅炉的投资，又节约能源消耗，耗能与单效浓缩器相比降低70%，不到一年用户可从节约能费中收回本浓缩器的全部投资。3.多功能操作特点：⑴可以回收酒精浓度80%左右。⑵一效、二效、三效可以反复并锅收膏。⑶可以间歇连续进料。163、按料液的流程分：单程式：循环式：自然循环和强制循环4、按料液分布状态分：薄膜式：分散成薄膜状，蒸发面大，蒸发快。它分为升膜式、降膜式、升降膜式、片式、刮板式和离心式薄膜蒸发器。非膜式：大蒸发面。它按料液管路中流动，管路又分为盘管式浓缩器、中央循环管式浓缩器17薄膜式：刮板式升膜式管式薄膜蒸发器：降膜式离心式升降膜式板式非膜式：中央循环管式蒸发器外加热式盘管式带搅拌的夹套加热式18WZN型外循环浓缩锅组合式外循环浓缩锅的蒸发室设有两段蒸汽夹层，可根据液位高低使用上下夹层送气加热，能制造大比重的浸膏。19蒸汽加热导热油循环加热反应锅电加热不锈钢反应锅20多功能刮板浓缩罐本设备由浓缩罐主体、冷凝器、冷却器、受液桶等组成、可用于制药、食品、化工等行业各种物料的反应、提取、渗漉、回流减压浓缩，回收溶媒及芳香油提取等多种工艺,真正做到了一罐多能，所以本设备为厂家设备改造及更新之首选。21BM2.2-60系列薄膜蒸发器薄膜蒸发器由蒸发器、汽液分离器、预热器三个主要部件和一只简易分离器组成，蒸发器为升膜式列管换热器。该蒸发器具有生产能力大、效率高、物料受热时间短等特点，适用于制药、食品、化工等行业的稀溶液浓缩.如浓缩物料有颗粒状或晶体析出，可为用户提供降模式蒸发器。221、物料自身的特性热敏性：酶、番茄酱等后果：失活，色泽和风味改变，产品质量降低。措施：低温短时，各种薄膜式或真空度较高的蒸发浓缩器结垢性：后果：积垢热阻蒸发效能停产措施：高速流防止积垢生成，采用流速大的升膜式第二节真空浓缩设备一、真空浓缩设备的选择23或强制循环的蒸发设备，或电磁防垢、化学防垢，易于清洗。发泡性：浓缩液中产生大量气泡后果：溶液损失、产品损耗；污染其它设备，停产。措施：增加流速，高速流冲破泡沫。降低二次蒸汽流速，防跑泡现象或设法分离回收泡沫，消除发泡。管内流速很大的升膜式或强制循环、长管薄膜式结晶性：晶体析出；是否需要搅拌装置或强制循环24结晶性后果：浓度增加时晶粒析出传热措施：夹套带搅拌浓缩器或强制循环粘滞性：后果：浓度增大粘度增大流速传热措施：选用强制循环，刮板式或降膜式腐蚀性措施：不锈钢、石墨加热管或耐酸搪瓷夹层蒸发器252、满足工艺要求：如浓缩比，浓缩比的收缩率，能否保持溶液特性；3、传热效果好，传热系数高，热利用率高；4、结构合理紧凑，操作清洗更换方便，且安全可靠265、尽可能小的功率消耗，如搅拌动力或真空动力消耗等6、合理选择材质和制造维修方便；7、符合食品卫生法要求；8、有一定的安全防护措施；27二、单效真空浓缩设备（一）特点1、真空下蒸发浓缩，配有抽真空装置；2、蒸汽一次利用，热能利用率高，但是二次蒸汽未充分利用；3、结构简单，操作方便，传热系数高，操作控制容易；284、传热面积小（管道），生产能力低，料液循环差，盘管表面易结垢。5、清洗困难。（二）应用果酱、果汁和炼乳等生产中。29（三）中央循环管式浓缩锅工作原理由于传热产生重度差，形成了自然循环，液面上的水汽向上部负压空间迅速蒸发，从而达到浓缩的目的。30（三）中央循环管式浓缩锅基本结构1）锅体：锅底、加热室—蒸汽容纳空间2）加热器体：中央循环管(截面积为总面积的40%－100%）和上下管板及加热管束（直径25mm－75mm)31液料在管内流动而加热蒸汽在管束之间流动。3）管道（口）：真空系统、料液进出口、不凝气出口、冷凝水出口、二次蒸汽出口324）蒸发室：蒸发室是指料液液面上部的圆筒空间。料液经加热后汽化，必须具有一定高度和空间，使汽液进行分离，二次蒸汽上升，溶液经中央循环管下降，如此保证料液不断循环和浓缩。蒸发室的高度，主要根据防止料液被二次蒸汽夹带的上升速度所决定，同时考虑清洗、维修加热管的方便，一般为加热管长度的1.1～1.5倍。5）附件：人控、仪表、取样口及视镜等。33加热室中不凝缩气体的排除：加热蒸汽热交换后，放掉热，而冷凝成水，从下面排出。如上图所示，可是蒸汽中有一部分气体是混入的空气或氨等不凝缩气体，不能排除。如果不及时排除。会在加热室内愈积愈多，严重影响热效率，在A处放出轻的不凝气；B处放出重的不凝气。排出位置的选择很重要，视不凝气积聚于何处而定，此管可接在真空系统。34蒸汽中混入不凝气体的原因有三：锅炉水中混人溶解着空气和其它气体、（若用的是冷凝水就不存在此情况）。如果用河水或井水，可以用开口炉烧开后再人锅炉，可去除大部分多气。因在真空下操作，有空气从接头处漏人，造成二次蒸汽中混入不凝性气体。如果是多效系统。则应注意料液中往往也会有溶解着的不凝气体，有时甚至还含有对材料具腐蚀性的恶性气体，更应及时排除。这些不凝性气会形成薄膜，包住加热管。因为气体不是好的热导体，加热蒸汽需通过它才能与壁内溶液进行热交换；因而传热效果就低了。35（四）盘管式单效真空浓缩装置36盘管式真空浓缩锅371.用途和特点盘管式蒸发器适用于牛奶、果汁、蔬菜汁、豆浆、葡萄糖溶液等热敏性物料在真空条件下进行低温浓缩，也可供医药、化工等部门浓缩物料之用。38盘管式蒸发器具有以下优点：①蒸发强度高，每平方米传热面积每小时蒸发量可达100kg以上，其原因是传热温度差较高；②操作方便，容易掌握；③易损件少，维护简单；④每一批的产品质量均匀一致；⑤设备制造工艺简单，使用钢材少。39其缺点：①间歇操作，生产效率低；②物料受热时间长，影响产品质量；③料液循环差，传热系数低；④由于是单效、间歇操作，蒸汽消耗量大，蒸发1kg水耗蒸汽在1.1kg以上；⑤冷却水用量大；⑥盘管表面易结垢，且洗涮不方便。二次蒸汽未能很好利用，仅适用于中小型工厂。402.结构原理工作原理在设于蒸发器锅体下部的环形盘管内，通入加热蒸汽，此蒸汽冷凝放热通过盘管传给锅体内的料液，使料液沸腾蒸发，不断排除二次蒸汽，不断加入新料，经一定时间，达到预定浓度后排料。41基本结构盘管蒸发器由蒸发锅、汽液分离器、止逆阀、水力喷射器、水箱、多级离心水泵、仪表箱和操作台组成。蒸发锅为一直立筒形密封容器，下部锅体内装有作为加热元件的盘管。锅底装有出料阀、取样问和温度计接头。上部锅体为蒸发室，锅壁上装有人孔、视孔、进料阀、放气阀、二次蒸汽出口。锅体外有保温层以减少热损失。42盘管有4～5盘分层排列每盘1～3圈，每盘都有单独的进汽口，由长柄和方向联轴器操纵进汽口的分汽阀。盘管的出汽口有两种方式，一种与进汽口同侧，另一种为与进汽口对侧，见下图，后者常用。盘管的形状为竖直扁平椭圆形截面，这种截面对料液自然对流的阻力较小，且便于清洗。43（五）使用注意事项1、一般开始操作时，先通入加热蒸汽于锅内赶走空气，后开启抽真空系统，造成锅内真空；2、待加热器体内充满液体后，再开蒸汽阀门；3、取样检验，达到所需浓度时，解除真空即可出料；4、加热蒸汽压力应视不同物料选择，不宜太高，否则易发生焦管现象。44（六）液膜式蒸发浓缩设备1、特点料液在管壁或器壁上分散成液膜的形式流动（上升、下降或上升与下降组合），从而使蒸发面积增加，提高浓缩效率。451）按液膜形成方式分：自然循环式蒸发器和强制循环式蒸发器；2）按液膜运动方向分：升膜式蒸发器、降膜式蒸发器和升降膜式蒸发器。2、分类463、升膜式蒸发器与中央循环管式浓缩锅的区别：料液是依靠传热产生的重度差排浓缩液，液面上的二次蒸汽靠负压排出。而升膜式蒸发器是依靠膨胀的二次蒸汽产生向上的升力，二次蒸汽浓缩液进入分离器。47蒸发室由锥形底、集沫器与筒体组成的不锈钢制密闭容器，在筒体上装有灯孔、视孔、温度计、破真空放气装置、排汽管、进料管、排液管等。进料管与加热器的上集箱连接，排液管与外循环管连，排汽管经止逆问与水力喷射器连接。结构48加热管一般用直径为30～50mm的管子，其长径比为100～300，一般长管式的管长为6～8m，短管式的3～4m。长管式加热器结构比较复杂