第六章 真空浓缩设备

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
外循环 连续式真空浓缩机
生产能力：1000 kg/h
单元操作：蒸发
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100—l60/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10—20s。 • 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。
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 ； 进料量：1210kg／h（进料总乳固体含量 25.65％); 生产率：410kg／h（出料总乳固体含量74％); 蒸汽耗量：465（kg／h）（蒸汽表压 800KPa); 耗水量：水压300kPa（表压),22℃15m3/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。
四、真空泵 （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 30％～50％。 真空度较低，为2.0～ 4.0kPa。
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 2～3S。 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。
第五节 选
一、选型要求和应考虑的因素
型
• （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。
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、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）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1200kg／h； • 杀菌条件为86—92℃保温24s； • 一效加热温度为83～90℃； 一效蒸发温度为70～75℃； • 二效加热温度为68～74℃； 二效蒸发温度48～52℃； • 物料受热时间为3min； • 蒸汽压力（表压）为500kPa；蒸汽消耗量为 620kg／h； • 冷却水耗量为12t/h。
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 34m/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．
顺流式双效降膜真空浓Βιβλιοθήκη Baidu设备
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 料液 温度：73 加热 温度：84 2效 48 70
0C
0C
加热 面积：23.6 12.2
m2
成品浓度：45％－50％
单元操作：蒸发
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3600～4000kg／h； • 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)； • 蒸汽消耗量为 800kg／h； • 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。
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 300L／h，
蒸汽耗用量 340kg／h，
蒸汽压力＜196kPa， 真空度 82．9～88.0kPa。
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。
完成液
原料液
二次蒸汽
冷凝水
加热蒸汽
单元操作：蒸发
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2.5～3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。
板式浓缩装置
4效
1效
2效
3效
板式四效蒸发器
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。
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。 • （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。
(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：
①溶解于冷却水中的空气。 ②料液中分解的气体。 ③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。
多效真空浓缩操作流程（三效为例）
二次蒸汽
加热蒸汽 １效 ２效 ３效 完成液
料液
冷凝水
冷凝水
冷凝水
并流（顺流） ３效蒸发流程图
单元操作：蒸发
二次蒸汽
加热蒸汽 １效 完成液 ２效 ３效 料液
冷凝水
冷凝水 逆流 ３效蒸发流程图
冷凝水
单元操作：蒸发
二次蒸汽
加热蒸汽 １效 ２效 ３效
料液
完成液 冷凝水 冷凝水
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
•
（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。
（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
第四节 多效真空浓缩设备
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：300－1000kg/h 加热面积：3－10 m2
单元操作：蒸发
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。
2、喷射式冷凝器 安装要求： • ①水泵至喷射器冷却水入 口的管路，尽量减少管件 和弯头，减小阻力损失； • ②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； • ③各接口要求严密，避免 泄漏； • ④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
完成液 冷凝水
完成液
平流 ３效蒸发流程图
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
料液 温度：72 加热 温度：143 加热 面积： 15
2效
57 72
3效
42 57
0C
0C
200
150 m2
成品浓度：5％－28％
单元操作：蒸发
一、顺流式双效降膜真空浓缩设备
升膜式蒸发器动画
六、降膜式蒸发器
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； ②料液的沸点均匀，有效温差较大， 传热效果好，节约蒸汽。 ③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； ④清洗方便； ⑤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。
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
主要内容：
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
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。