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1、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7590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
2、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。,4,1、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,第一节概述,5,1）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：,6,浓缩目的： (1)作为干燥
3、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。,7,1.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： 加热蒸汽与沸腾液体之间的温度差可以增大； 可利用压强较低的蒸汽作为加热介质； 使浓缩设备的热损失减少。 缺点： 增加附属设备及动力，成本
4、高； 热量消耗大。,9,2、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,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110r/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,13,ZN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。,14,WZ 1
5、1 500-2000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
6、花纹不锈钢薄板，设备在车间显得更为豪华美观。,15,0-5000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：可以回收酒精浓度80%左右。一效、二效、三效可以反复并锅收膏。可以间歇连续
7、进料。,16,3、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,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,18,WZN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,
8、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。,21,BM2.2-60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。,22,1、物料自身的特性 热敏性：酶、番茄酱等 后果：
9、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
10、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,25,2、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,26,5、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；,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
11、、结构简单，操作方便，传热系数高，操作控制容易；,28,4、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。,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25mm75mm),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
12、出口、二次蒸汽出口,32,4）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1.11.5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
13、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,
14、36,盘管式真空浓缩锅,37,1.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： 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； 操作方便，容易掌握； 易损件少，维护简单； 每一批的产品质量均匀一致； 设备制造工艺简单，使用钢材少。,39,其缺点：,间歇操作，生产效率低； 物料受热时间长，影响产品质量； 料液循环差，传热系数低； 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； 冷却水用量大； 盘管表面易结
15、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。,40,2.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45盘分层排列每盘
16、13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。,45,1）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,
