许学勤-食品工厂机械与设备-第七章-真空浓缩设备

• （一）单效真空浓缩装置流程 • 由一台浓缩锅和冷凝器及抽真空装
置组合而成。
• （二）多效真空浓缩装置流程 • 常见有并流法、逆流法、平流法
夹套加热室带搅拌单效浓缩装置
•食品厂大量使用的浓缩装置
•结构特点
•下锅体底部有一夹套，在夹套内通入蒸 汽加热浓缩物料，锅体内装有搅拌器， 通过其搅拌可以使锅内壁表面被加热的 物料层不断更换，使水蒸气蒸发，上 锅 体的二次蒸汽出口处接有汽液分离 器。
•(2)水泵运转时的实际功率消耗较 大。
真空装置
•（一）作用 •主要作用是抽取不凝结气体，保
证整个浓缩装置处于真空状态， 并且降低浓缩锅内压力，从而使 料液在低温下沸腾，有利于提高 食品的质量。
常用的真空装置
•1、复式真空泵 •（1）湿式真空泵 •（2）干式真空泵
冷冻浓缩
•一、 概述 •利用冰与水溶液之间的固、液相平衡原
实验/放大型（LYO0.2—1.0M2）
用于工艺曲线摸 索和为工业生产或大 规模生产提供实际数 据。最低板层温度可 达-45℃，最低冷阱温 度可达-60℃，捕冰量 为4-20kg。（依据需 要可使板层最低温度 达-60℃，冷阱最低温 度达-80℃）。
冷冻干燥技术，目前主要还是用于一 些高附加值产品(如高档果蔬、宇航食品、 生物制药)的生产和研究机构。
真空浓缩优点
• 1、加热蒸汽与沸腾液之间温度差可增大。 • 2、可利用压强较低的蒸汽作为加热蒸汽。 • 3、由于低温浓缩，有利于食品溶液进行浓
缩，减少体积及重量，便于运输及储存。 • 4、由于溶液沸点较低，使浓缩设备的热损
失减少。 • 5、对料液起加热杀菌作用，有利于食品保
藏。
缺点
•1、由于真空浓缩，须有抽真空系统， 从而增加附属机械设备及动力。
但是，随着冷冻干燥设备技术水平提 高和成本降低，由于冷冻干燥具有其他干 燥方法无可比拟的优点，其必将越来越受 到人们的青睐。
冷冻浓缩装置系统
•1. 结晶设备 •直接冷却：利用水分部分蒸发或辅助冷
介质蒸发 •间接冷却：冷介质与被加工料液分开
（食品工业上多用）
直接冷却式真空冻结器
• 广泛应用于海水的脱盐，尚未用于液体 食品加工，主要是芳香物质的损失问题 。 可与适当的吸收器组合起来，减少芳 香 物质的损失。
真空浓缩设备
第七章
• 液体的浓缩意味着溶剂的脱除，在大多数 情况下是水的脱除。
• 对液体食品的浓缩有很多原因，例如： • 减少干燥费用； • 增加结晶； • 减少贮藏和运输费用； • 降低水的活性，以增加食品的微生物及化
学方面的稳定性； • 从废液中回收副产品
•在真空条件下对液体进行蒸发浓缩的 方法始于1913年，其工艺是建立在英 国科学家E.C.Howard专利基础之上的， 它包含一个蒸汽加热的带有冷凝器和 空气泵的双底真空釜。
冷凝，并将其中的不凝结气体(空气、 二氧化碳等)分离，以减轻真空系统 的容积负荷，同时保证达到的所需 的真空度。
• （二）类型 • 1、大气式冷凝器 • 2、表面式冷凝器 • 3、低水位冷凝器 • 4、喷射式冷凝器
• 借离心水泵的动力，将水压入喷嘴，由于喷 嘴断面积小，以高速射（15～30m/s）入混 合室及扩散室后进入排水管中，在喷嘴出口 处形成低压区域，不断吸入二次蒸汽，由于 二次蒸汽与冷水之间，有一定温度差，两者 进行热交换后，二次蒸汽凝结为冷凝水，并 夹带不凝结气体，随冷凝水排出，既达到冷 凝，又能抽真空作用。
工作原理
•工作时，先通入加热蒸汽赶走锅内空气， 再启动抽真空装置，造成锅内真空将物 料吸入锅内，达到容量要求后，开启蒸 汽阀门，使蒸汽进入夹套加热，同时开 启搅拌器，不断搅拌强化流动，不断更 新加热面外的物料，使其均匀浓缩，产 生的二次蒸汽不断抽出，以保证锅内的 真空度。
•优点 •结构简单，操作方便。 •缺点 •加热面积小，生产能力低，不能连续生
•优点：
•（１）兼有冷凝器及抽真空作用，不 必再配置真空装置；
•（2）结构简单，造价低廉，冷凝器本 身设有机械运转部分，不要经常检修；
•（３）适于抽吸腐蚀性气体；
•（４）安装高度较低，与二次蒸汽排 出管水平方向直接连接；
•（５）整个装置功率消耗小。
•缺点：
•(1)不能获得较高的真空度，随水 温的高低而变化
产。 •适用于浓料液和黏度大的料液增浓，如
果酱、蜜饯、炼乳。
单效浓缩装置
➢一 、中央循环管式 ➢主要用于果酱、果汁、炼乳等的生产 •（一）作用原理 •食品料液经由沸腾管和中央循环管所组
成的竖式管加热面进行加热，由于传热 产生重度差，形成了自然循环，而将水 分蒸发，从而达到浓缩目的。
•特点
•结构简单、操作方便、锅内液面容易 控制。
理，先将稀溶液中作为溶剂的水冻结， 然后将冰晶分离出去，从而使溶液增浓。 •溶液浓度是有上限的。
• 原理
• 当溶液中溶质浓度低于共溶浓度时，冷 却结果表现为溶剂成晶体析出，随着溶 剂成晶体析出的同时，余下溶液中的溶 质转化为晶体析出。
• 包括两个步骤：首先是部分水分从溶液 中结晶析出，其次是将冰晶和浓缩液的 分离。
冷冻干燥设备的主要部件
制冷系统、真空系统、加热系统 和控制系统
目前用的比较多是间歇式和连续式
优点:灵活性强,适应于多产品小产量生产；便于控制不同阶段的加热温度和真空度 缺点:设备利用率低,生产效率低.
优点：处 理能力强， 设备利用 率高；易 于自动化 控制。
缺点：真 空度控制 不方便； 设备庞大, 初投资费 用高。
•清洗较困难，粘度大时循环效果较差。
• 顺流法是指蒸汽和料液的流动方向相同， 均从第一效到末效。在蒸发室内，由于 压力依次递减，所以料液在各效间流动 不需用泵，利用压差供料，料液的沸点 也依次递减，因此当前效料液进入后效 时，在降温的同时可放出其显热，供一 小步分水分汽化，增加蒸发器的蒸发器。
• 顺流法操作时，料液浓度依效次序递增， 而料温则逐渐降低，故对于浓缩热敏性 食品是有利的，但粘度逐渐升高，使末 效蒸发增加困难，需增加末效传热面积。
• 结构特点
• 管内料液的加热与蒸汽分为三部分：最低部 分管内完全充满料液，热量靠对流传递；料 液在中间部分开始产生蒸汽泡并上升；在管 上部分由于膨胀的二次蒸汽而产生强的上升 力，使料液成薄膜状在管内上升，在管顶部 成喷雾状，以较高速度进入气液分离器，在 离心力的作用下使气液分离。
降膜式浓缩器
工作原理
升降膜式蒸发器
• 将升膜与降膜的优缺点互补。
• 安装两组加热管束，一组为升膜式，一组为降 膜式。
• 料液先进入升膜加热管，沸腾蒸发后，汽液混 合物上升至顶部，然后转入另一组加热器，再 进行降膜蒸发，浓缩液从下部进入汽液分离器， 分离后，二次蒸汽从分离器上部排入冷凝器， 浓缩液从下部排出。
汽液分离器
• 逆流法指料液与蒸汽流动方向相反。原料液 由最后一效进入，依次用泵送入前效，最后 浓缩制品从第一效排除。
• 随着料液向前效流动，料温和蒸发温度越来 越高，温差较稳定，有利于提高传热效率， 浓度温度的提高使料液粘度较稳定，有利于 其循环，但各效间料液流动要用泵输送，同 时高温、高浓度的料液由高温热蒸汽加热， 易形成局部过热，造成结焦和营养破坏。
• 料液从加热器底部进入管内，加热蒸汽 在管束间通过管壁加热、冷凝。料液在 管内被加热迅速汽化，所产生的二次蒸 汽及料液沿管内高速上升。溶液被高速 上升的二次蒸汽带动，在壁内成膜状上 升，不断被加热蒸发。料液被逐渐浓缩， 二次蒸汽从顶部排出，浓缩液从蒸发分 离室底部排出。
• 注意事项
• 注意进料量、温度、黏度对成膜的影响。
• 起协调顺流和逆流优缺点的作用，对 于粘度极高的料液很有用处，特别是 在料液粘度随浓度增大而显著增加的 场合下，可以用混流法。
升膜式浓缩设备
• 属于液膜式浓缩器，液体沿管壁成膜状流 动，进行连续蒸发，液体在浓缩器停留时 间较短，约几秒至几十秒。
• 结构 • 由多根垂直管束的加热器体和一个蒸发分
离室及循环管组成。为自然循环式。
• 整个设备可分为加热蒸发室、加热夹套、 汽液分离器、搅拌器等四部分。
• 内加热、内循环加热，蒸发结晶锅。
• 搅拌采用锚式搅拌器，转速6-15转/分， 搅拌采用下轴安装，可缩短轴长度，便 于安装维修。
• 特点
• 结构简单，制造方便，占地面积及空间体 积小，投资少，经济实用。减少了热敏性 料液的分解，形成泡沫少，适用于易起泡 的料液；能防治结垢，适用于果汁及乳制 品的生产。
结构特点
• 由加热器、分离室、泡沫捕集器组成。 • 与升膜式蒸发器相比，其分离室处于加
热气体的下方，料液从加热器体的顶部 加入，液体在重力的作用下沿管内壁成 液膜状向下流动。为了使其料液均匀分 布于各加热管，在加热管顶部或管内安 装了降膜分布器。
• 平流法指原料液分别加入各效加热器进 行浓缩，浓缩后的浓缩液分别从各效放 出。加热蒸汽是从第一效通入，二次蒸 汽则顺序通入各小以至末效。因此从各 效蒸发器得到的浓缩液浓度相同，并且 二次蒸汽的热量能得到充分利用。
• 只用于蒸发浓缩操作进行的同时有晶体 析出的场合，比如食盐溶液的浓缩。
• 对于效数多的蒸发浓Leabharlann Baidu设备操作也有 顺流和逆流并用的，有些效间用顺流， 有些用逆流。
•2、由于蒸发潜热随沸点降低而增大， 所以热量消耗大。
根据加热蒸汽被利用的次数来分
•1.单效浓缩装置 •2.多效浓缩装置 •3.带有热泵的浓缩装置
根据料液流程来分
•1.循环式（自然循环和强制循环） •2.单程式
根据加热器结构型式来分
• 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.降膜式浓缩器等
内冷式结晶器
分为两种： •（1）产生固化或近似固化悬浮液 •其结晶原理属于层状冻结。 •（2）产生泵送的浆液结晶壁 •采用结晶与分离操作分开的方法。
外冷式结晶器
•有三中形式： •（1） 料液先经过冷处理，然后在结晶
器内将“冷量”放出。冷却器内必须高 度抛光。 •（2）全部悬浮液在结晶器和换热器之间 进行再循环。 •（3）外部热交换器产生亚临界晶体。部 分不含晶体的料液在结晶器与换热器之 间进行再循环。
降膜分布器有以下几种
• 多孔板 • 喷雾型 • 齿形溢流口 • 螺纹导流杆 • 锥形导流杆 • 多孔板与锥形导流相结合 • 旋流导流器
工作原理
• 料液从顶部进入加热器内，在降膜分布 器的作用下，均匀地进入加热管中，二 次蒸汽的快速流动和料液本身的重力作 用下，沿着管内壁成膜状自然向下流动 ， 不断受热蒸发浓缩。混合气液进入蒸 发 分离室进行分离。浓缩液从底部抽出 。
•（一）作用 •安装在浓缩装置的蒸发分离室顶部
或侧面。其作用主要防止蒸发过程 中形成的细微液滴，被二次蒸汽夹 带逸出。对汽液进行分离，要减少 料液的损失，同时防止污染管道及 其它浓缩器的加热面。
（二）类型
•1、碰撞型捕集器 •2、离心型捕集器 •3、过滤型捕集器
蒸汽冷凝器
• （一）作用 • 将真空浓缩所产生的二次蒸汽进行