真空浓缩设备食品加工

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五、单效浓缩和多效浓缩
浓缩操作的效数是指二次蒸气被利用的次数。 如果浓缩生成的二次蒸汽不再被用作加热介质，而是直 接送到冷凝器中冷凝的蒸发过程，称为单效浓缩，是浓 缩中最简单的一种方法。如果两个蒸发器串联起来，第 一个蒸发器产生的二次蒸汽引入第二个蒸发器作为加热 蒸汽，第二个蒸发器产生的二次蒸汽送到冷凝器被冷凝 后排出，则称为双效蒸发，它是多效蒸发中最简单的一 种方法。
•原料液
•二次蒸气（被冷凝）
•蒸发器
•完成液
•加热蒸气
•冷凝水
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•1.加热器 2.加热列管 3.中间管 4.分离室 •5.捕沫器 6.冷凝器
蒸发器实质上是一个换热器，如图所示，由 加热室 1和汽液分离器 4两部分组成。加热 室使用的加热介质应用最多的是水蒸汽。通 过换热，使间壁另一侧的物料加热、沸腾、 蒸发浓缩。料液蒸发出的水蒸汽在分离室4 中与溶液分离后从蒸发器上部引出。为防止 液滴随蒸汽带出，一般在分离器上都设有除 沫装置5。从蒸发器抽出的蒸汽称为二次蒸 汽，便于同加热蒸汽相区别。二次蒸汽进入 冷凝器6冷凝，冷凝水从下部排出，二次蒸 汽中的不凝性气体由真空泵抽出。浓缩后的 完成液由蒸发器底部排出。
•饱和区 •沸腾区
•预热区
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•降 •膜 •式 •蒸 •发 •器
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小结
• 1、概念 • 浓缩 真空浓缩 加热蒸汽 二次蒸汽 不凝性气
体 雾沫挟带 闪蒸
• 2、浓缩的目的及基本过程 • 3、真空浓缩的优点 • 4、蒸嘎旗的分类 • 5、升膜蒸发的原理
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管板焊接于壳体，管子、管板和壳体焊在一起。物料走列管内，列管外、壳体内走加 热蒸汽。
• 乳品厂中使用的蒸发器都是非循环型的，物料在蒸发器内经过一次加热、汽化和分离，
离开时即达到要求的浓度。料液一般不打循环，在加热器内停留时间短，这对热敏性 物料的蒸发有利。这类蒸发器加热室中液体多呈膜状流动，因此又通称为膜式蒸发器。
• 间接式冷凝器的特点：冷却水可回收利用，但
价格较高，用水量大，传热效率低。
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（二）直接式(混合式)冷凝器
• 直接式冷凝器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、孔板式冷凝器：冷凝器是一个用钢板制成的圆筒，
直径为400-2,000mm。高度为1,200—5,000mm。 如图所示，内装有若干块钻有许多小孔的淋水板，淋 水板为交替放置的圆缺型或交替放置的盘环型。冷却 水自上引入，经淋水板小孔穿流而下，同时也经板边 缘溢流而下，二次蒸汽自下而上与冷却水逆流接触， 换热冷凝。混合的冷却水和冷凝水由下部排出，不凝 性气体由上方排出。
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• 多效蒸发是将多个蒸发器串联起来的系统，后
效的操作压力和沸点均较前效低，仅在压力最 高的首效使用生蒸汽作加热蒸汽，产生的二次 蒸汽作为后效的加热蒸汽，亦即后效的加热室 成为前效二次蒸汽的冷凝器，只有末效二次蒸 汽才用冷却介质冷凝。可见多效蒸发明显减少 加热蒸汽耗量，节约了热能，也明显减少冷却 水的耗量。
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2020/11/29
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§7-1 概 述
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一、概念
• 1、浓缩 从溶液中除去部分溶剂的单元操作。 • 2、真空浓缩 在负压下，以较低温度进行浓缩的单元操作。 • 3、加热蒸汽（饱和蒸汽或生蒸汽） 乳及乳制品生产过程中浓缩所需要的不断
供给的热量都是来自锅炉房的饱和的水蒸汽。
管内全程形成上、中、下三个不同区域，如图所示，物料在下部， 因液层静压作用，物料不沸腾，只起加热作用。在中部温度上升 物料沸腾，二次蒸汽形成，蒸汽体积急速增大，管芯形成高速上 升气流将液体在管壁压成薄膜向上流动，形成很好的传热条件， 传热系数大大增加，使蒸发加快。到达上部后进入饱和区，汽液 混合物经管顶进入汽液分离器进行汽液分离。而在降膜式蒸发器 中，物料从顶部进入，然后呈膜状蒸发。
教案首页
授课顺序 学时
课 第三节 蒸发器的附属设备
题
目 1、掌握冷凝器的作用、分类。 的 2、掌握分离器。 要 3、掌握真空系统。 求 4、了解预热器。
重
日期20
年月
点 重点：混合式冷凝器的结构、工作原理。 水环式真空泵的结构、工作原理及特点。
难
点
教
学
过
程
讲新课(另附)
教 具 挂 图
课 后 分 析
气压管中液体的静液压作
用把冷凝水排出。为了防
止外部空气进入真空系统，
气压管应插入溢流槽中。
低位冷凝器可直接安装在
地面上，由于高度降低冷• 1.外壳 2.进水口 3.冷凝
凝器产生的冷凝水需用泵水管 4.蒸汽进口 5.淋水板 6.
抽出。
不凝性气体管 7.分离器 8.气
压管
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3、喷射式冷凝器
把溶液分散喷入低压大空间，使闪蒸瞬间完成。
• 闪蒸的最大优点是避免在换热面上生成垢层。闪蒸前料液加热
但并没浓缩，因而生垢问题不突出。而在闪蒸中不需加热，是 溶液自身放出显热提供蒸发能量，因而不会产生壁面生垢问题。
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七、热泵蒸发
为提高热能利用率，除采用多效蒸发外，还可通过一种 通称为热泵的装置，提高二次蒸汽的压力和温度，重新 用作蒸发的加热蒸汽，称为热泵蒸发，或称为蒸汽再压 缩蒸发。 热泵是以消耗一部分高质能（机械能、电能）或高温热 能为代价，通过热力循坏，将热由低温物体转移到高温 物体的能量利用装置。 常用的热泵有蒸汽喷射热泵和机械压缩式热泵。
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• 真空浓缩的缺点：蒸发温度低，料液黏度大，传热系数较小，
系统内为负压，完成液排出需用泵，冷凝水排出也需要用泵或 高位产生压力(液位差)排出。真空泵和输液泵能耗增加。
• 真空浓缩的操作压力取决于冷凝器中水的冷凝温度和真空泵的
性能。冷凝器操作压力的极限是冷凝水的饱和蒸汽压，所以它 取决于冷凝器的温度。真空泵的作用是抽走系统中的不凝性气 体，真空泵的工作能力愈大，就使得冷凝器内的操作压力愈易 维持，愈接近冷凝水的饱和蒸汽压。一般真空蒸发时，冷凝器 的压力为10～20kPa。
• 4、二次蒸汽 物料中水分蒸发所形成的蒸汽。 • 5、不凝性气体 相对于水蒸汽，在一定的压力和温度下不能被凝结的气体，称
为不凝性气体，一般是指空气。
• 6、雾沫挟带 对于气、液两相的分离设备或反应设备，若气相为连续相、液相
为分散相（例如板式蒸馏塔），而气相速度较大，部分液体会被气体吹散成液 滴并被气体带出。这种现象称为雾沫夹带。产生雾沫夹带会降低设备的分离效 率。
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六、闪蒸
• 急剧蒸发简称闪蒸，是一种特殊的减压蒸发。将热溶液的压力
降到低于溶液温度下的饱和压力，则部分水将在压力降低的瞬 间沸腾汽化，就是闪蒸。水在闪蒸汽化时带走的热量，等于溶 液从原压下温度降到降压后饱和温度所放出的显热。
• 在闪蒸过程中，溶液被浓缩。常见闪蒸的具体实施方法是直接
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•淋水板
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2、混合式冷凝器
• 如图所示，在圆筒型冷凝器中，上部装有洒水盘，在其
中部装有“隔筒”，用于预热物料的双螺旋盘管盘绕在 上面。二次蒸汽和不凝性气体进入混合式冷却器时首先 沿“隔筒”的周围从上向下流动，将盘管内的物料预热 后，大部分二次蒸汽被冷凝，剩余的二次蒸汽再由“隔 筒”的下口向上运动与下落的冷却水相遇混合后被冷凝。 因此，确切地说，这种冷凝器是直接混合式与低位组合 式冷凝器。
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二、汽液分离器(捕沫器 )
• 产生雾沫夹带的原因： • 1、泡沫 物料中存在具有表面活性的物质，它降低料液的表面张
力，使其在汽化时易形成泡沫。在分离室中，泡沫破裂，其液膜 分裂成小雾滴群，易被二次蒸汽夹带。
• 2、蒸汽高速流动 蒸汽流速快，必然携带雾沫流动。 • 3、溶液急剧蒸发 溶液加热较大，易发生闪急蒸发，形成雾沫。 • 为了汽液更好的分离，分离室要有一定空间，使蒸汽流速降低，
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二、浓缩的目的:
1、除去食品中的大量水分，减轻了重量，减小了体积，节省了包装、贮存 和运输费用。 2、通过了提高食品的浓度，达到贮藏食品的目的。 3、满足后续加工工艺过程的要求。
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三、浓缩的基本过程
蒸发过程的两个必要组成部分：加热物料使溶剂(水)沸腾汽化与 不断除去汽化产生的二次蒸汽。一般前一部分在加热器中进行， 后一部分在冷凝器中完成。如图所示 ：真空蒸发基本流程。
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• 蒸汽喷射热泵使用的蒸汽喷射器类似于蒸汽喷射真
空泵，称为热压泵，是在喷嘴附近低压吸入蒸发产 生的二次蒸汽，与高温高压的驱动蒸汽混合后，在 扩压管处达到蒸发所需加热蒸汽的压力和温度后用 作蒸发的加热介质。
• 机械压缩式热泵利用电动机或汽轮机等驱动往复式
或离心式压缩机，将二次蒸汽压缩，提高其压力和 温度，重新用作蒸发的加热蒸汽。
• 常有以下几种型式：长管式、刮板式和板式等。乳品厂应用最多的是长管式蒸发器。 • 长管式蒸发器根据液膜的流动方向，又分为升膜式蒸发器和降膜式蒸发器 。
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三、升膜蒸发原理
•升 •膜 •式 •蒸 •发 •器
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.对于升膜式蒸发器，物料从管束下部引入。工作时，物料在加热
较大的液滴在重力作用下返回液面。乳品生产中常采用离心型分 离器。
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雾沫夹带的危害：
• 1、污染二次蒸汽； • 2、影响浓缩效率和蒸发能力，造成物料损失； • 3、若是多效蒸发，二次蒸汽夹带的雾沫将使
日 班级
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第三节 蒸发器的附属设备
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一、冷凝器
冷凝器的作用：将二次蒸汽冷凝，同时将不凝 性气体分离，以减轻真空系统负荷。 冷凝器的分类：直接式和间接式。
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（一）间接式冷凝器
• 二次蒸汽与冷却水间接换热。有列管式、板式、
螺旋板式、淋水管式等。
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§7-2 蒸发器
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一、蒸发器的分类
• 1、根据二次蒸汽被利用的次数分类 • (1)单效浓缩装置 • (2)多单效浓缩装置 • (3)带有热泵的浓缩装置
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• 2、根据料液流程分类 • (1)单程式 • (2)循环式：自然循环与强制循环
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• 为水力喷射器，由器盖、喷嘴、喷嘴托板、导向盘、器体、
扩散管等组成。工作时具有一定压力的冷水由上部进入后， 通过喷嘴喷射，形成低压，将二次蒸汽吸入，在混合室汽 与水直接混合，二次蒸汽凝结，并被水束带入下部扩散管， 一部分动能转为压力能，从下部管排出。喷射式冷凝器及 水力喷射器除有混合冷凝作用外，还具有抽真空的作用， 不再需要另装真空泵。
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• 上述两种冷凝器，当真空蒸发时，
其内部处于负压状态。若无适当 措施，冷凝水无法排出。通常采 取的措施分两种：低位式和高位 式。
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高位式冷凝器
•高位式冷凝器置于10m
以上的高位，下部连接一
根很长管子，称为气压管
（俗称大气腿），靠集于
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真空浓缩与常压蒸发比较所具有的优点：
• 1、溶液沸点降低，增大了蒸发器的传热温差，所需的换热面积
减小。
• 2、溶液沸点低，可以应用温度较低的低压蒸汽和废热蒸汽作热
源，有利于降低产品成本和生产费用。
• 3、蒸发温度低，即物料受热温度低，有利于浓缩热敏性物料。 • 4、蒸发器操作温度低，系统的热损失小。
• 3、根据加热器结构分类 • (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
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二、加热器：
• 乳品厂中所使用的加热器都属于管式换热器，又称列管式换热器。管束固定在管板上，
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四、常压蒸发和真空浓缩
蒸发操作可以在常压、加压或减压条件下进行。常压蒸发是指 冷凝器和蒸发器溶液侧的操作压力为大气压或稍高于大气压力， 此时系统中的不凝性气体依靠本身的压力从冷凝器中排出。
减压下的蒸发通常称为真空蒸发，食品工业广泛应用真空蒸发 进行浓缩操作。因真空蒸发时冷凝器和蒸发器物料侧的操作压 力低于大气压，必须依靠真空泵不断从系统中抽走不凝性气体 来维持负压的工作环境。采用真空蒸发的基本目的是降低物料 的沸点。