食品机械-真空浓缩设备.ppt

第八章 真空浓缩设备,一、蒸发器的分类、结构和特点二、真空浓缩的附属装置三、单效真空浓缩设备四、多效真空浓缩设备五、芳香物质的回收设备六、蒸发设备选型七、蒸发设备的操作与检修,主要内容：,真空浓缩设备概述,浓缩：从溶液中除去部分溶剂的单元操作。一般食品中溶剂为水，如果汁，牛奶等，故食品工业中的浓缩通常指蒸发。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。,第一节 蒸发器的分类、结构和特点,一、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。3、带有热泵的浓缩装置。(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。,一、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 300Lh，蒸汽耗用量 340kgh，蒸汽压力196kPa，真空度 82988.0kPa。,二、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。二次蒸汽进入分离室，在离心力作用下，使夹带的液滴与不凝气体分离，气体排出，被分离后的料液回流再进行蒸发。,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：3001000kg/h加热面积：310 m2,三、标准式蒸发器,中央循环管式浓缩锅。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，从边上上升、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，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。,四、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,单元操作：蒸发,外循环连续式真空浓缩机生产能力：1000 kg/h,五、升膜式蒸发器,由加热室、分离室和循环管等组成。料液在加热管中部沸腾汽化。在上部产生二次蒸汽，流速可达100l60/s。料液沿管内壁成膜状上升，并不断蒸发。有循环型、非循环型优点：占地少，传热效率较高，料液受热时间短，在加热管内停留1020s。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，进料量需严格控制。,六、降膜式蒸发器,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；料液的沸点均匀，有效温差较大，传热效果好，节约蒸汽。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；清洗方便；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：,七、刮板式蒸发器,有立式、卧式两类。加热时间为23S。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。,直径：300500mm最小间隙：1.5士0.3mm转速：300 800rpm。,多功能刮板浓缩罐,立式刮板式浓缩器,八、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，可达10.4516.72MJ/M2h。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,九、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,第二节 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2.53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：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；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；各接口要求严密，避免泄漏；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：抽出不凝结气体，保证系统的真空度，降低浓缩锅内压力，使料液在低温下沸腾。不凝气体来源：溶解于冷却水中的空气。料液中分解的气体。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,蒸汽喷射器,蒸汽喷射泵的优点是抽气量大，真空度高，安装运行和维修简便，价廉，占地面积小。其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）,这类泵结构简单。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 3050。真空度较低，为2.04.0kPa。,水环真空泵工作原理,第三节 单效真空浓缩设备,（一）单效降膜式真空浓缩设备 以德国WINGGAND公司引进的单效降膜式真空浓缩系统为例 主要由加热室、分离室、热压泵（蒸汽喷射器)、物料泵、冷凝水泵、水环式真空泵、螺杆泵及贮料桶等组成。适用于牛乳浓缩。,主要技术参数：水分蒸发量：800kg/h；进料量：1210kgh（进料总乳固体含量 25.65);生产率：410kgh（出料总乳固体含量74);蒸汽耗量：465（kgh）（蒸汽表压 800KPa);耗水量：水压300kPa（表压),2215m3/h；电机总功率：约10.4kw。本设备的特点是能量消耗少，操作稳定，清洗方便。,（二）单效离心式真空浓缩设备,以瑞典引进的ALFA-LAVAL公司引进的单效离心式真空浓缩设备为例：设备由双联过滤器、平衡桶、输送泵、离心蒸发器、真空、冷凝和清洗装置等组成。特点是产品品质优良、浓度高（一次浓缩至84固形物),传热效率高，清洗维护方便。,单效离心式真空浓缩设备,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,效,效,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）效蒸发流程图,单元操作：蒸发,效,效,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 效蒸发流程图,单元操作：蒸发,效,效,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 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：12000 kg/h 1效 2效 3效料液温度：72 57 42 0C加热温度：143 72 57 0C加热面积：15 200 150 m2成品浓度：528,一、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1200kgh；杀菌条件为8692保温24s；一效加热温度为8390；一效蒸发温度为7075；二效加热温度为6874；二效蒸发温度4852；物料受热时间为3min；蒸汽压力（表压）为500kPa；蒸汽消耗量为 620kgh；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：2400 kg/h 1效 2效 料液温度：73 48 0C加热温度：84 70 0C加热面积：23.6 12.2 m2成品浓度：4550,二、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36004000kgh；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 800kgh；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 芳香物质的回收设备,一、工作原理 提取原果汁的芳香物质是利用其在蒸发中易挥发的性质，在蒸发冷凝器中完成的。该装置主要由两组板式换热器组成。工作时原果汁先送人下板组的通道中，被相隔通道内的蒸汽加热蒸发，提香后的浓缩液与含芳香物的水蒸汽由下板组上部流出，利用挡板改变方向，使其流向下方，汽液进行分离，然后浓缩液由壳体底部排出；含芳香物的水蒸汽上升导人上板组的通道中，被相隔通道内的冷却水降温冷凝，形成芳香物水溶液，从上板组的底部排出，而冷却水由上板组的上部排出。芳香物水溶液，经两次蒸发冷凝，才能制成较纯的芳香液。,二、组成和流程 图822所示为PAR22PARO1型芳香物质回收设备流程图。由三级板式蒸发冷凝器、预热器、两个螺旋管冷凝器、计量器和各种泵、阀构成。,第六节 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。,二、选型原则,（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。,第七节 操作和检修,一、间歇式真空浓缩设备的操作要点（一）准备工作 首次使用设备前，必须熟悉有关图纸，了解设备的结构、管路阀门和仪表的操作规程；电机应装地线，传动部分应装保护罩。在吸人液料前，先将浓缩锅充分洗涤，并送入蒸汽，保持1530min进行杀菌；然后放出冷凝水，关闭所有阀门，向冷凝器中注人冷却水，同时启动真空装置，使真空度达规定的要求。（二）开始运行 以盘管式蒸发器为例，一准备工作完成后，即可吸人液料，当液面浸过各层加热盘管后，顺次开启各排管的蒸汽阀门，通人蒸汽。开始时必须保持盘管中的蒸汽压力不要过高，防止料液中空气突然形成泡沫，造成液料损失；当料液处于稳定的沸腾状态时，再逐渐增加蒸汽量达到一定蒸汽压同时调进料阀门，使料液面保持恰恰能将最上层加热盘管完全浸没的高度。随着浓缩的进行、浓度和粘度逐渐增高，使蒸发速度减慢，这时需适当提高真空度，保持所规定的液料温度。（三）停止运行 当液料达浓缩要求时，即关闭蒸汽阀，解除真空，卸出浓缩成品；然后向浓缩锅通水进行清洗。（四）常见的故障及产生原因 1真空度过低 原因是接管、阀门漏泄或冷却水不足、水温过高或真空装置内部有故障。2沸腾突然停止 原因是平衡槽抽空、液料中进人空气或真空系统的工作中断。,二、连续式真空浓缩设备的操作要点,（一）试车 1试车前的准备工作 全面检查设备安装的正确性、安全性和密封度。组织试车人员进行设备的学习和安全教育。设备内做彻底清洗。2试车步骤和要求 步骤是：部件试运转水试车物料试车。首先检查物料是否合乎要求。部件试运转主要检查各泵的运转是否正常，冷却水泵必须在给水后，方可启动，并应保持规定的水压。在水试车过程中要调节管路上的节流装置，使各真空部件的真空度和温度达到要求数据。物料试车的投料前，用碱、酸、水洗涤液将设备清洗干净。开始的投料量应比要求投料量大10以上，然后按出料浓度，逐渐调整。水试和物试均按操作规程进行。,（二）开车前的准备工作 打开蒸汽总供汽阀，检查锅炉供汽压力是否达到要求。用氯水或热水对蒸发器和管道进行消毒，然后打开平衡槽进水阀，把水放满。（三）开车 以RP6K7型双效真空设备为例，首先打开冷却水泵的给水阔，调水压至规定的要求，然后依次开动平衡槽出料阀、进料泵、出料泵和真空装置，以水代物运行。当二效分离器真空度达82.7kPa时，打开杀菌器和热压泵的蒸汽阀，并调节热压泵的蒸汽压力约为490kPa，当杀菌温度和各效蒸发温度达到要求时，再用物料把水换出，同时关闭出料阀，使物料浓缩后先回人平衡槽，进行大循环，并调节进料量和各工艺参数，当物料达浓度要求时，关闭回流阀，打开出料阀，然后连续进料运行。（四）停车和清洗 当一个班次结束或一批原料处理完毕时，先关闭蒸汽阀，破坏真空度、然后关闭进、出料泵、冷却水阀和真空装置，抽出设备的浓缩液；最后进行一次清洗，清洗的顺序一般是水洗 2氢氧化钠溶液洗水洗 2硝酸溶液洗水洗；各清洗时间均有要求。,（五）常见故障与产生原因 1真空度低、蒸发温度高 原因是螺旋接头松弛，垫圈等密封件损坏；或冷却水不足，排水温度过高；或热压泵的工作蒸汽高；或真空系统有故障。2蒸发管、杀菌管结垢 原因是原料乳酸高；或进料量少；或中途停车断料；或物料分配孔堵塞；或加热温度高；或清洗不彻底。3出料不连续或不出料 原因是泵盖、泵的进料管路漏气。4出料浓度低 原因是进料量大；或热压泵工作蒸汽压力低，或物料泵的密封件损坏；或蒸发管内结垢。三、真空浓缩设备的检修要点 为了保养好设备，保证正常安全运转，停车后就必须立即进行清洗，及时盖封，避免尘土污染。浓缩设备上密封处的衬胶、垫圈等容易老化及脱落，使阀门漏泄，仪表失灵等，故必须经常检修，及时更换。有关设备的其他易损零件，亦应备件，以备更换。检修后，应进行压力、真空度等测试,一、了解蒸发器的分类、结构和特点二、熟悉真空浓缩的附属装置及作用三、掌握单效真空浓缩设备工艺流程及特点四、掌握多效真空浓缩设备工艺流程及特点五、了解芳香物质的回收设备工作原理六、能根据工艺要求，进行蒸发设备选型七、了解蒸发设备的操作要点与检修方法,本章重点内容及要求：,