第八节蒸发浓缩设备

第八节蒸发浓缩设备

蒸发是将稀溶液加热沸腾，使溶剂气化而将溶液浓缩的过程。食品工厂生产的原料或半成品中，如果蔬汁液及牛奶等，一般含有大量的水分（约75％～90％左右），而有营养价热敏性很强的物质，制成成品时，既要提高其浓度，又要保存食品溶液原有的色、香、味，所以对食品溶液进行浓缩，是一个比较复杂的过程。对其工艺流程的设计、设备的选型、制造加工和具体操作均有较高的要求。随着科学技术的发展，食品溶液的浓缩趋向于低温、高速、连续。

蒸发浓缩是食品工厂中使用最广泛的浓缩方法。其设备随着生产发展的需要，不断改进和更新。不少新的结构型式，从化工、医药工业引进来，推动了浓缩工艺和设备的发展。同时，其他浓缩方法如冷冻浓缩、离心浓缩、超滤浓缩等也逐步在食品工厂中试用和推广

1蒸发浓缩设备的分类和选择

蒸发设备通常是指创造蒸发必要条件的设备组合，而蒸发过程的必要条件是：①供应足够的热能，以维持溶液的沸腾温度和补充因溶剂气化所带走的热量；②促使溶剂蒸气迅速排除。蒸发设备由蒸发器（具有加热界面和蒸发表面）、冷凝器和抽气泵等部分组成。由于各种溶液的性质不同，蒸发要求的条件差别很大，因此蒸发浓缩设备的型式很多，按不同的分类方法可以分成不同的类型。

1.1类型及特点

（1）按蒸发面上的压力分

①常压浓缩设备溶剂气化后直接排入大气，蒸发面上为常压，如麦芽汁煮沸锅，常压熬糖锅等。设备结构简单、投资省、维修方便，但蒸发速率低。

②真空浓缩设备溶剂从蒸发面上气化后进入负压状态，采用真空浓缩有很多优点：a加热蒸汽与沸腾液体之间的温度差△t可以增大；b可利用压强较低的蒸汽作为加热介质；c由于溶剂的蒸发温度较低，有利于保存物料中的营养成分和色、香、味；d由于溶液沸点较低，使浓缩设备的热损失减少。但缺点是：a由于真空浓缩，须有抽真空系统，因而增加附属设备及动力；b由于蒸发潜热随沸点降低而增大，所以热量消耗大。

（2）按加热蒸汽被利用的次数分:①单效浓缩设备。②双效浓缩设备。③多效浓缩设备。④带有热泵的浓缩设备。次数越多，热能的利用率越高，但设备的投资费用也越高。

（3）按料液的流程分:①循环式有强制循环与自然循环之分。②单程式一般来说，循环式比单程式的热利用率高。蒸发设备的流程常见的流程为三种：

并流法：溶液与蒸汽并流的；逆流法：溶液与蒸汽呈逆流的；平流法：每效都加入原料液。

4）按料液蒸发时的分布状态分

①非膜式料液在蒸发器内聚集在一起，只是翻滚或在管中流动，形成大蒸发面。非膜式蒸发器又可分为：a 盘管式浓缩器；b中央循环管式浓缩器。

②薄膜式料液在蒸发时被分散成薄膜状。薄膜式蒸发器又可分为：a升膜式；b降膜式；c 片式；d 刮板式；e离心式薄膜蒸发器等；f盘管式；g中央循环管式。薄膜式蒸发器的水分蒸发快，因其蒸发面积大，热利用率高，但结构较非膜式复杂。

1.2蒸发浓缩设备的选择

蒸发器有很多种类和型式，必须根据物料的如下几种特性，按不同的需要进行选择。

①热敏性对热过程很敏感，受热后会引起产物发生化学变化或物理变化而影响产品质量的性质称为热敏性。如发酵工业中的酶是大分子的蛋白质，加热到一定温度、一定时间即会变性而丧失其活力，因此酶液只能在低温短时间受热的情况下进行浓缩，才能保存活性。又如番茄酱和其他果酱在温度过高时，会改变色泽和风味，使产品质量降低。这些热敏性物料的变化与温度和时间均有关系，若温度较低，变化很缓慢；温度虽然很高，但受热时间很短，变化也很小。因此，食品工业中常用低温蒸发，或在较高温度下的瞬时受热蒸发来解决热敏性物料蒸发过程的特殊要求。一般选用各种薄膜式或真空度较高的蒸发浓缩器。

②结垢性有些溶液在受热后，会在加热面上形成积垢，从而增加热阻，降低传热系数，严重影响蒸发效能，甚至因此而停产。故对容易形成积垢的物料应采取有效的防垢措施，如采用管内流速很大的升膜式蒸发设备或其他强制循环的蒸发设备，用高流速来防止积垢生成，或采用电磁防垢、化学防垢等，也可采用方便清洗加热室积垢的蒸发设备。

③发泡性有些溶液在浓缩过程中，会产生大量气泡。这些气泡易被二次蒸汽带走进入冷凝器，一方面造成溶液的损失，增加产品的损耗，另一方面污染其他设备，严重时会造成不能操作。所以，发泡性溶液蒸发时，要降低蒸发器内二次蒸汽的流速，以防止跑泡的现象，或在蒸发器的结构上考虑消除发泡的可能性。同时要设法分离回收泡沫，一般采用管内流速很大的升膜式蒸发器或强制循环式蒸发器，用高流速的气体来冲破泡沫。

④结晶性有些溶液在浓度增加时，会有晶粒析出，大量结晶沉积则会妨碍加热面的热传导，严重时会堵塞加热管。要使有结晶的溶液正常蒸发，则要选择带搅拌的或强制循环蒸发器，用外力使结晶保持悬浮状态。

⑤粘滞性有些料液浓度增大时，粘度也随着增大，而使流速降低，传热系数也随之减小，生产能力下降。故对粘度较高或经加热后粘度会增大的料液，不宜选用自然循环型，而应选用强制循环型。刮板式或降膜式浓缩器。

⑥腐蚀性蒸发腐蚀性较强的料液时，设备应选用防腐蚀的材料或是结构上采用更换方便的型式，使腐蚀部分易于定期更换。如柠檬酸液的浓缩器采用石墨加热管或耐酸搪瓷夹层蒸发器等。

以上是根据溶液的特性作为选择、设计蒸发浓缩设备的依据，选择时要全面衡量，使满足如下几点要求：①满足工艺要求，如溶液的浓缩比，浓缩后的收得率，保持溶液的特性。②传热效果好，传热系数高，热利用率高。③结构合理紧凑，操作清洗方便，安全可靠。④动力消耗要小，如搅拌动力或真空动力消耗等。

⑤易于加工制造，维修方便，既要节省材料、耐腐蚀，又要保证足够的机械强度。

2单效真空浓缩设备

单效真空浓缩设备由一台蒸发浓缩锅、冷凝器及抽真空装置组合而成。料液进入浓缩锅后，加热蒸汽对溶液进行加热浓缩，二次蒸汽进入冷凝器冷凝．不凝气体由真空装置抽出，使整个装置处于真空状态。溶液根据工艺要求的浓度，可间歇或连续地排出。日前的果酱、果汁及炼乳等生产中，大多数采用单效真空浓缩设备。单效真空浓缩设备的型式很多，常用的有如下几种。

2.1中央循环管式浓缩锅

食品料液经过竖式的加热管面进行加热，由于传热产生重度差，形成了自然循环，液面的水汽向上部负压空间迅速蒸发，从而达到浓缩的目的。这种锅的主要构造是：

（1）加热器体

它由沸腾加热管及中央循环管和上卜管板所组成，如图所示，中央循环管的截面积，一般为加热管束总截面积的40％～100％，沸腾加热管多采用φ25～φ75mm的管子，长度一般为0·6～2·0m，材料为不锈钢或其它耐腐蚀的材料。

中央循环管与加热管一般采用胀管法或焊接法固定在上下管板上，从而构成一组竖式加热管束。料液在管内流动，而加热蒸汽在管束之间流动。为了提高传热效果，在管间可增设若干挡板，或抽去几排加热管，形成蒸汽通道，同时，配合不凝性气体排出管的合理分布，有利于加热蒸汽均匀分布，从而提高传热及冷凝效果。加热器体外侧都有不凝性气体排出管、加热蒸汽管、冷凝水排出管等。

（2）蒸发室

蒸发室是指料液液面上部的圆筒空间。料液经加热后汽化，必须具有一定高度和空间，使汽液进行分离，二次蒸汽上升，溶液经中央循环管下降，如此保证料液不断循环和浓缩。蒸发室的高度，主要根据防止料液被二次蒸汽夹带的上升速度所决定，同时考虑清洗、维修加热管的方便，一般为加热管长度的1.1～1.5倍。

在蒸发室外壁有视镜、人孔、洗水、照明、仪表、取样等装置。在顶部有捕集器，使二次蒸汽夹带的汁液进行分离，保证二次蒸汽的洁净，减少料液的损失，且提高传热效果。二次蒸汽排出管位于锅体顶部。

这种浓缩锅结构简单，操作方便，锅内液面容易控制，但清洗困难，粘度大时循环效果很差。

(3)加热室中不凝缩气体的排除：加热蒸汽热交换后，放掉热，而冷凝成水，从下面排出。如上图所示，可是蒸汽中有一部分气体是混入的空气或氨等不凝缩气体，不能排除。如果不及时排除。会在加热室内愈积愈多，严重影响热效率，在A处放出轻的不凝气；B处放出重的不凝气。排出位置的选择很重要，视不凝气积聚于何处而定，此管可接在真空系统，蒸汽中混入不凝气体的原因有三：

a锅炉水中混人溶解着空气和其它气体、（若用的是冷凝水就不存在此情况）。如果用河水或井水，可以用开口炉烧开后再人锅炉，可去除大部分多气。

b因在真空下操作，有空气从接头处漏人，造成二次蒸汽中混入不凝性气体。

c如果是多效系统。则应注意料液中往往也会有溶解着的不凝气体，有时甚至还含有对材料具腐蚀性的恶性气体，更应及时排除。

这些不凝性气会形成薄膜，包住加热管。因为气体不是好的热导体，加热蒸汽需通过它才能与壁内溶液进行热交换；因而传热效果就低了。

2.2盘管式蒸发器

（1）用途和特点

盘管式蒸发器适用于牛奶、果汁、蔬菜汁、豆浆、葡萄糖溶液等热敏性物料在真空条件下进行低温浓缩，也可供医药、化工等部门浓缩物料之用。

盘管式蒸发器具有以下优点：①蒸发强度高，每平方米传热面积每小时蒸发量可达100kg以上，其原因是传热温度差较高；②操作方便，容易掌握；③易损件少，维护简单；④每一批的产品质量均匀一致；⑤设备制造工艺简单，使用钢材少。

其缺点：①间歇操作，生产效率低；②物料受热时间长，影响产品质量；③料液循环差，传热系数低；④由于是单效、间歇操作，蒸汽消耗量大，蒸发1kg水耗蒸汽在1.1kg以上；⑤冷却水用量大；⑥盘管表面易结垢，且洗涮不方便。二次蒸汽未能很好利用，仅适用于中小型工厂。

（2）分类

盘管式蒸发器按锅体结构可分为有加热夹套式和无加热夹套式。我国从日本引进的盘管式蒸发器在锅体下侧有加热夹套，以增大传热面积。国产的盘管蒸发器皆为无加热夹套。

（3）结构原理

a工作原理

在设于蒸发器锅体下部的环形盘管内，通入加热蒸汽，此蒸汽冷凝放热通过盘管传给锅体内的料液，使料液沸腾蒸发，不断排除二次蒸汽，不断加入新料，经一定时间，达到预定浓度后排料。

b基本结构

盘管蒸发器由蒸发锅、汽液分离器、止逆阀、水力喷射器、水箱、多级离心水泵、仪表箱和操作台组成。（a）蒸发锅为一直立筒形密封容器，下部锅体内装有作为加热元件的盘管。锅底装有出料阀、取样问和温度计接头。上部锅体为蒸发室，锅壁上装有人孔、视孔、进料阀、放气阀、二次蒸汽出口。锅体外有保温层以减少热损失。

盘管有4～5盘分层排列（如图所示），每盘1～3圈，每盘都有单独的进汽口，由长柄和方向联轴器操纵进汽口的分汽阀。盘管的出汽口有两种方式，一种与进汽口同侧，另一种为与进汽口对侧，见下图，后者常用。盘管的形状为竖直扁平椭圆形截面，如图所示，这种截面对料液自然对流的阻力较小，且便于清洗。（b）汽液分离器，此为一斜底不锈钢圆筒体（见图），筒壁上开有切向二次蒸汽进口，内部中心管为二次蒸汽出口，与冷凝系统相接，斜底下侧装有料液回流管。

3液膜式蒸发浓缩设备

这类设备是使料液在管壁或器壁上分散成液膜的形式流动；从而使蒸发面积大大增加，提高蒸发浓缩效率。液膜式蒸发器按照液膜形成的方式可以分为自然循环液膜式蒸发器和强制循环液膜式蒸发器。而按液膜的运动方向分又可分为升膜式、降膜式和升降膜式蒸发器。

3.1升模式蒸发器

3.1.1用途和特点

升模式式蒸发器适用于牛奶、果汁、糖浆、蜂蜜、乳清、植物蛋白液等液体食品的真空浓缩，也可供生物、医药、中草药浸提液的真空浓缩之用。

升模式蒸发器的优点：①占地面积小，空间高度低，结构紧凑，造价低，投资少；②常为连续操作，亦可间歇操作；③清洗方便，劳动强度低，并可用清洗液循环清洗；④物料循环较好，正常操作时不易结焦。

其缺点：①不适宜于高粘度物料的浓缩，如甜炼乳的浓缩；也不适宜于终点浓度要求严格的物料浓缩，如淡炼乳的浓缩；②操作要求较高，应严格控制料位，出料系统及加热器底部密封要求高，操作中不宜随意停车，否则易结焦；③在连续出料操作中，会有少量料液长期在蒸发器内循环，影响产品质量。

3.1.2分类

（1）结构

如图所示

它是自然循环的一种，它主要有蒸发室（或称分离器），加热器及循环管道、止逆阀、

水力喷射器、水箱、离心出料泵、水泵及操作台等所组成。

（2）工作原理

如上图所示是升膜式蒸发器，料液由加热管底部进入，加热蒸汽在管外将热量

传给管内料液。管内料液的加热与蒸发分三部分：最底部——管内完全充满料液，热量主要依靠对流传递。

②中间部——开始产生蒸汽泡，使料液产生上升力。③最高部——由于膨胀的二次蒸发而产生强的上升力，料液呈薄膜状在管内上行，在管顶部呈喷雾状，以较高速度进入汽液分离器，在离心力作用下与二次蒸汽分离，二次蒸汽从分离器顶部排出。

浓缩液一部分通过下导管到底部再加热蒸发，达到浓度的浓缩液从分离器底部放出。升膜式蒸发器一般为单流型，即进料经一次浓缩就可达到成品浓度而排出。

升膜式蒸发器管内的静液面较低，因而由静压头而产生的沸点升高很小；蒸发时间短，仅几秒到10余秒，适用于热敏性溶液之浓缩；高速的二次蒸汽（常压时为20～30m/s，减压时80～200m人）具有良好的破沫作用，故尤其适用于易起泡沫的料液；二次蒸汽在管内高速螺旋式上升（其流速一般不得小于10m／s），将料液贴管内壁拉成薄膜状，薄膜料液的上升必须克服其重力与管壁的摩擦阻力，故不适用粘度较大的溶液。在食品工业中主要用于果汁及乳制品的浓缩，一般组成双效或多效流程使用。

A加热室

加热器它由钢制圆柱形外壳、不锈钢加热管、上下管板、上下集箱以及上下器盖等组成。上集箱与蒸发室连接，下集箱与外循环管连接。结构简

单。

B蒸发室（分离器）它为由锥形底、集沫器与筒体组成的不锈钢制密闭容器，在筒体上装有灯孔、视孔、温度计、破真空放气装置、排汽管、进料管、排液管等。进料管与加热器的上集箱连接，排液管与外循环管连，排汽管经止逆问与水力喷射器连接。

加热管一般用直径为30～50mm的管子，其长径比为100～300，一般长管式的管长为6～8m，短管式的3～4m。长管式加热器结构比较复杂，壳体应考虑热应力对结构的影响，需采用浮头管板或在加热器壳体上加膨胀节。有时可采用套管办法来缩短管长。

操作时，应很好地控制进料量，使之既能形成液膜又不会发生管壁结焦现象。另外，料液最好预热到接近沸点状态进入加热器体，这样可增加液膜在管内的比例，从而提高沸腾和传热系数。

3.2降膜式蒸发器

3.2.1用途和特点

降膜蒸发器适用于牛奶、豆浆、果汁、海产品等热敏性液体食品的真空浓缩，也适用于医药、中药浸提液、日用化工等工业部门作为蒸发液体物料之用。

降膜蒸发器的优点:①物料一次通过，受热时间短，可防止热分解，提高奶粉复原性，宜于热敏性物料；②连续操作，设备有效时间利用率高；③蒸发与预热都在小温差下进行，因而不易结焦，易于清洗，也宜于二次蒸汽再压缩和多效流程操作；④由于可多效操作及二次蒸汽再压缩等原因，热能消耗少；⑤冷却水消耗量少；⑥传热系数高，传热性能好；⑦无液柱静压强引起的温差损失，固形物引起的沸点升高小；⑧可与杀菌操作合并进行；⑨可用于固形物含量与粘度较高的物料，如甜炼乳；⑩可进行就地清洗；四易于调节、控制，操作稳定可靠、方便，易实现自动化。

其缺点：①设备较高，要求高层厂房；②要求工作蒸汽压力较高且稳定；③设备投资较高。由于降膜蒸发器的众多优点，在乳品工业中得到广泛应用。

3·2.2分类

降膜蒸发器按其效数，可分为单效、双效、三效、四效、五效、六效、七效等。

按蒸发量分类，其系列有（kg／h）：160，315，630，（700），800，1000，（1200），1250，2000，（2400），2500，3150，4000，5000，6300，8000和 10000数种，其中括号内参数为保留值，不优先采用。

3.2.3结构

它的结构与升膜式蒸发器大致相同，如下图：

降膜蒸发器由布液装置、蒸发器体、分离器、预热器、杀菌器、闪蒸罐、热压泵以及真空形成装置与冷凝器组成。

（1）布液装置其作用是将料液均匀分配于各管并呈膜状下降，图下页图.（2）蒸发器体它在结构上如同普通立式列管换热器，唯管子长度较长，目前国外最长可达18m。为提高降膜蒸发器管内物料的周边流量，除对物料进行外循环外，常把蒸发器体分隔成两部分或更多，图1为内分隔式，图2为外分隔式，两图中A、B为被分隔的两程。前一结构由于液体分布不便及汽液分离较差，只适用于对浓缩液固形物含量较低或溶解度要求不高的产品。

（3）预热器降膜蒸发器要求沸点进料或过沸点进料，因而需对物料预热或中间加热，预热器型式有三种：①列管式；②盘管式，应用较多；③板片式，通常在冷凝水或热物预热冷物料时采用。

（4）杀菌器其结构有两种，①列管式，如同普通列管换热器，不过采取单管多程，以便高速下迅速升温；

②与料液闪蒸相结合的形式，来自闪蒸罐的蒸汽对物料进行预热，然后再进行杀菌。闪蒸汽的温度较高，使杀菌所需热能减少。预热与杀菌都采用盘管。

（5）真空装置它用来抽吸蒸发系统的不凝气，以维持系统的真空度。它有多种型式，常用的有以下几种：1）水力喷射泵；2）水环真空泵，常用的为SZ型水环式真空泵；3）蒸汽喷射泵。

（6）冷凝器1）表面式冷凝器；2）混合式冷凝器

3.2.3工作原理

物料进入降膜蒸发器顶部的布液器，使物料均匀分布于各管并沿各管内壁呈膜状均匀下降流动，管外加热蒸汽对管内液膜加热并使之蒸发，管下端流出的汽液混合物在分离器中进行汽液分离，从而料液得到浓缩。

要使降膜蒸发器高效地操作，最关键的问题是能使料液均匀地分布于各加热管，不使之产生偏流。料液分布器的型式有多种，按其作用原理可分为三类：一是利用导流管（板）使料液均布；二是利用筛板或喷嘴使料液均布；三是利用旋液喷头。

工业装置中通常采用的液体分布器有如下图所示几种：

a）型为筛孔板式，筛板一般采用二层，也有采用一层筛板的。b）型是喷雾型分布器，料液经泵加压后再经喷嘴喷成均匀液滴；C）型是具有锯齿形缘口的导流管，四周有3～4个径向支脚，安放在每根加热管口上，还有一种方法是将加热管突出于管板外一定高度，其沿口加工成锯齿形，料液通过齿缝均匀布于加热管内壁；

d）型是一种带有2～3条螺旋沟槽的导流管，四周有一个环形支架，此环形支架面将管口盖蔽，料液沿螺旋沟槽均匀布于管内壁；e）型是一种典型的导流管，导流管下部扩大段的沿口直径与加热管内径相等，而且沿口加工成锯齿形，料液通过齿缝均布于管内壁；f）型是筛孔板与导流板相结合的形式；g）型为旋液式，料液经泵加压后进入旋流式分布器，利用离心力使料液均布于管的四周。

3.2.4双效降膜蒸发器

双效降膜蒸发器的典型流程如图所示：

物料经预热、杀菌、保温后，依次在第一效、第二效蒸发器中降膜蒸发。一效二次蒸汽部分经热压缩后作为一效加热蒸汽，其余的进入二效供加热用。二效二次蒸汽进混合式冷凝器冷凝。不凝气由二级蒸汽喷射抽除，之间配置中间冷凝器。

3.2.5选型原则

①适宜于乳品工业的蒸发器型式众多，选型时降膜蒸发器应予优先考虑。

②降膜蒸发器已有标准QB／Tll63—91及技术参数表选型时按要求选用。

③不同的蒸发量应选用不同的效数，一般说，蒸发量大时宜选效数多些，

④关于效数，要综合考虑技术经济因素，效数增多，其单位蒸汽消耗量与单位水耗量降低，但设备投资与电耗增加，应综合平衡技术经济指标后再选定。

3.3升降膜式蒸发器

升膜与降膜式蒸发器各有优缺点，而升降膜蒸发器则是前两者优缺点的互补。升降膜蒸发器是在加热器内安装两组加热管，一组作升膜式，另一组作降膜式，如图所示。

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，然后转入另一半加热管，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。

升降膜蒸发器的特点有：①符合物料的要求，初进入蒸发器时，物料浓度低，蒸发速度较快，容易达到升膜的要求，物料经初步浓缩后，在降膜式蒸发中受重力作用能沿管壁均布形成薄膜；②经升膜蒸发后的汽液混合物进入降膜蒸发，有利于液体均布，同

时也加速物料的湍动和搅动，以进一步提高传热效果；③用升膜来控制降膜的进料分配，有利于操作控制；

④将两种浓缩过程串联，可以提高产品的浓缩比，减低设备高度。

3.4刮板式薄膜蒸发器

刮板式薄膜蒸发器有固定刮板式和活动刮板式两种。按其安装形式又有立式和卧式之分；而立式又分降膜式和升膜式两种。其结构见图所示。主要由转轴、料液分配盘、刮板、轴承、轴封、蒸发室和夹套加热室等组成。

料液由进料口沿切线方向进入蒸发器内，或经器内固定在旋转轴上的料液分配盘，将料液均布内壁四周。由于重力和刮板离心力的作用，料液在内壁形成螺旋下降或上升的薄膜（立式），或螺旋向前推进的薄膜（卧式）。二次蒸汽经顶部（立式）或浓缩液出口端的汽液分离器后至冷凝器中冷凝排出。由于料液在浓缩时成液膜状态，而且不断更新，故总传热系数较高，适用于低粘度的果汁、蜂蜜、牛乳或含有悬浮颗粒的料液的浓缩。在浓缩中液层很薄，溶液沸点升高可忽略，料液在加热区域停留时间随蒸发器的高（长）度、刮板的导向角及转轴的转速等因素而变化，一般在2～45s左右。

固定式刮板主要用于不刮壁蒸发；而活动式刮板则应用于刮壁蒸发，因刮板与筒内壁接触，因此这种刮板又称为扫叶片或拭壁刮板。

固定式刮板主要有三种，如图所示。这种刮板一般不分段，刮板末端与简内壁有一定间距（一般为0．75～2．0mm）。为保证其间距，对刮板和筒体的圆度及安装垂直度有较高的要求。刮板数一般4～8块，其周边速度为5～12m／s。

活动式刮板是指可双向活动的刮板。它借助于旋转轴所产生的离心力，将刮板紧贴于筒内壁，因而其液膜厚小于固定式刮板的液膜厚，加之不断地搅拌使液膜表面不断更新，并使简内壁保持不结晶、难积垢，因

而其传热系数比不刮壁要高。刮壁的刮板材料有聚四氟乙烯、层压板、石墨、木材等。活动式刮板一般分数段。因它是靠离心力紧贴于壁，故对筒体的圆度及安装的垂直度等的要求不严格。其末端的圆周速度较低，一般为1．5～5rn／s。如图所示为常见的几种活动式刮板。刮板式薄膜蒸发器的筒体对于立式一般为圆柱形，其长径比为3～6。同样料液在相同操作条件下，固定式刮板蒸发器的长径比要比活动式的大一些。对于

卧式蒸发器，一般筒体为圆锥形，锥体的顶角为10o～60o。

筒体的加热室为夹套，务求蒸汽在夹套内流动均匀，防止局部过热和短路。转轴由电机及变速调节器控制。轴应有足够的机械强度和刚度，且多采用空心轴。转轴两端装有良好的机械密封，一般采用不透性石墨与不锈钢的端面轴封。刮板式蒸发器不足之处是：动力消耗较大；一般传热面积在1．5～3kw／m2时，能耗随料液粘度增大而增加；由于加热室直径较小，清洗不大方便。

3.5离心式薄膜蒸发器

3.5.1工作原理

工作时，加热蒸汽由空心主轴引入到达转鼓内壁的蒸汽空间，再经径向孔进入碟片夹层空间，蒸汽冷凝将热量通过壁传给料液，凝液受离心力作用被甩至片的上侧壁，沿壁面向下外方向流动，亦经径向孔流回转鼓内壁的蒸汽空间，并沿壁下流至室底的环形槽集中，经排出管排出。料液由加料管引入，经分配支管喷注，落于碟片内下侧，受离心力作用，沿壁面向外流，在流动过程中受热蒸发。二次蒸汽由转鼓中部上升经外壳由真空泵抽至冷凝器中冷凝。浓缩液沿碟片底面流至“L”环槽集中，经环箍的轴向孔上行，最后经排出管排出。

3.5.2结构

（1）由电动机带动空心轴旋转。在其上面装有6个锥形钵，储料槽，电动机可用J 0 3－31－4型4千瓦，通过安全式液力联轴节、三角皮带、转动装置等，使空心轴上的转钵旋转。（2）物料分配器：全用不锈钢体1Cr18Ni9Ti。通过喷头，均匀喷人分离钵底里表面。（3）吸料管：浓缩液从钵底部沿小孔上升至情料槽，吸料管接真空系统，将贮槽中浓液向外吸出。

（4）加热蒸汽系统：通过气动薄膜调节阀，进人空心轴，再通入锥形钵的夹缝，热交换后之冷凝液，也因离心力的作用被甩出，积聚在转钵的底部，经固定在空心轴中心的不锈钢冷凝水管，导至操作台下面的疏水器，再将汽水分离，不断排出冷凝水。

（5）二次蒸汽系统：在转钵内，加热蒸汽与二次蒸汽是间隔盘隔开的，二次蒸汽由于真空作用抽人片式冷凝汽，通过片式换热片和冷水进行热交换而被冷凝，再经水环式真空泵抽出。

（6）空心轴：在轴座内，有两个滚动轴承，为了防止空心轴中的蒸汽温度影响轴承寿命，由循环油泵进行强制循环；达到冷却轴承的目的，并在空轴的上下两端各配置冷却水夹套进行冷却。

3.5.3工作的自动控制

（1）物料蒸发温度由蒸发室真空度来控制。（2）蒸发后，物料的浓度由调节供料泵的流量来控制。（3）当蒸发温度和浓度均为设定值时，此时加热蒸汽的温度及流量由仪表控制箱自动控制稳定的保持给定值。

3.5.4特点

（1）我国根据国外引进的设备及技术资料，自己也能设计和制造此类蒸发器，能连续进料和出料；便于自动控制。（2）也属于膜式蒸发，蒸发效率高，传热系数高。故物料在蒸发器内停留时间短，适合热敏性高的物料如果汁、牛奶等食品，对于粘度较高或有悬浮物的料液不适合。（3）设备体积小，占地面积少；不必要有高厂房。（4）对空心轴而言，既要转动，又要在空心拍内通人高温蒸汽，而且内部还要求低压，故密封质量要求高，”绝对不泄漏，否则严重影响生产，尤其对某些部件结构较精密和复杂，制造也较繁杂，易损耗零件多。（5）清洗也不方便，如配料管、吸料管，必须每天拆洗、其它部件也要每周清洗一次，拆装均感麻烦。（6）由于目前还未能设计出一种适合于处理少量溶液的卸料口所以还不能充分利用这样短的停留时间，这样会造成液体在沸点温度停留在料液出口的时间较长。

3.6板式蒸发器

3.6.1概述

本设备适用于牛奶等热敏性物料在真空条件下的蒸发，其结构特点是采用板式加热器作为物料的预热与蒸发，其蒸发的板片结构与普通板式换热器不同。

本设备的优点是：①物料在板片间的流速很大，受热时间短；②板片间通道狭窄，料液分布均匀；③传热系数高，相当于列管式的2～3倍；④板片组数量可根据处理量增减；⑤组装紧凑，占地面积小，厂房不需很高。

其主要缺点是；①板片厚度较薄，仅0．7～lmm，操作不当会使板片变形；②板片间胶垫有时会渗漏；③制造需用大吨位压力机，加工要求高；④对于高浓度、高粘度物料不大适宜。

3.6.2结构原理

（1）工作原理

单效板式蒸发器流程见上图，料液由进料泵从平衡槽进人板式预热器进行预热并杀菌，然后再回至带搅拌的贮罐内，预热后的料经双联过滤器去杂质后人板式蒸发器进行蒸发，蒸发后的汽液混合物进人分离器，分离出的二次蒸汽抽至表面式冷凝器内冷凝后由冷凝水泵抽出，分离出的浓料经液位控制器从装有折光仪的管道排出。加热蒸汽一部分通入板式换热器作杀菌用，一部分通入板式蒸发器供蒸发用。蒸发出来的冷凝水一部分送至板式换热器预热物料，一部分可根据需要与加热蒸汽混合后入蒸发器内。不凝气由真空抽出，并可由调节阀调节真空。

（2）主要结构

板式蒸发器装置包括板式蒸发器主体、分离器、板式预热／杀菌器、表面冷凝器、物料泵及真空泵等组成。本装置的核心是板式蒸发器主体，如图所示，它属于单流道升降膜型，结构上主要由一个框架和一叠成型的若干组板片单元组组成。

框架，它由固定压紧板、活动压紧板、支架、上横梁、下导杆、压紧螺杆等组成。上横梁、下导杆与固定压紧板、支架紧固在一起；活动压紧板借助压紧螺杆把一叠板片压紧；板片同时靠其吊挂部分悬挂横梁上，

并由下导杆导正。板片都有五个孔，固定压紧板上有与每块板片相应位置上的孔相通的孔，这些孔与附属设备相连接。

板片，分0#、1#、2#、3#、4#五种板型，其中0#板片每台设备只有1张，其余的板片按1#、2#、3#、4#顺序排列组成一个单元如图所示，单元数视处理量而定。五种板片的板型不同，作用各异，排列顺序不可乱。每个板片都有5个孔；①加热蒸汽通道孔；②二次蒸汽与浓缩液出口通道孔；③原料液进口通道孔两个；④不凝气与冷凝液出口通道孔。各个板片作用如下：0#板的正面（系指粘有密封胶垫的面，而反面则不粘）与固定压紧板紧靠起密封隔离保护作用，背面与广板紧靠。1#正面与0#板背面形成蒸汽通道，此空间的蒸汽在折流凸台引导下走S形流道自上而下冷凝放热，冷凝液与不凝气从底部通道离开设备。2#板正面与1#板背面形成料液向上流动通道。其密封垫下部两侧各开有一个装有节流孔板的进料缺口，料液从节流孔流至板片上，自下而上蒸发，然后从板片上部的长横孔穿过3#板到4#板。3#板正面与2#板背面组成通道，情况与1#板0#板间相同。4#板正面与3#板背面形成料液向下流动通道，汽液混合物由此经下部长横孔流至设备外，而其背面开始另一板片单元组。

3.7胀流式蒸发器

从国外资料中，介绍瑞典阿法一拉伐尔公司首先创造了这种设备，它也是一种新型薄膜蒸发器。

3.7.1工作原理：如图所示，其传热面为倒置的园锥体，而两个园锥体之间用特殊材料密封，料液在其中；园锥体两侧通人蒸汽，瞬间能达沸腾蒸发的目的，料液在很狭窄通道内受热膨胀，沸腾蒸发产生二次蒸汽，在二次蒸汽诱导下往前走，进人较大空间；产生急骤蒸发，溶液因量重，则落下；而二次蒸汽继续上升，在一路上遇到曲折挡板阻挡作用，被二次蒸汽带走的飞沫，能折回来落在溶液中。蒸汽由A进入加热段以加热流过板片间隙的料液，冷凝后由D排出。料液由B进入，经主轴管上升由喷嘴向各板分配，顺板片上升，受热开始沸腾，在板片的周围是汽液分离室，M次蒸汽由C排出，浓缩液落到底部排出系统E之外。

3.7.2胀流式蒸发器结构：