蒸发浓缩设备.ppt

第八章 食品浓缩机械与设备,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)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；难点：中央循环管式浓缩设备的工作原理。,1、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,1）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：,1、按压力分：常压浓缩设备：蒸发面为常压；真空浓缩设备：蒸发面上气化后处于负压状态，其特点见教材P175。,二、浓缩设备的分类,2、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,3、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,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,1、物料自身的特性热敏性：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,第一节 真空浓缩设备,一、真空浓缩设备的选择,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,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,2、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,5、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；,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；,4、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。,（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25mm75mm),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,4）蒸发室：料液液面上部圆筒空间汽液分离，防止料液被二次蒸汽带走5）附件：人孔、仪表、取样口及视镜等。,单效真空浓缩锅,（四）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。,（五）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。,1）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,3、升膜式蒸发器,与中央循环管式浓缩锅的区别：中央循环管式浓缩锅的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。,加热管（蒸发器）：直径为30mm-50mm的管子，长径比为100150汽液分离器：碰撞型离心型过滤型,结构,进口：蒸汽进口、料液进口出口：浓缩液出口、二次蒸汽出口、冷凝水出口,A、一般为单流型，即料液经一次浓缩基本达到成品浓度而排出；B、管内静液面低，由静压头产生的沸点升高很小；,特点,C、蒸发时间短，几秒至十余秒，适用于热敏性物料；D、高速二次蒸汽破沫性能好，适用于易起泡沫的物料；E、二次蒸汽螺旋上升，料液易粘壁，不适用于粘度大的物料。,料液由料液进口进入蒸发器管内，在管内底部与蒸汽首先进行对流传递热量（管外蒸汽热量传递给管内料液），当料液获得一定热量达到沸腾状态，进入管中间部开始产生蒸汽泡，使料液产生上升力，由于料液热量的连续获得，产生二次蒸汽，膨胀的二次蒸汽产生强的上升力，料液呈薄膜状在管内上行，,工作过程：,到管顶部呈喷雾状，以较高速度进入汽液分离器，二次蒸汽从分离器顶部排出，浓缩液达到浓度要求从分离器底部排出，未达到浓度要求再次由下导管送到底部再次加热蒸发。,1）操作时，应严格控制进料量，防止管壁结焦现象发生；2）料液一般先预热到沸点状态进入加热器体，以增加液膜比例，提高沸腾和传热系数；3）各管路密封性能要好，连接可靠；4）定期对密封垫进行更换和检查。,注意事项,4、降膜式蒸发器,与升膜式一样，都属于自然循环的液膜式蒸发浓缩设备，构造与升膜式相似，主要区别是料液由加热器顶部加入，液体在重力作用下，沿管内壁成液膜状向下流动，由于向下加速，克服加速压头比升膜式小，沸点升高也小，且加热蒸汽与料液温差大，所以传热效果较好。关键：使料液均匀分布于各加热管,导流管筛板或喷嘴旋液喷头,料液分布器：,a、筛孔板式b、喷雾型c、锯齿形导流管d、螺旋沟槽导流管e、典型导流管f、筛孔板与导流管结合g、旋液型,5、升降膜式蒸发器,两组加热管：一组升膜，另一组降膜料液先进入升膜式加热管，沸腾蒸发后，汽液混合物上升至顶部，然后转入另一半加热管，再进行降膜蒸发。浓缩液从顶部进入汽液分离器分离后，二蒸汽从分离器上部排入冷凝器，浓缩液从下部排出。,特点：,符合物料的要求，初进入，浓度低，速度快，容易达到升膜要求，初步浓缩后，在降膜式中受重力作用下能沿管壁均匀分布形成薄膜。先升后降，有利于液体均布，加速湍动和搅动，进一步提高传热效果。升膜控制降膜的进料分配串联可提高产品的浓缩比，减低设备高度,6、板式蒸发器,板式加热器：4片传热板组成一个板单元；汽液分离器：离心式（二次蒸汽和浓缩液在一起）,结 构,板式蒸发器的传热组合,加热板间蒸汽与物料之流程,进料管道：蒸汽进口、料液进口；附件：密封圈、调节板、紧固件和支架等。,板式蒸发器,料液经泵的作用强制通入板式加热器体，在流经升膜和降膜段时受加热蒸汽的作用，通过板壁对料液加热浓缩，产生的浓缩液和二次蒸汽由底部通入汇集槽机出口通入分离器，分离浓缩液和二次蒸汽，分别从各出口排出，其中冷凝水由冷凝水出口排出。,工作过程,A、优点：1）体积小，结构紧凑，加热面积可随意调整；2）加热时间短；3）热敏性物料的适应性好，如牛奶、果汁等；4）具有升膜和降膜的特点，传热系数高。,特点,1）密封垫片易老化而产生泄漏；2）适用压力有限；3）对粘度大的物料适应性差。,B、缺点：,第二节 真空浓缩装置的辅助设备,本体：蒸发器附属设备：汽液分离器、蒸汽冷凝器、真空系统,1、作用：将蒸发过程中产生的雾沫中的溶液聚集并与二次蒸汽分离，减少料液的损失，同时防止污染管道及其它浓缩器的加热面。,一、汽液分离器（又称捕沫器、捕液器和除沫器）,应具有良好的分离效果，其阻力损失尽可能的小，能保证液体连续地流向蒸发室内，同时应具备易于拆洗、没有死角，结构简单，尺寸小，材料消耗少等性能。,要求：,碰撞型：二次蒸汽流经通道上，设有若干挡板，改变夹带液滴运动方向，与挡板碰撞，沿挡板面流下，从而分离汽液。,2、类型与结构特点,离心型：二次蒸汽沿分离器的壳壁成切线方向导入，气流产生回转运动，液滴在离心力作用下被甩到分离器的内壁，并沿壁流下回到蒸发室内，二次蒸汽由顶部出口管排除。,过滤型：二次蒸汽通过多层金属网或磁网等构成的捕液器，液滴粘附在其表面而二次蒸汽通过。,二、蒸汽冷凝器,1、作用：将真空浓缩所产生的二次蒸汽进行冷凝，并将其中的不凝性气体（如空气、二氧化碳等）分离，以减轻真空系统的容积负荷，同时保证达到所需的真空度。大气式、表面式、低水位、水力喷射器,1）大气式冷凝器（又称干式高位逆流冷凝器）二次蒸汽由冷凝器的下侧进入，向上通过隔板间隙，与从冷凝器上部进入的冷水逆流接触冷凝，,2、类型与特点,不凝气体由上端排除，进入汽液分离器，将液滴分离后，再被抽真空装置吸取排入大气中，应用广泛。,通过管壁间接加热，加之壁垢的存在，两边的温差大，其冷却水利用浪费大，应用较少。,2）表面式冷凝器,降低大气式冷凝器的高度，依靠抽水泵来排出冷凝水。其特点是降低了安装高度，可在室内安装，且具有气压式冷凝器的优点，但由于配有抽水泵，且管路严密和较高的真空吸头，其投资大。,3）低水位冷凝器,A、结构喷嘴：产生高速水流和形成负压，吸二次蒸汽，同圆心排列；吸气室：喷嘴出口处，负压吸二次蒸汽；,4）水力喷射器,混合室：冷凝水和不凝性气体随冷水排出；扩散室：热交换冷凝水；附件：挡板、排水管、冷却水出口、冷水进口等,工作时，借助离心水泵的动力，将水压入喷嘴，由于喷嘴处的截面积突然变小，水流以高速（达15-30m/s）射入混合室和扩散室，这样在喷嘴出口处便形成负压，二次蒸汽不断被吸入，并与冷水进行热交换，二次蒸汽凝结为冷凝水，同时夹带不凝性气体，随冷水一起排出，这样既达到冷凝，又起到抽真空的作用。,B、工作原理,要求离心水泵压力稳定，停止操作时，应先破坏锅内的真空度，避免冷水倒灌至浓缩锅内。,C、注意事项,a）兼有冷凝和抽真空的作用，不需配抽真空装置；b）结构简单，喷嘴无机械运转，造价低，不需经常检修；c）适用于抽腐蚀性气体；d）消耗功率比大气式和表面式冷凝器要小；e）不能获得高的真空度，且随水温的变化而变化。,D、特点,第八章 小结与思考题,1、蒸发的概念和蒸发的必要条件是什么？2、简述蒸发浓缩设备的分类和蒸发浓缩设备的选择依据，蒸发浓缩设备的一般由哪几部分构成。3、单效真空浓缩设备的特点是什么？4、简述中央循环管式浓缩锅的基本结构和工作原理。,5、简述液膜式蒸发浓缩设备的特点及其分类；6、说明汽液分离器的作用、类型和相关特点；7、论述升膜式和板式蒸发器的结构、特点及工作过程。,