第八章 真空浓缩设备

五、降膜式蒸发器
• 由加热管束、分离器等组成。 • 料液自上部分配到加热管束内，成膜状流下，
加热蒸汽在管束外流过，完成换热后料液进入 汽液分离器分离。 • 这种蒸发器的特点： • ①由重力作用降膜，能蒸发粘度较大的料液， 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由于蒸发管较长，液料沸腾时所生成的泡沫 易在管壁上受热破裂，因此适于蒸发易生泡沫 的物料； • ④清洗方便； • ⑤适用于浓度较大，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。
• 效率较低，为 30％～50％。真 空度较低，为2.0～4.0kPa。
3. 蒸汽喷射器
• 蒸汽喷射泵的优点是抽气量大，真空度高，安装运行和维修 简便，价廉，占地面积小。其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。
第四节 多效真空浓缩设备
• 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
• (一) 作用：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。
• 下部为加热室，上部为分离室。 加热室内装有加热管束和中央循 环管。中央循环管的截面积较大， 一般为加热管束总面积的40％以 上。
• 工作时料液在管内流动，加热蒸 汽在管束之间流动，由于中央循 环管与加热管中的料液受热程度 不同，产生密度差，使液料经加 热管而沸腾上升，然后在分离室 内进行汽液分离。
2.5～3倍。
• （二）离心型捕集器 形状与旋风分离器相 似，液滴在离心力的作用下被甩到壳壁，并 沿壁流回蒸发分离室内。二次蒸汽由顶部排 出。
•
在蒸汽流速较大时，分离效果较好，但
阻力亦较大。
二、冷凝器
• 功能：将二次蒸汽冷凝，并将其 中的不凝气体分离，以减轻真空 系统容积负荷。
• （一）间接式冷凝器 亦称表面 式冷凝器，这种冷凝器是利用金 属传热冷凝，二次蒸汽不接触冷 却水，有列管式、板式等。
（一）组成与流程
第五节 芳香物质的回收设备
• 一、工作原理
• 提取原果汁的芳香物质是利用其在蒸 发中易挥发的性质，在蒸发冷凝器中完成 的。
• 该装置主要由两组板式换热器组成。工作 时原果汁先送入下板组的通道中，被相隔 通道内的蒸汽加热蒸发，提香后的浓缩液 与含芳香物的水蒸汽由下板组上部流出， 利用挡板改变方向，使其流向下方，汽液 进行分离，然后浓缩液由壳体底部排出； 含芳香物的水蒸汽上升导入上板组的通道 中，被相隔通道内的冷却水降温冷凝，形 成芳香物水溶液，从上板组的底部排出， 而冷却水由上板组的上部排出。芳香物水 溶液，经两次蒸发冷凝，才能制成较纯的 芳香液。
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。缺点是一次浓缩比不大，进料量需要 很好控制、进料过多不易成膜，过少则易断 膜干壁．影响产品质量。
图8－7升膜式蒸发器 A-加热蒸汽 B-完成液 C-料液
D-冷凝水 E-二次蒸汽 1-换热管 2-气液管 3-分离器
• 3. 按料液流程分： – ①循环式：自然与强制循环。 – ②单程式：
• 4. 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。
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。 • 液料置入锅内，通过蒸汽加热，并加搅拌，使
•二、组成和流程
• 图8—22所示为PAR－22
／PAR－O1型芳香物质回 收设备流程图。由三级板 式蒸发冷凝器、预热器、 两个螺旋管冷凝器、计量 器和各种泵、阀构成。
第六节 冷冻浓缩设备
• 定义
• 冷冻浓缩是将稀溶液中 的水分冻结成冰晶，并 去除这部分冰晶从而使 溶液中的溶质浓度得到 提高的浓缩方法。
第三节 真空浓缩的附属装置
• 真空浓缩设备的附属装置主要包括：捕集器、 冷凝器、蒸汽喷射器和真空装置等。
• 一、捕集器
• 功能：防止蒸发过程形成的细微液滴被二次 蒸汽带出，减少原料损失，同时防止污染。
• （一）惯性捕集器 它是在二次蒸汽流的通 道上设置若干挡板，为了提高分离效果，一 般捕集器的直径比二次热汽入口直径大
１．直接冷却式真空冷冻浓缩器
直接冷却式结晶是指结晶热直接由溶 液中一部分溶剂在真空条件下发 生相变汽化，将另一部分物质的 热量带走，使其温度降低到冰点 以下结晶的浓缩方法。
图8－24 真空冷冻浓缩器 1-真空冷却罐 2-循环泵 3-出料泵 4-循环 管 5-冷凝器 6-三级蒸汽喷射泵 7-二级
蒸汽喷射泵 8-一级蒸汽喷射泵
第一节 浓缩概述
• 一、浓缩的目的 • 1. 除去水分，减少包装、运输费用 • 2. 提高浓度，增加贮藏性能 • 3. 干燥的预处理 • 4. 结晶的预处理
第一节 浓缩概述
• 二、分类
• 1. 按操作方式分： ①常压 ②真空 ③闪蒸
• 2. 按二次蒸汽的利用分： – 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) 常用真空装置
• 蒸汽喷射器 • 往复式真空泵 • 水环式真空泵
四、真空泵
1. 往复式真空泵
2. 水环式真空泵（水环泵）
• 这类泵结构简单。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。
图8－25 冰晶分离塔及料液浓度分布 1-融冰器 2-洗涤水 3-冰晶层 4-活塞 5-活塞杆 6-塔体
• 2. 内冷式冷冻浓缩设备
图8－26 单级冷冻浓缩设备示意图
• 3. 外冷式冷冻浓缩设备
（a）带有搅拌器的渐进冷冻浓缩试验 装置
图8－27 外冷式冷冻浓缩试验装置
（b）降膜冷冻浓缩试验装置 图8－28 外冷式冷冻浓缩试验装置
• 二次蒸汽由顶部排出。料液经中 央循环管下降、回流，形成自然 循环。浓缩后的制品由底部卸出。
• 目前这类蒸发器糖厂应用广泛。
图8－2 中央循环管蒸发器 A-加热蒸汽 B-料液 C-二次蒸汽 D-冷凝水 E-完成液 1-中央循环管 2-蒸发室 3-除沫器 4-外壳 5-换热管
加热室断面
图8－3 加热室断面图 A-加热蒸汽 1-加热蒸汽通道 2-料液上升通道 3-料液下降通道
第七节 选 型
•一、选型要求和应考虑的因素
• （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、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。
水分在低压条件下蒸发。二次蒸汽从顶部排除。 • 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。 • 适于果酱、蜜饯、糖浆、乳品、豆浆晶、食用
胶始粘度料液的浓缩。
一、标准式蒸发器
• 又称中央循环管式浓缩锅。
六、刮板式蒸发器
• 有立式、卧式两类。
• 由加层圆筒、旋转刮板器、料液分 配盘与驱动装置等组成。
• 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。
• 一般直径为300～500mm，刮板与加 热筒内壁的最小间隙为（1.5士0.3） mm。刮板的转速为 300—— 800rpm。
• 这种蒸发器的特点是传热系数高， 适于高粘度（最高达100Pa.s）的料 液或含有悬浮颗粒的料液。
图8－4 盘管式蒸发器 A-加热蒸汽 B-冷凝水 C-完成液 D-二次蒸汽冷凝水 E-不凝气体
F-冷却水进入端 G-冷却水排出端 1-蒸发室 2-气液分离器 3-回液管 4-观测口 5-列管式冷凝器 6-加热蒸
汽分配器 7-加热盘管 8-水泵 9-真空泵 10-料液泵
三、外加热式蒸发器
特征：加热室、分离室分开。 有 强制循环式、自然循环式。 由 加热器、分离器、循环管组成。 加热器有：列管式、板式。
6-冷凝水泵 7-水环式真空泵 8-冷凝器
板式蒸发器
• 优点是料液经过传热面的时间很短，仅2s，液流分布均匀， 不易结 垢。传热系数高，可达10.45～16.72MJ/ M2·h·℃。 料液强制循环，可处理高粘度的料液。结构紧凑，节省加热 蒸汽耗量，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。
• 特点是冷凝液可以回收利用，但 传热效率低，使用较少。
• （二）直接式冷凝器 亦称混合 式冷凝器。分为逆流式和喷射式 两种。
• 这种冷凝器利用二次蒸汽与冷却 水直接接触冷凝。
• 1．逆流式冷凝器
塔式冷凝器
（a）喷淋塔式 （b）填料塔式 （c）板塔式 图8－13 几种塔式冷凝器示意图
A-二次蒸汽 B-冷凝水 C-回水 D-不凝气体 1-喷头 2-填料层 3-孔板
– (3)适用于抽吸腐蚀性气体。 – (4)安装高度低，与浓缩锅的二次蒸汽排出
管水平方向可直接相连。 – (5)整个装置的功率消耗较小。 – (6)不能获得较高的真空度，并随水温而变。
2．喷射式冷凝器
• 喷射式冷凝器的安装要求：
• ①从水泵至喷射器冷却水入口的 管路，应尽量减少管件和弯头， 使阻力损失减小；
二、冷凝器
• 2、喷射式冷凝器：利用喷射泵的原理，用高速水流抽 出二次蒸汽，兼有冷凝和抽真空双重作用。
• 1、组成：由喷嘴，吸气室，混合室，扩散室等组成 • 2、优缺点：
– (1)兼有冷凝器及抽真空作用，故不必再配 真空装置。
– (2)结构简单，造价低廉，冷凝器自身没有 机械运转部分不需经常检修。
图8－5 外加热式自然循环蒸发器 A-加热蒸汽 B-冷凝水 C-料液
D-完成液 E-二次蒸汽 1-蒸发室 2-回流管 3-滤网 4-分离器
外加热板式强 制循环蒸发器
图8－6 外加热板式强制循环蒸发器 A-加热蒸汽 B-冷凝水 C-料液 D-完成液 E-二次蒸汽
冷凝水 F-不凝气体 G-冷却水进口 H-冷却水出口 1-板式换热器 2-料泵 3-贮料罐 4-成品泵 5-分离器
图8－19 三效降膜浓缩设备 1-预热器 2-热压泵
3-一级蒸发器 4-二级分离器 5-一级分离器 6-二级蒸发器 7-三级蒸发器 8-三级分离器
9-主冷凝器 10-辅冷凝器
一、多效浓缩流程
（a）顺流 （b）逆流
（c）平流 （d）混流
第四节 多效真空浓缩设备
一、顺流式双效降膜真空浓缩设备
Байду номын сангаас
二、混流式三效降膜真空浓缩设备
四、升膜式蒸发器
• 由加热室、分离室和循环管等组成。 • 料液自加热室底部进入加热管内。加热蒸汽
在管束间流过，料液在加热管中部开始沸腾 迅速汽化。在加热管上部产生的二次蒸汽并 快速上升，流速可达100—l60m/s。料液在二 次蒸汽和抽真空的作用下，沿管内壁成膜状 上升，并不断被加热蒸发。
• 有循环型、非循环型 • 这种蒸发器的优点是占地面积小，传热效率
第八章 浓缩设备
• 浓缩：从溶液中除去部分溶剂的单元操作。由于食品中的溶 剂主要是水，如果蔬汁，牛奶等。所以食品工业中的浓缩一 般指蒸发。
• 真空浓缩：是指在负压条件下，以较低温度浓缩。有以下特 点：
• (1) 料液沸点低，浓缩速度大。 • (2) 可利用低压蒸汽作为热源(多效时)。 • (3) 不损害食品的营养成分。 • (4) 设备热耗减少。 • (5) 增加真空系统，投资大，功力消耗大。 • (6) 沸点降低，蒸发潜热增大。
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。
• 在锅体内装有四个加热盘管，分层排列， 管内通入蒸汽，对管间的料液进行加热， 使之沸腾蒸发。
• 料液分批入锅内进行浓缩。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后，因离心力作用， 使夹带的液滴与不凝气体分离，气体排出， 被分离后的料液经回流管回入蒸发锅内再 进行蒸发。