1、第六章 真空浓缩设备,内蒙古农业大学食品科学学院陈忠军 副教授,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、蒸发设备选型,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。 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。(二)按料液流程分：1、
2、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。,单元操作：蒸发,
3、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、中央循环管式蒸发器,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。,中央循环管蒸发器动画,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
4、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,强制循环蒸发器动画,强制循环蒸发器,这是烧碱厂的强制循环蒸发器,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。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
5、量需严格控制。,升膜式蒸发器动画,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：,降膜式蒸发器动画,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。,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
6、短，2s左右，液流分布均匀，不易结垢。传热系数高。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
7、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
8、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,蒸汽喷射泵,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。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
9、泵,（一）往复式真空泵,（二）水环式真空泵（水环泵）,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
10、； 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
11、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,
12、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
13、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)；
14、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 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。
15、,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。
16、（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。,（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。,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、能根据工艺要求，进行蒸发设备选型,本章重点内容及要求：,Thanks,
