《真空浓缩设备》PPT课件.ppt
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1、第八章 浓缩设备,浓缩:从溶液中除去部分溶剂的单元操作。由于食品中的溶剂主要是水,如果蔬汁,牛奶等。所以食品工业中的浓缩一般指蒸发。真空浓缩:是指在负压条件下,以较低温度浓缩。有以下特点:(1)料液沸点低,浓缩速度大。(2)可利用低压蒸汽作为热源(多效时)。(3)不损害食品的营养成分。(4)设备热耗减少。(5)增加真空系统,投资大,功力消耗大。(6)沸点降低,蒸发潜热增大。,第一节 浓缩概述,一、浓缩的目的1.除去水分,减少包装、运输费用2.提高浓度,增加贮藏性能3.干燥的预处理4.结晶的预处理,第一节 浓缩概述,二、分类1.按操作方式分:常压 真空 闪蒸2.按二次蒸汽的利用分:单效浓缩装置多
2、效浓缩装置带有热泵的浓缩装置3.按料液流程分:循环式:自然与强制循环。单程式:4.按加热器结构分:盘管式浓缩器中央循环管式浓缩器升膜式浓缩器,-降膜式浓缩器-片式浓缩器-刮板式浓缩器-外加热式浓缩器。,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。液料置入锅内,通过蒸汽加热,并加搅拌,使水分在低压条件下蒸发。二次蒸汽从顶部排除。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。适于果酱、蜜饯、糖浆、乳品、豆浆晶、食用胶始粘度料液的浓缩。,一、标准式蒸发器,又称中央循环管式浓缩锅。下部为加热室,上部为分离室。加热
3、室内装有加热管束和中央循环管。中央循环管的截面积较大,一般为加热管束总面积的40以上。工作时料液在管内流动,加热蒸汽在管束之间流动,由于中央循环管与加热管中的料液受热程度不同,产生密度差,使液料经加热管而沸腾上升,然后在分离室内进行汽液分离。二次蒸汽由顶部排出。料液经中央循环管下降、回流,形成自然循环。浓缩后的制品由底部卸出。目前这类蒸发器糖厂应用广泛。,图82 中央循环管蒸发器A-加热蒸汽 B-料液 C-二次蒸汽 D-冷凝水 E-完成液1-中央循环管 2-蒸发室 3-除沫器 4-外壳 5-换热管,加热室断面,图83 加热室断面图A-加热蒸汽 1-加热蒸汽通道2-料液上升通道 3-料液下降通道
4、,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。在锅体内装有四个加热盘管,分层排列,管内通入蒸汽,对管间的料液进行加热,使之沸腾蒸发。料液分批入锅内进行浓缩。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后,因离心力作用,使夹带的液滴与不凝气体分离,气体排出,被分离后的料液经回流管回入蒸发锅内再进行蒸发。,图84 盘管式蒸发器A-加热蒸汽 B-冷凝水 C-完成液 D-二次蒸汽冷凝水 E-不凝气体 F-冷却水进入端 G-冷却水排出端1-蒸发室 2-气液分离器 3-回液管 4-观测口 5-列管式冷凝器 6-加热蒸汽分配器 7-加热盘管 8-水泵 9-
5、真空泵 10-料液泵,三、外加热式蒸发器,图85 外加热式自然循环蒸发器A-加热蒸汽 B-冷凝水 C-料液 D-完成液 E-二次蒸汽1-蒸发室 2-回流管 3-滤网 4-分离器,特征:加热室、分离室分开。有 强制循环式、自然循环式。由 加热器、分离器、循环管组成。加热器有:列管式、板式。,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。料液经循环泵,进入加热器的列管内,被管间的蒸汽加热,然后在分离室内进行汽液分离;二然汽自室顶排出,被浓缩的溶液由分离室底部再进入循环泵进口,使溶液继续强制循环蒸发;该蒸发器是分批作业,它的优点是料液在加热管内的流速大,达34m/s,停留时间较短,传
6、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(35)。仍可进行操作。缺点是动力消耗大,外加热板式强制循环蒸发器,图86 外加热板式强制循环蒸发器A-加热蒸汽 B-冷凝水 C-料液 D-完成液 E-二次蒸汽冷凝水 F-不凝气体 G-冷却水进口 H-冷却水出口 1-板式换热器 2-料泵 3-贮料罐 4-成品泵 5-分离器 6-冷凝水泵 7-水环式真空泵 8-冷凝器,板式蒸发器,优点是料液经过传热面的时间很短,仅2s,液流分布均匀,不易结 垢。传热系数高,可达10.4516.72MJ/M2h。料液强制循环,可处理高粘度的料液。结构紧凑,节省加热蒸汽耗量,拆卸清洗方便,可用于牛奶、果汁
7、,豆。蛋、糖汁,低盐酱油等多种食品的浓缩。,四、升膜式蒸发器,由加热室、分离室和循环管等组成。料液自加热室底部进入加热管内。加热蒸汽在管束间流过,料液在加热管中部开始沸腾迅速汽化。在加热管上部产生的二次蒸汽并快速上升,流速可达100l60m/s。料液在二次蒸汽和抽真空的作用下,沿管内壁成膜状上升,并不断被加热蒸发。有循环型、非循环型这种蒸发器的优点是占地面积小,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。缺点是一次浓缩比不大,进料量需要很好控制、进料过多不易成膜,过少则易断膜干壁影响产品质量。,图87升膜式蒸发器A-加热蒸汽 B-完成液 C-料液
8、 D-冷凝水 E-二次蒸汽1-换热管 2-气液管 3-分离器,五、降膜式蒸发器,由加热管束、分离器等组成。料液自上部分配到加热管束内,成膜状流下,加热蒸汽在管束外流过,完成换热后料液进入汽液分离器分离。这种蒸发器的特点:由重力作用降膜,能蒸发粘度较大的料液,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。由于蒸发管较长,液料沸腾时所生成的泡沫易在管壁上受热破裂,因此适于蒸发易生泡沫的物料;清洗方便;适用于浓度较大,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。,六、刮板式蒸发器,有立式、卧式两类。由加层圆筒、旋转刮板器、料液分配盘与驱动
9、装置等组成。加热时间为23s。加热区域可分成几段,采用不同压力的蒸汽。一般直径为300500mm,刮板与加热筒内壁的最小间隙为(1.5士0.3)mm。刮板的转速为 300 800rpm。这种蒸发器的特点是传热系数高,适于高粘度(最高达100Pa.s)的料液或含有悬浮颗粒的料液。,九、离心式蒸发器,特点是结构紧凑,传热效率高,蒸发强度高于其他常用的蒸发器,料液在器内停留时间极短,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。,第三节 真空浓缩的附属装置,真空浓缩设备的附属装置主要包括:捕
10、集器、冷凝器、蒸汽喷射器和真空装置等。一、捕集器功能:防止蒸发过程形成的细微液滴被二次蒸汽带出,减少原料损失,同时防止污染。(一)惯性捕集器 它是在二次蒸汽流的通道上设置若干挡板,为了提高分离效果,一般捕集器的直径比二次热汽入口直径大2.53倍。(二)离心型捕集器 形状与旋风分离器相似,液滴在离心力的作用下被甩到壳壁,并沿壁流回蒸发分离室内。二次蒸汽由顶部排出。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,并将其中的不凝气体分离,以减轻真空系统容积负荷。(一)间接式冷凝器 亦称表面式冷凝器,这种冷凝器是利用金属传热冷凝,二次蒸汽不接触冷却水,有列管式、板式等
11、。特点是冷凝液可以回收利用,但传热效率低,使用较少。(二)直接式冷凝器 亦称混合式冷凝器。分为逆流式和喷射式两种。这种冷凝器利用二次蒸汽与冷却水直接接触冷凝。1逆流式冷凝器,塔式冷凝器,(a)喷淋塔式(b)填料塔式(c)板塔式图813 几种塔式冷凝器示意图A-二次蒸汽 B-冷凝水 C-回水 D-不凝气体1-喷头 2-填料层 3-孔板,二、冷凝器,2、喷射式冷凝器:利用喷射泵的原理,用高速水流抽出二次蒸汽,兼有冷凝和抽真空双重作用。1、组成:由喷嘴,吸气室,混合室,扩散室等组成2、优缺点:(1)兼有冷凝器及抽真空作用,故不必再配 真空装置。(2)结构简单,造价低廉,冷凝器自身没有 机械运转部分不
12、需经常检修。(3)适用于抽吸腐蚀性气体。(4)安装高度低,与浓缩锅的二次蒸汽排出 管水平方向可直接相连。(5)整个装置的功率消耗较小。(6)不能获得较高的真空度,并随水温而变。,2喷射式冷凝器,喷射式冷凝器的安装要求:从水泵至喷射器冷却水入口的管路,应尽量减少管件和弯头,使阻力损失减小;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: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
13、真空装置蒸汽喷射器往复式真空泵水环式真空泵,四、真空泵,1.往复式真空泵,2.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。,3.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。,第三节 单效真空浓缩设备,1、加热器:盘管,45盘
14、,每盘13圈。2、蒸发室:罐上部,配有除泡沫装置。3、抽真空:二级蒸汽喷射器。4、二次蒸汽排出:冷凝器,二级蒸汽喷射器特点:结构简单,操作方便,但传热面积小,原料受热时间长,生产效率低,清洗不便。,第三节 单效真空浓缩设备,(一)单效降膜式真空浓缩设备 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。作业时鲜乳从贮料桶9经流量计进人分离室10,利用二次蒸汽间接加热、蒸发部分水分;然后由物料泵4送至加热器第一部分列管顶部,通过分配器使乳液均匀地流人加热列管内,呈膜状向下流动、同时受热蒸发;经第一部分列管加热蒸发的乳液,由物料泵5送
15、人第二部列管内进一步加热蒸发,达浓缩要求后由螺杆泵6送出。二次蒸汽进人分离室后,其中一部分由热压泵增压,送人加热室作热源。冷凝器安装在蒸发器壳体的夹套中,部分二次蒸汽在冷凝器内冷凝,并与从加热器内吸人的冷凝水合在一起,用冷凝水泵7排出。,这种浓缩设备的主要技术参数: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
16、缩设备,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。该设备的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。,第四节 多效真空浓缩设备,图819 三效降膜浓缩设备1-预热器 2-热压泵 3-一级蒸发器 4-二级分离器 5-一级分离器 6-二级蒸发器 7-三级蒸发器 8-三级分离器 9-主冷凝器 10-辅冷凝器,一、多效浓缩流程,(a)顺流,(b)逆流,(c)平流,(d)混流,第四节 多效真空浓缩设备,一、顺流式双效降膜真空浓缩设备,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
17、,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。,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
18、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21th(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。工作时原果汁先送入下板组的通道中,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
19、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入上板组的通道中,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 冷冻浓缩设备,定义冷冻浓缩是将稀溶液中的水分冻结成冰晶,并去除这部分冰晶从而使溶液中的溶质浓度得到提高的浓缩方法。,直接冷却式真空冷冻浓缩器直接冷却式结晶是指结晶
20、热直接由溶液中一部分溶剂在真空条件下发生相变汽化,将另一部分物质的热量带走,使其温度降低到冰点以下结晶的浓缩方法。,图824 真空冷冻浓缩器1-真空冷却罐 2-循环泵 3-出料泵 4-循环管 5-冷凝器 6-三级蒸汽喷射泵 7-二级蒸汽喷射泵 8-一级蒸汽喷射泵,图825 冰晶分离塔及料液浓度分布1-融冰器 2-洗涤水 3-冰晶层 4-活塞 5-活塞杆 6-塔体,2.内冷式冷冻浓缩设备,图826 单级冷冻浓缩设备示意图,3.外冷式冷冻浓缩设备,图827 外冷式冷冻浓缩试验装置,第七节 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
21、、悬浮物、是否易结晶、结垢等。(二)工艺要求 包括处理量、蒸发量、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;
22、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
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