第八章浓缩机械与设备

套内的蒸汽进行加热，在搅拌器的强 制性翻动下，料液形成对流而受到较 了加热器表面料液的流动，减少 为均匀的加热，并释放出二次蒸汽。 了加热死角，适宜于果酱、炼乳 二次蒸汽从上部抽出。
等高黏度料液的浓缩。 夹套式蒸发器的特点
夹套式蒸发器
一、蒸发器
蒸发器是真空蒸发浓缩系统的主 （一）夹套式蒸发器 体，由加热室与分离室两部分构 成，料液在此受到加热发生汽化，（二）盘管式蒸发器 产生浓缩液和二次蒸汽。 物料蒸发浓缩往往需要考虑其热 敏性、结垢性、发泡性、结晶性、（四）长管式蒸发器 黏滞性等特点，要求的浓缩程度 也不一致，因此蒸发器有多种形 （五）刮板式蒸发器 式。 蒸发器的分类
离室，在离心力作用下两者产生分离，浓缩液 从分离室底部排出，二次蒸汽则从顶部排出。
特点
1.升膜式蒸发器
蒸汽由加热器上部引入，而物料由下部进 入，因此蒸汽与物料在加热器内呈逆流。 优点：料液在加热室内停留时间很短，传热 系数高，适用于热敏性料液浓缩；高速二次 由于从下面进料，所以为防止静压效应引 蒸汽具有良好的破沫作用，故尤其适用于易 起的沸点升高，进入蒸发器的料液温度应 起泡沫的料液。 控制在接近沸点。 缺点：一次浓缩比不够大，因此一般组成双 工作过程 效或多效流程使用；由于薄膜料液的上升必 须克服自身重力与管壁的摩擦阻力，故不适 特点 用于处理高黏度、易结垢或易结晶的溶液。
分类
外加热式蒸发器的特征是加热室和分离室分开。
根据物料在加热室与分离室间循环的方式，可分 为强制循环式和自然循环式两种。
自然循环外蒸发器 如图所示。除无循环泵 以外，基本构成与强制 循环式相同。但加热室 只能垂直安装。
（三）外加热式蒸发器
分类 操作过程 优缺点
用途
操作过程
两种外加热式蒸发器均可以连续方式 操作，也可以间歇方式操作。连续操作时， 最初的一段时间为非稳定期，这时不出料， 当循环内料液浓度达到预定浓度时，通过 离心泵抽吸出料。间歇操作时，最终出料 的体积不得小于加热室与分离室最少能循 环的容积。
工作过程 分离，二次蒸汽由分离室顶部排出，浓缩液则由
底部抽出。降膜式的料液经蒸发后，流下的液体
特点 基本达到需要的浓度。
2.降膜式蒸发器
结构如图所示，其分离室位于加热
室的下方。加热室项部有布膜器 （1）加热蒸汽与料液呈并流方式。 （又称料液分布器），其作用是使
（三）外加热式蒸发器
分类 操作过程 优缺点
用途
优缺点
优点：蒸发器的加热室与分离室分开后，可调节两
者之间的距离和循环速度，使料液在加热室中不沸腾， 而恰在高出加热管顶端处沸腾，加热管不易被析出的 晶体所堵塞；分离室独立分开后，形式上可以做成离 心分离式，从而有利于改善雾沫分离条件；此外，还 可以由几个加热室合用一个分离室，提高了操作的灵 活性；自然循环外加热式蒸发器的循环速度较大，可 达1.5 m/s，而用泵强制循环的蒸发器，循环速度还要 大；这种蒸发器的检修、清洗也较方便。
（三）外加热式蒸发器
（六）离心薄膜蒸发器
蒸发器的分类
蒸发器按料液流程可分为循环式（有 自然循环式与强制循环式之分）和单程式； 按加热器结构可分为夹套式、盘管式、中
央循环管式、升膜式、降膜式、片式、刮
板式、离心外加热式浓缩器等。
一、蒸发器
蒸发器是真空蒸发浓缩系统的主 （一）夹套式蒸发器 体，由加热室与分离室两部分构 成，料液在此受到加热发生汽化，（二）盘管式蒸发器 产生浓缩液和二次蒸汽。 物料蒸发浓缩往往需要考虑其热 敏性、结垢性、发泡性、结晶性、（四）长管式蒸发器 黏滞性等特点，要求的浓缩程度 也不一致，因此蒸发器有多种形 （五）刮板式蒸发器 式。 蒸发器的分类
结构
工作过程
特点
一、蒸发器
蒸发器是真空蒸发浓缩系统的主 （一）夹套式蒸发器 体，由加热室与分离室两部分构 成，料液在此受到加热发生汽化，（二）盘管式蒸发器 产生浓缩液和二次蒸汽。 物料蒸发浓缩往往需要考虑其热 敏性、结垢性、发泡性、结晶性、（四）长管式蒸发器 黏滞性等特点，要求的浓缩程度 也不一致，因此蒸发器有多种形 （五）刮板式蒸发器 式。 蒸发器的分类
升膜式、降膜式和升降膜式蒸发器
（四）长管式蒸发器
对热敏性成分保留有较严要求的产品，应当采用单程式蒸发
器，料液只通过其加热室一次即达到需要的浓度。
一般结构特点与类型
升膜式蒸发器 降膜式蒸发器
升降膜式蒸发器
1.升膜式蒸发器
预热后接近沸点的料液从加热室底部进入， 自下而上流动。在加热作用和减压状态下，部
（三）外加热式蒸发器
（六）离心薄膜蒸发器
（三）外加热式蒸发器
分类 操作过程 优缺点
用途
分类
外加热式蒸发器的特征是加热室和分离室分开。
根据物料在加热室与分离室间循环的方式，可分 为强制循环式和自然循环式两种。
强制循环外蒸发器如 图所示，主要由列管式加 热器、分离室和循环泵等 构成。需要指出的是，这 种蒸发器的加热器，除了 如图中所示可水平安装以 外，还可以垂直安装或倾 斜安装。
由于从下面进料，所以为防止静压效应引起的 分料液迅速气化，产生二次蒸汽，并以 蒸汽由加热器上部引入，而物料由下部进入，
因此蒸汽与物料在加热器内呈逆流。
80~200m/s的速度带动浓缩液沿管内壁成膜
近沸点。
沸点升高，进入蒸发器的料液温度应控制在接
状上升。在加热室顶部，达到所需浓度的浓缩
液与二次蒸汽的混合物，以较高的速度进入分 工作过程
第一节 常压蒸发设备
麦芽汁煮沸锅
夹套加热式
内置加热式
列 管 式 内 加 热 器 的 煮 沸 锅
具 两 段 内 加 热 器 的 煮 沸 锅
第二节 真空蒸发浓缩设备
真空蒸发浓缩设备主要由蒸发器、冷凝器及真空系统
等构成。具体形式较多，主要差异表现在蒸发器的形
式和效数、二次蒸汽利用以及操作连续性等方面。 真空蒸发浓缩设备特点
（四）长管式蒸发器
对热敏性成分保留有较严要求的产品，应当采用单程式蒸发
器，料液只通过其加热室一次即达到需要的浓度。
一般结构特点与类型
升膜式蒸发器 降膜式蒸发器
升降膜式蒸发器
2.降膜式蒸发器
结构如图所示，其分离室位于加热
室的下方。加热室项部有布膜器
（又称料液分布器），其作用是使 料液在加热管内均匀成膜并阻止二
（三）外加热式蒸发器
（六搅拌式真空浓缩锅，属于间歇 式中小型浓缩设备。 这种蒸发器的加热面积小， 如图所示，主要由圆筒形夹套壳体、 料液温度不均衡，加热时间长， 犁刀式搅拌器、汽液分离器等组成。 被浓缩的料液投入锅内，通过供入夹 料液通道宽，通过强制搅拌加强
（三）外加热式蒸发器
（六）离心薄膜蒸发器
（四）长管式蒸发器
对热敏性成分保留有较严要求的产品，应当采用单程式蒸发
器，料液只通过其加热室一次即达到需要的浓度。
一般结构特点与类型
升膜式蒸发器 降膜式蒸发器
升降膜式蒸发器
一般结构特点与类型
长管式蒸发器一般采用内径25~50mm，长径比为 100~150 的长管制成。 由于长径比大，单位体积料液的受热面积较大，因而， 料液进入加热器后很快汽化而使浓缩液呈膜状在管内移 动，因此这种蒸发器也是典型的膜式蒸发器。 长管式蒸发器可以分为升膜式、降膜式和升降膜式蒸发 器。
生物工程设备
第六章 蒸发与结晶设备
第四章 蒸发与结晶设备
常压与真空蒸发设备 结晶设备
常压与真空蒸发设备
生物工业中的蒸发设备 蒸发设备基本要求
第一节 常压蒸发设备 第二节 真空蒸发浓缩设备
生物工业中的蒸发设备
蒸发浓缩可以采用真空蒸发浓缩设备、 冷冻浓缩设备和膜浓缩设备等。
目前，使用最广泛的蒸发浓缩设备是真 空蒸发浓缩设备。
冷冻浓缩设备对于含热敏性和挥发性成 分料液的浓缩有很大吸引力。 膜浓缩设备本质上是膜分离设备。
蒸发设备的基本要求
蒸发设备必须满足的基本要求：
1.充分的加热热源，以维持溶液的沸腾和补充溶剂 汽化所带走的热量；
2.保证溶剂蒸汽，即二次蒸汽的迅速排除；
3.一定的热交换面积，以保证传热量。
蒸发设备一般由热交换器（汽鼓）、蒸发室、冷 凝器和抽气泵等组成。
结构如图所示，其分离室位于加热 液体在重力作用下经料液分布器进入加热管， 室的下方。加热室项部有布膜器 然后沿管内壁成液膜状向下流动，由于单位体积 （又称料液分布器），其作用是使 料液的受热面积大，所以料液很快沸腾汽化，又
由于向下加速，克服的流动阻力比升膜式小，产 料液在加热管内均匀成膜并阻止二
生的二次蒸汽能以很高的速度带动料液下降，所 次蒸汽上升。 以传热效果好。汽液混合物进入蒸发分离室进行
次蒸汽上升。
工作过程
特点
料液布膜器
这种蒸发器操作关键是使料液在加热管内均匀布膜。下图为几种常用
的布膜器。图中（1）的导流管是有螺旋形沟槽的圆柱体；（2）的导流 管下端锥体端面向内凹入，以免液体再向中央聚集；（3）是利用加热管
上端管口的齿缝来分流液体；（4）是靠管子上端的旋液器分流液体。
料液布膜器
2.降膜式蒸发器
（三）外加热式蒸发器
（六）离心薄膜蒸发器
加热室 工作过程 盘管式蒸发器的特点 （二）盘管式蒸发器 结构
加热室设有3~5 工作时，料液沿锅体切线方向通过进料管进入锅内。外 优点：结构简单、制造方便、操作稳定、易于控制；盘管为 层盘管间料液受热后体积膨胀而上浮，盘管中部位的料 主要由盘管加热器、蒸发室、泡沫捕集器、进出料 组加热盘管，分层排 液，因受热相对较少，密度大，自然下降回流。从而形 扁圆形截面，液料流动阻力小，通道大，适于黏度较高的液料； 阀及各种控制仪表所组成。 列，每盘 1~3圈，各 成了料液沿外层盘管间上升，又沿盘管中心下降回流的 锅体为立式圆筒密闭结构，上部空间为蒸发室，下 由于加热管较短，管壁温度均匀，冷凝水能及时排除，传热面 自然循环。蒸发产生的二次蒸汽从浓缩锅上部中央排出， 组盘管分别装有可单 部空间为加热室。 利用率较高；便于根据料液的液面高度独立控制各层盘管内加 二次蒸汽中夹带的料液雾滴在捕集器的作用下被分离下 独操作的加热蒸汽进 降流回锅中。当浓缩锅内的物料浓度经检测达到要求时， 泡沫捕集器为离心式，安装于浓缩锅的上部外侧。 热蒸汽通断及其压力，以满足生产或操作的需要。 即可停止加热，打开锅底出料阀出料。 泡沫捕集器中心立管与真空系统连接。 口及冷凝水出口，进 缺点：传热面积小，液料对流循环差，易结垢；料液受热时 操作过程中，不得往露出液面的盘管内通蒸汽，只有液 出口布臵有两种。 盘管的进出口布臵 间长，在一定程度上对产品质量有影响。 料淹没后才能通蒸汽。由于盘管结构尺寸较大，加热蒸 汽压力不宜过高，一般为0.7~1.0MPa。