食品浓缩机械与设备

单元操作：蒸发
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：体积大、结构简单、 操作稳定、蒸发速度
快、间歇出料
型号：1000型 700型 300 型
蒸发量：300－1000kg/h
加热面积：3－10 m2
三、标准式浓缩锅
• 中央循环管式浓缩锅。 • 加热室中中央循环管的截
• 4.泡沫性
• 某些食品物料沸腾时要形成稳定的泡沫， 特别是真空蒸发和液层静压高的场合下更 为显著。
• 泡沫易被二次蒸汽带走，一方面污染其他 加热设备，另一方面，增加产品的损失， 严重时会造成不能操作。
• 一般，可使用表面活性剂以控制泡沫的形 成，也可用各种机械装置以消灭泡沫。
• 5.腐蚀性
• 特别是酸性食品，如果汁、蔬菜汁的浓缩， 设计蒸发器必须考虑腐蚀性问题，对于食品， 即使是轻度的腐蚀，其所引起污染往往为产品 规格所不允许。一般蒸发器接触液体部分多采 用不锈钢结构。
二、基本结构
加热室、蒸发室所组成的蒸发器，除沫器，冷凝器及真空 装置。
六 真空浓缩装置操作流程
• 1.单效真空浓缩装 置：
• 是由一台浓缩罐、 冷却器和真空泵组 成的。目前，果酱 类生产中，采用这 种流程较多。
2.多效真空浓缩流程
• 1） 并流法 • 2) 逆流法 • 3) 平流法 • 4) 混流 • 5) 有额外蒸汽引用的多效蒸发流程
全厂耗汽量和燃料耗用量。
• 3.设备结构的要求
• 1）在一定容积内尽量增大其加热面积， 以减少金属耗量和占地面积；
• 2）蒸发效能好，具有较高的传热系数， 热能利用率高；
• 3）结构简单，制造、安装、维修和清洗 方便；
第一节 真空浓缩设备
真空浓缩原理和特点
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) 设备热损失相对少。 (5) 真空系统投资大，功耗大。 (6) 沸点降低，蒸发潜热增大。
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。
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。
• 特点：
• 随着料液向前流动，浓度愈来愈高，而蒸发温 度也愈来愈高。故黏度增加没有顺流的显著。 这对改善循环条件，提高传热系数有利。
• 但高温加热面上浓溶液的局部过热有引起结焦 和营养物质破坏的危险。
• 效间料液流动要用泵，没有自蒸发，水分蒸发 量稍减。
• 适宜处理黏度随温度和浓度变化较大的溶液， 不宜处理热敏性物料。
结晶。 • 目前这类设备在乳品、果汁等食品工业中应用最广。
七、刮板式蒸发器
• 有立式、卧式两类。 • 有固定刮板式和活动
刮板式两种。
• 加热时间为2～45S。 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。
• 在食品工业中，常用于浓缩果汁、果酱、浓缩乳、 功能食品等的生产。
• 浓缩方法从原理上说分为：平衡浓缩和非平衡浓 缩两种方法。
• （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，如蒸发浓缩和冷冻浓缩即属此法。
• 其中蒸发是利用溶剂和溶质挥发度的差异，从而获 得一个有利的汽液平衡条件，达到分离的目的，在 实践上是利用加入热能使部分溶剂汽化，并将此汽 化水分从余下的被浓缩溶液中分离出去，这种方法 目前仍然是食品工业最广泛应用的一种浓缩方法。
• 高粘性物料的蒸发，首先从流体动力学观点看， 有一个层流倾向问题，即使物料受到强烈的搅拌， 传热附近总存在不能忽视的层流内层，这就会严 重影响传热的速率。同时，由于上述原因，也还 会产生结垢，局部停留时间等一系列问题。
• 料液的粘稠性随浓度而增加，随着蒸发的进行， 料液的粘度也必然逐渐增加，所以蒸发过程中的 传热速率预期也逐渐降低。对于粘性制品的蒸发， 一般采用由外力强制的循环或搅拌措施。
1）并流法：
• 溶液与蒸 汽的流动 方向相同， 即均由第 一效顺序 至末效。
• 特点：
• 原料液由泵泵入一效罐。由于蒸发室压力由一效 至末效依次递减，故料液在效间流动不需用泵；
• 由于料液沸点依效序递降，因而当前效料液进入 后效时，便在降温的同时放出其显热，供一小部 分水分汽化（自蒸发），可产生更多蒸汽，节省 蒸汽;
六、降膜式浓缩设备
• 与升膜式浓缩设备结构 相似，其主要区别是料 液从加热器顶部加入， 经分配器导流管分配进 入加热管，沿管壁呈膜 状向下流，故称降膜式。
• 为使料液能均匀分布各 管道，并沿管内壁下流， 在管的顶部或管内安装 有降膜分配器。
• 降膜式浓缩设备特点
• ①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；
• 6. 结晶性
• 有些溶液在浓度增大时，会有粒晶析出， 大量结晶积沉则会妨碍加热面的热传导， 严重时会堵塞加热管。
• 对于这类料液，要选择带搅拌的或强制 循环浓缩器。
四、对蒸发设备的要求
• 1.工艺上的要求 • 1）适应物料性质，符合工艺要求和食
品卫生； • 2）保证达到要求的浓度； • 2.热能利用上的要求 • 合理使用加热蒸汽和二次蒸汽，降低
二、浓缩的目的
• 1.除去食品中大量水分，减少包装，贮藏和 运输费用。
• 例如，100T含5%固形物的番茄榨出汁浓缩至含固形物28%的番茄酱， 重量减至18吨，体积缩小与此相同。这样可大大降低包装，贮藏和运输 费用。
• 2.提高制品浓度，增加制品的保藏性。
• 用浓缩方法提高制品的糖分或盐分可使水分的活度降低，使 制品达到微生物学上安全的程度，延长制品的有效保藏期。
第八章 食品浓缩机械与设备
• 一、浓缩的概念
• 浓缩是从溶液中除去部分溶剂的单元操作，是溶质 和溶剂均匀混合液的部分分离过程，旨在提高溶液 的浓度。
• 浓缩过程中，水分在物料内部借对流扩散作用从液 相内部达液相表面而后除去，最低水分含量约为 30%（质量），一般为稳定状态的过程。
• 常用的浓缩方法：常压浓缩、真空浓缩、冷冻浓缩、 结晶浓缩等。
特点 结构简单，操作控制 容易；传热面积小， 受热时间长，生产能 力低，不能连续工作。
二、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。
• 二次蒸汽进入分离室， 在离心力作用下，使 夹带的液滴与不凝气 体分离，气体排出， 被分离后的料液回流 再进行蒸发。
真空浓缩设备的分类、结构
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。 3、带有热泵的浓缩装置。
(二)按料液流程分： 1、循环式：自然与强制循环。 2、单程式
(三)按料液蒸发时的分布状态分： 1、非膜式：分盘管式浓缩器和中央循环管式浓缩器 2、薄膜式：分为升膜式、降膜式、片式、刮板式、离心 式浓缩器等。
五、升膜式浓缩设备
• 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 100—l60m/s。料液沿管内壁成 膜状上升，并不断蒸发。
• 优点：结构简单,占地少，设备 投资少，生产能力大,传热效率 较高，料液受热时间短，蒸汽消 耗量低,设备检修方便。
• 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， 进料量需严格控制,生产需连续 进行，管子较长,清洗不方便。
• 为了缩短蒸发操作时的加热时间，一方面必须缩 小料液在蒸发器内的平均停留时间，另一方面， 还要解决局部性的停留时间问题。关于这一点， 目前已发现长管膜式蒸发器在物料停留时间问题 上具有很大的优点，从而在食品工艺上获得广泛 的应用。
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• 2.粘稠性
• 许多食品含有丰富的蛋白质、糖份、果胶等成分， 其粘稠性较高。
• 3.满足食品加工过程的工艺要求，浓缩经常 用作干燥脱水或结晶的预处理过程。
• 这种情况特别适用于原液含大量水分，而用浓缩法排除这 部分水分比用干燥法更为节约时，如制造奶粉时，牛奶先 经预浓缩至固形物45%~52%以后再进行干燥。
• 4.在浓缩过程中，可提取果汁中的芳香物质。
三、食品物料蒸发浓缩的特点：
• ②料液在加热管表面形成膜状，传热系数高，并可避 免泡沫的形成；
• ③采用热泵，热能经济，冷却水消耗量少； • ④利用二次蒸汽作为热源，由于其夹带微量的料液液
滴，加热管表面易生成污垢，影响传热； • ⑤加热管长度较长，如有结焦，清洗困难，不适宜于
高浓度及粘稠性物料的浓缩； • ⑥生产过程中，不能随意中断生产，否则，易结垢或
• 3.结垢性：
• 蛋白质、糖、果胶等受热过度会产生变性、结 块、焦化等现象。通常在传热面附近，物料温 度最高。发生这种现象就会在传热壁上形成污 垢，严重影响传热速率.
• 解决结垢问题的积极措施就是提高液速，经验 证明，在其他条件相同时，提高液速，可显著 减轻污垢的形成，这是由于高液速的洗刷作用 所致。因此在可能发生严重结垢现象的情况下， 采用强制循环法是有效的。另外，对不可避免 的结垢问题，必须有定期的清理措施。
• 冷冻浓缩是利用有利的液固平衡条件， 冷冻浓缩时，部分水分因放热而结冰， 而后用机械方法将浓缩液与冰晶分离。 蒸发和冷冻浓缩，两相都是直接接触的， 故称平衡浓缩。
• （2）非平衡浓缩
• 是利用半透膜来分离溶质和溶剂的过程， 两相用膜隔开，因此分离不是两相的直 接接触，故称非平衡浓缩。利用半透膜 的方法不仅可以分离溶质和溶剂，而且 也可以分离各种不同大小的溶质，因此， 统称为膜分离。
• 料液强制循环，在加热器 出口减压、沸腾，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（35℃），仍可进行操作。 不足是动力消耗大．
外循环 连续式真空浓缩机
生产能力：1000 kg/h
单元操作：蒸发
3)平流法：
• 此法每效都平行 送入原料液和排 出成品。蒸汽的 流向由一效至末 效依次流动。
• 此流程适用于在 蒸发过程中伴有 结晶析出的溶液。
• 顺逆流并用。 此法对黏度相 当高的料液很 有用处。
• 特点：在料液 黏度随浓度显 著增加的场合 下，可采用混 流。
4)混流
5)有额外蒸汽引用的多效蒸发流程
• 所以，许多食品的蒸发要严格考虑加热温度和 加热时间，加热温度和加热时间是不可分割的。 食品蒸发的安全性与此二因素同时相关，这就 是“温时结合”的概念，即把温度和时间作为 统一体来考虑。
• 从食品蒸发的安全性看，力求“低温短时”，但 还要考虑工艺上的经济性。在保证食品质量的前 提下，为提高生产能力，常采用“高温短时”蒸 发。由于料液的沸点与外压有关，低温相应就是 低压，所以真空蒸发是食品工业蒸发应用的显著 特点之一。
• 由于后效溶液浓度较前效大，且温度低，使传热 系数降低，影响传热（末效蒸发困难）。
• (但高浓度料液处于低温)对浓缩热敏食品是有利 的。
2)逆流法：
• 此法料液和蒸汽 流动方向相反， 即原料由最后一 效进入，依次用 泵送入前效，最 后的浓缩制品从 一效排出。蒸汽 由一效进入，一 效蒸汽进入二效， ••••，最后一效蒸 汽进入冷凝器。
• 在多效蒸发流 程中，有时将 一效的二次蒸 汽引出一部分 用作预热蒸发 器的进料，或 用做其他的加 热目的。这种 中间抽出的二 次蒸汽，称为 额外蒸汽。
一、夹套式真空浓缩锅
• 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、糖浆、乳品、
豆浆晶、食用胶等高粘 度料液的浓缩。
• 料液的性质对蒸发有很大的影响，特别 是食品多属生物系统的物料，比一般化 工遇到的物料更为复杂多变，在选择和 设计蒸发器时，要充分认识这种影响。 食品物料的蒸发浓缩具有如下几方面的 特点：
• 1.热敏性
• 生物系统的物料多由蛋白质、脂肪、糖浆、维 生素以及其他许多色、香、味成分所组成，这 些物质在高温下或长期受热时受破坏，变性、 氧化等作用，从而降低产品的质量。