第七章 食品浓缩机械与设备

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1、第七章 食品浓缩机械与设备 第七章 食品浓缩机械与设备 第一节 第一节 概述 概述 第二节 第二节 常压浓缩机械与设备 常压浓缩机械与设备 第三节 第三节 单效真空浓缩机械与设备 单效真空浓缩机械与设备 第四节 第四节 液膜式真空浓缩机械与设备 液膜式真空浓缩机械与设备 第五节 第五节 真空浓缩装置的辅助设备真空浓缩装置的辅助设备 第一节 第一节 概述 概述 定义定义 从溶液中除去部分溶剂的单元操作从溶液中除去部分溶剂的单元操作 使溶 使溶 质和溶剂的均匀混合液部分分离的过程质和溶剂的均匀混合液部分分离的过程 使物料最终达到一个低溶剂含量使物料最终达到一个低溶剂含量 30 30 的相对稳定状态

2、的相对稳定状态 实质上是溶剂在物料内 实质上是溶剂在物料内 部借对流扩散作用从呈液相物料内部达到 部借对流扩散作用从呈液相物料内部达到 液相表面而后除去的过程液相表面而后除去的过程 目的 目的 作为干燥的预处理 作为干燥的预处理 提高产品质量 提高产品质量 提高产品的保藏性 提高产品的保藏性 减少产品的体积和重量 减少产品的体积和重量 便于运输 便于运输 用作某些结晶操作的预处理 用作某些结晶操作的预处理 提取果汁中的芳香物质提取果汁中的芳香物质 方法方法 浓缩 浓缩 蒸发 蒸发 冷冻 冷冻 离心 离心 超滤 超滤 结晶 结晶 常压浓缩 常压浓缩 真空浓缩 真空浓缩 加热蒸汽被 加热蒸汽被 利

3、用的次数 利用的次数 单效浓缩 单效浓缩 双效浓缩 双效浓缩 多效浓缩 多效浓缩 热泵浓缩 热泵浓缩 常采用 热 常采用 热 能利用率高能利用率高 但投资增加 但投资增加 蒸发面常压 蒸发面常压 蒸发面负压 蒸发面负压 料液的流程 料液的流程 单程式 单程式 循环式 循环式 自然循环式 自然循环式 强制循环式 强制循环式 蒸发器的 蒸发器的 结构型式 结构型式 非膜式 非膜式 薄膜式 薄膜式 中央循环管式 中央循环管式 盘管式盘管式 升膜式 降膜式 片式 刮板式 离心式 蒸 蒸 发 发 浓 浓 缩 缩 采用浓缩设备把采用浓缩设备把物料加热物料加热 使物料的易挥 使物料的易挥 发部分水分在发部分

4、水分在其沸点温度时不断地由液态变 其沸点温度时不断地由液态变 为气态为气态 并将气化时产生的并将气化时产生的二次蒸汽二次蒸汽不断排 不断排 除除 从而使制品浓度不断 从而使制品浓度不断 提高提高 直至达到浓度要 直至达到浓度要 求 求 是食品工厂中是食品工厂中适用 适用 最广泛的浓缩方法最广泛的浓缩方法 真 真 空 空 浓 浓 缩 缩 利用真空蒸发或机械分离等方法达到物 利用真空蒸发或机械分离等方法达到物 料浓缩 料浓缩 在在1818 80kPa80kPa下下 以蒸汽间接加 以蒸汽间接加 热方式热方式 对物料加热对物料加热 使其在低温下沸腾 使其在低温下沸腾 蒸发 这样物料温度低 蒸发 这样物

5、料温度低 且加热所用蒸汽 且加热所用蒸汽 与沸腾液料的温差大与沸腾液料的温差大 在 在 相同传热条件下相同传热条件下 比常压 比常压 蒸发时的蒸发速率高蒸发时的蒸发速率高 可 可 减少液料营养的损失减少液料营养的损失 可 可 利用低压蒸汽做蒸发热 利用低压蒸汽做蒸发热 源源 真空浓缩的特点 真空浓缩的特点 优点 优点 缺点 缺点 由于真空蒸发 须有抽真空系统 增加附属设备和动力 由于真空蒸发 须有抽真空系统 增加附属设备和动力 蒸发潜热随沸点降低而增大 所以热量消耗大 蒸发潜热随沸点降低而增大 所以热量消耗大 溶液沸点低 传热温差大可相应减小蒸发器的传热面积 溶液沸点低 传热温差大可相应减小蒸

6、发器的传热面积 可以利用低压蒸汽或废蒸汽作加热剂 可以利用低压蒸汽或废蒸汽作加热剂 可蒸发不耐高温的溶液 可蒸发不耐高温的溶液 操作温度低 热损失较少操作温度低 热损失较少 蒸发设备 蒸发设备 创造蒸发必要条件的设备组合 创造蒸发必要条件的设备组合 蒸发器 蒸发器 冷凝器 冷凝器 抽气泵 抽气泵 蒸发必要条件 蒸发必要条件 供应足够热能供应足够热能 以维持溶液的沸腾温 以维持溶液的沸腾温 度和补充因溶剂气体所带走的热量 度和补充因溶剂气体所带走的热量 促使溶剂蒸汽迅速排除促使溶剂蒸汽迅速排除 多效真空浓缩操作流程 多效真空浓缩操作流程 三效为例三效为例 真空浓缩蒸发器的选择 真空浓缩蒸发器的选

7、择 热敏性 热敏性 热敏性物质的变化与温度和时间均有关系热敏性物质的变化与温度和时间均有关系 若温度低若温度低 变化很缓慢变化很缓慢 温度高但受热时间 温度高但受热时间 短变化也小短变化也小 因此因此 常用低温蒸发常用低温蒸发 或在较 或在较 高温度下的瞬时受热蒸发来解决热敏性物料 高温度下的瞬时受热蒸发来解决热敏性物料 蒸发过程的特殊要求蒸发过程的特殊要求 宜选用宜选用薄膜式浓缩薄膜式浓缩装 装 置或置或真空度较高的真空度较高的浓缩袋置 浓缩袋置 如果料液对热过程很敏感如果料液对热过程很敏感 受热后会引起 受热后会引起 产物发生化学变化和物理变化而影响产品质 产物发生化学变化和物理变化而影响

8、产品质 量的性质量的性质 结垢性 结垢性 采取有效的防垢措施采取有效的防垢措施 定期用化学药品或机 定期用化学药品或机 械剥除的办法 械剥除的办法 某些溶液在浓缩过程中某些溶液在浓缩过程中 会形成垢层而紧 会形成垢层而紧 紧地粘在传热面上紧地粘在传热面上 增加热阻增加热阻 降低传热效 降低传热效 率率 影响蒸发性能 影响蒸发性能 甚至因此停产 甚至因此停产 选用选用强制循环式强制循环式浓缩装置和浓缩装置和升膜式升膜式浓缩装 浓缩装 置置 或方便清洗的浓缩装置 或方便清洗的浓缩装置 发泡性 发泡性 降低二次蒸汽的流速降低二次蒸汽的流速 以防止跑泡现象 以防止跑泡现象 浓缩时产生大量气泡浓缩时产生

9、大量气泡 气泡易被二次蒸汽 气泡易被二次蒸汽 带走进入冷凝器带走进入冷凝器 不仅造成溶液损失不仅造成溶液损失 增加 增加 了产品的损耗了产品的损耗 而且污染其它设备 而且污染其它设备 结构上考虑消除发泡的可能性结构上考虑消除发泡的可能性 高速 高速 气流冲破泡沫气流冲破泡沫 设法分离回收泡沫 设法分离回收泡沫 选用选用强制循环型强制循环型和和升膜式薄膜升膜式薄膜浓缩装置浓缩装置 结晶性 结晶性 溶液在浓度增加时会有晶粒析出溶液在浓度增加时会有晶粒析出 大量结晶沉 大量结晶沉 积在加热器的传热面上积在加热器的传热面上 会妨碍加热面的热传 会妨碍加热面的热传 导导 甚至堵塞加热管 甚至堵塞加热管

10、采用强制循环浓缩装置或带有搅拌器的浓缩装 采用强制循环浓缩装置或带有搅拌器的浓缩装 置置 用外力使结晶保持悬浮状态 用外力使结晶保持悬浮状态 粘滞性 粘滞性 粘度随浓度的增加而增加粘度随浓度的增加而增加 使流速降低使流速降低 传热 传热 系数降低 系数降低 生产能力下降 生产能力下降 采用强制循环型 刮板式或降膜式浓缩设备采用强制循环型 刮板式或降膜式浓缩设备 腐蚀性 腐蚀性 要求浓缩装置的材料选用不锈钢或 要求浓缩装置的材料选用不锈钢或 涂以防腐涂料的材料涂以防腐涂料的材料 在结构上采用 在结构上采用 更换方便的型式更换方便的型式 使腐蚀部分易于定 使腐蚀部分易于定 期更换 期更换 第二节

11、常压浓缩机械与设备 第二节 常压浓缩机械与设备 1 夹层锅 1 夹层锅 二重锅二重锅 双重釜 双重釜 夹层锅是由内夹层锅是由内 外锅 外锅 组成的双层结构形式组成的双层结构形式 两锅中间是通蒸汽的夹 两锅中间是通蒸汽的夹 层层 常 用 于 物 料的 热 常 用 于 物 料的 热 烫烫 预煮预煮 混合物料熬 混合物料熬 制及食品浓缩等 制及食品浓缩等 分类 分类 夹层锅 夹层锅 锅体深浅 锅体深浅 操作方式 操作方式 浅型 浅型 半深型 半深型 深型 深型 固定式 固定式 可倾式可倾式 可 倾 可 倾 式 夹 层 锅 式 夹 层 锅 结构 结构 锅体 锅体 内锅体 内锅体 外锅体 外锅体 不锈钢

12、板焊 不锈钢板焊 成半球形容器 成半球形容器 优质碳素钢 优质碳素钢 压制而成压制而成 结构 结构 锅体 锅体 内锅体 内锅体 外锅体 外锅体 可倾架 可倾架 蜗轮蜗杆传动蜗轮蜗杆传动 当摇 当摇 动手轮时 动手轮时 锅体可在 锅体可在 9090 范围内任意倾斜 范围内任意倾斜 加热夹层 加热夹层 承受 承受 0 3 0 5MPa 0 3 0 5MPa 可 倾 可 倾 式 夹 层 锅式 夹 层 锅 其他型式夹层锅 其他型式夹层锅 固定式锅体 固定式锅体 锅体固定安装锅体固定安装 锅的底部是出料阀锅的底部是出料阀 通 通 过落差或抽料泵进行排料过落差或抽料泵进行排料 带搅拌的夹层锅 带搅拌的夹层

13、锅 主要用于加热粘稠物料或锅体容积大于300 主要用于加热粘稠物料或锅体容积大于300 升搅拌叶片有桨式和锚式等 转速 10 20转 升搅拌叶片有桨式和锚式等 转速 10 20转 分分 第三节 单效真空浓缩机械与设备 第三节 单效真空浓缩机械与设备 1 中央循环管式浓缩锅 1 中央循环管式浓缩锅 标准式蒸发器标准式蒸发器 是一种非 是一种非 膜式自然循环蒸发器 膜式自然循环蒸发器 结构 结构 加热室 加热室 蒸发室蒸发室 蒸发室 蒸发室 要有足够的高度和空间使汽液分 要有足够的高度和空间使汽液分 离 高度 为加热管长度的离 高度 为加热管长度的1 1 1 5倍倍 加热室 加热室 中央 中央 循

14、环管 循环管 加热管 加热管 高度0 6 2m 高度0 6 2m 管径管径25 75mm 截面积为其他加热管总 截面积为其他加热管总 面积面积40 100 工作原理 工作原理 加热蒸汽 加热蒸汽 中央循环管 中央循环管 加热管束 加热管束 直径大 传热面积小 直径大 传热面积小 直径小 传热面积大 直径小 传热面积大 料液重度大 料液重度大 料液重度小 料液重度小 溶液 溶液 自然循环 自然循环 特点 特点 循环速度不大 循环速度不大 沸点高沸点高 清洗和维修不方便 清洗和维修不方便 2 盘管式浓缩锅 2 盘管式浓缩锅 是一种非膜式自然循环蒸发器 是一种非膜式自然循环蒸发器 结构 结构 锅体锅

15、体 长圆筒形长圆筒形 分上下段 分上下段 中 中 间用间用法兰法兰连接连接 两端为椭圆 两端为椭圆 形盖 锅体外焊有加强圈形盖 锅体外焊有加强圈 盘管盘管 4 5盘分层排列 每盘盘分层排列 每盘 1 3圈圈 均有单独的蒸 均有单独的蒸 汽进口和疏水器汽进口和疏水器 盘管 盘管 均匀 热能的效率高均匀 热能的效率高 先将料液由锅体切线方向加入先将料液由锅体切线方向加入 待盘管全部浸没后待盘管全部浸没后 自下而上打 自下而上打 开蒸汽阀门开蒸汽阀门 应当控制好进料 应当控制好进料 量量 并与蒸发速度相等并与蒸发速度相等 保持一 保持一 定的液位定的液位 当液面降低当液面降低 盘管露 盘管露 出时出

16、时 则应关闭该层的加热盘管 则应关闭该层的加热盘管 阀门阀门 调节加热面调节加热面 控制好加热 控制好加热 温度温度 避免产生结垢避免产生结垢 焦管 焦管 工作过程工作过程 传热面积小传热面积小 料液循环差料液循环差 盘管表面易结垢 盘管表面易结垢 生产能力有限生产能力有限 二次蒸汽未能很好利用 二次蒸汽未能很好利用 仅适 仅适 用于中小型工厂粘度大物料的浓缩 用于中小型工厂粘度大物料的浓缩 特点 特点 优点 优点 缺点 缺点 结构简单 结构简单 操作方便操作方便 传热系数高 清洗方便传热系数高 清洗方便 第三节 单效真空浓缩机械与设备 第三节 单效真空浓缩机械与设备 1 带搅拌的夹套式真空浓缩锅 1 带搅拌的夹套式真空浓缩锅 结构 结构 上上 下锅体组成 下锅体的 下锅体组成 下锅体的 底部为夹套底部为夹套 内通蒸汽内通蒸汽 锅 锅 内有横轴式搅拌器 内有横轴式搅拌器 操作过程 操作过程 先往锅内通入加热蒸汽赶走空气先往锅内通入加热蒸汽赶走空气 然后开动抽真空系统然后开动抽真空系统 造成锅内真 造成锅内真 空空 当料液被吸入锅内当料液被吸入锅内 达到容量 达到容量 要求后要求后 开启