第八章_蒸发浓缩设备

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二、浓缩设备的分类
1、按压力分：
常压浓缩设备：蒸发面为常压；
真空浓缩设备：蒸发面上气化后处于负压状态， 其特点见教材P175。
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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
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3、按料液的流程分：
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2、类型与结构特点
碰撞型：二次蒸汽流经通道上，设有若干挡板， 改变夹带液滴运动方向，与挡板碰撞，沿挡 板面流下，从而分离汽液。
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离心型：二次蒸汽沿分离器的壳壁成切线方向导 入，气流产生回转运动，液滴在离心力作用 下被甩到分离器的内壁，并沿壁流下回到蒸 发室内，二次蒸汽由顶部出口管排除。
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4、结构合理紧凑，操作清洗更换方便，且安全可靠
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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；
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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、结构简单，操作方便，传热系数高，操作控制 容易；
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特点
A、优点：
1）体积小，结构紧凑，加热面Fra bibliotek可随意调整；2）加热时间短；
3）热敏性物料的适应性好，如牛奶、果汁等； 4）具有升膜和降膜的特点，传热系数高。
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B、缺点：
1）密封垫片易老化而产生泄漏； 2）适用压力有限；
3）对粘度大的物料适应性差。
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第二节
真空浓缩装置的辅助设备
本体：蒸发器 附属设备：汽液分离器、
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2、分类
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。
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3、升膜式蒸发器
与中央循环管式浓缩锅的区别： 中央循环管式浓缩锅的料液是依靠传热产 生的重度差排浓缩液，液面上的二次蒸汽靠负压 排出。而升膜式蒸发器是依靠膨胀的二次蒸汽产 生向上的升力，二次蒸汽浓缩液进入分离器。
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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
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料液分布器：
导流管 筛板或喷嘴 旋液喷头
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a、筛孔板式 b、喷雾型 c、锯齿形导流管 d、螺旋沟槽导流管 e、典型导流管 f、筛孔板与导流管 结合 g、旋液型
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5、升降膜式蒸发器
两组加热管：一组升膜，另一组降膜
料液先进入升膜式加热管，沸腾蒸发后，汽液混 合物上升至顶部，然后转入另一半加热管，再 进行降膜蒸发。浓缩液从底部进入汽液分离器 分离后，二蒸汽从分离器上部排入冷凝器，浓 缩液从下部排出。
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第八章
小结与思考题
1、蒸发的概念和蒸发的必要条件是什么？
2、简述蒸发浓缩设备的分类和蒸发浓缩设备的选 择依据，蒸发浓缩设备的一般由哪几部分构成。 3、单效真空浓缩设备的特点是什么？ 4、简述中央循环管式浓缩锅的基本结构和工作原 理。
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5、简述液膜式蒸发浓缩设备的特点及其分类；
6、说明汽液分离器的作用、类型和相关特点； 7、论述升膜式和板式蒸发器的结构、特点及工作 过程。
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结构
加热管（蒸发器）： 直径为30mm-50mm 的管子，长径比为 100－150
汽液分离器：
碰撞型
离心型 过滤型
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进口：蒸汽进口、料液进口 出口：浓缩液出口、二次蒸 汽出口、冷凝水出口
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特
点
A、一般为单流型，即料液经一次浓缩基本达到 成品浓度而排出；
B、管内静液面低，由静压头产生的沸点升高很 小；
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混合室：冷凝水和不凝性 气体随冷水排出；
扩散室：热交换冷凝水； 附件：挡板、排水管、冷 却水出口、冷水进口等
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B、工作原理
工作时，借助离心水泵的动力，将水压入喷嘴， 由于喷嘴处的截面积突然变小，水流以高速（达 15-30m/s）射入混合室和扩散室，这样在喷嘴出 口处便形成负压，二次蒸汽不断被吸入，并与冷 水进行热交换，二次蒸汽凝结为冷凝水，同时夹 带不凝性气体，随冷水一起排出，这样既达到冷 凝，又起到抽真空的作用。
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到管顶部呈喷雾状，以较 高速度进入汽液分离器，二次 蒸汽从分离器顶部排出，浓缩 液达到浓度要求从分离器底部 排出，未达到浓度要求再次由 下导管送到底部再次加热蒸发。
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注意事项
1）操作时，应严格控制进料量，防止管壁结焦 现象发生；
2）料液一般先预热到沸点状态进入加热器体， 以增加液膜比例，提高沸腾和传热系数； 3）各管路密封性能要好，连接可靠； 4）定期对密封垫进行更换和检查。
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结晶性 后果：浓度增加时 晶粒析出 传热 措施：夹套带搅拌浓缩器或强制循环
粘滞性：
后果：浓度增大 腐蚀性 措施：不锈钢、石墨加热管或耐酸搪瓷夹层蒸发器
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粘度增大
流速
传热
措施：选用强制循环，刮板式或降膜式
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；
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特点：
符合物料的要求，初进入，浓度低，速度快，容 易达到升膜要求，初步浓缩后，在降膜式中受重 力作用下能沿管壁均匀分布形成薄膜。
先升后降，有利于液体均布，加速湍动和搅动， 进一步提高传热效果。
升膜控制降膜的进料分配
串联可提高产品的浓缩比，减低设备高度
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6、板式蒸发器
结 构
板式加热器：4片传热板 组成一个板单元； 汽液分离器：离心式 （二次蒸汽和浓缩液 在一起）
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3）低水位冷凝器
降低大气式冷凝器的 高度，依靠抽水泵来排出 冷凝水。其特点是降低了 安装高度，可在室内安装， 且具有气压式冷凝器的优 点，但由于配有抽水泵， 且管路严密和较高的真空 吸头，其投资大。
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4）水力喷射器
A、结构
喷嘴：产生高速水流和形 成负压，吸二 次蒸汽，同圆心排列； 吸气室：喷嘴出口处，负 压吸二次蒸汽；
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4、降膜式蒸发器
与升膜式一样，都属于自然循环的液膜式蒸发 浓缩设备，构造与升膜式相似，主要区别是料液 由加热器顶部加入，液体在重力作用下，沿管内 壁成液膜状向下流动，由于向下加速，克服加速 压头比升膜式小，沸点升高也小，且加热蒸汽与 料液温差大，所以传热效果较好。
关键：使料液均匀分布于各加热管
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板式蒸发器的传热组合
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加热板间蒸汽与物料之流程
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进料管道：蒸汽进口、 料液进口；
附件：密封圈、调节板、 紧固件和支架等。
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板式蒸发器
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工作过程
料液经泵的作用强制通入板式加热器体，在 流经升膜和降膜段时受加热蒸汽的作用，通过 板壁对料液加热浓缩，产生的浓缩液和二次蒸 汽由底部通入汇集槽机出口通入分离器，分离 浓缩液和二次蒸汽，分别从各出口排出，其中 冷凝水由冷凝水出口排出。
1）大气式冷凝器（又 称干式高位逆流冷凝器） 二次蒸汽由冷凝器的 下侧进入，向上通过隔 板间隙，与从冷凝器上 部进入的冷水逆流接触 冷凝，
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不凝气体由上端排除， 进入汽液分离器，将液 滴分离后，再被抽真空 装置吸取排入大气中， 应用广泛。
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2）表面式冷凝器
通过管壁间接加热， 加之壁垢的存在，两边 的温差大，其冷却水利 用浪费大，应用较少。
第八章
食品浓缩机械与设备
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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) 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；
难点：中央循环管式浓缩设备的工作原理。
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一、有关概念
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。
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蒸发过程的完成有两个必要条件：
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；
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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、冷凝水出 口、二次蒸汽出口
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4）蒸发室：料液液面上 部圆筒空间—汽液分离， 防止料液被二次蒸汽带走 5）附件：人孔、仪表、 取样口及视镜等。
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单效真空浓缩锅
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（四）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；
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C、注意事项
要求离心水泵压力稳定，停止操作时，应先破坏锅 内的真空度，避免冷水倒灌至浓缩锅内。
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D、特点
a）兼有冷凝和抽真空的作用，不需配抽真空装置；
b）结构简单，喷嘴无机械运转，造价低，不需经常 检修； c）适用于抽腐蚀性气体； d）消耗功率比大气式和表面式冷凝器要小； e）不能获得高的真空度，且随水温的变化而变化。