浓缩设备工作原理.ppt

2020 1 5 1 第六章食品浓缩设备 第一节真空浓缩设备真空浓缩装置的分类 操作流程中央循环管浓缩器夹套加热 膜式蒸发器真空浓缩附属设备第二节冷冻浓缩设备 2020 1 5 2 主要内容 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 2020 1 5 3 2020 1 5 4 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 2020 1 5 5 1 加热蒸汽与沸腾液体之间的温度差t可以增大 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 2020 1 5 6 真空浓缩优点 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 2 由于蒸发潜热随沸点降低而增大 所以热量消耗大 2020 1 5 7 不足之处 一 分类 一 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 2020 1 5 8 第一节分类和选择及操作流程 二 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 三 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 2020 1 5 9 一 结垢性 选取流速较大的强制循环型或升膜式的浓缩设备 二 结晶性 采用夹套带搅拌器或强制循环浓缩器 三 粘滞性选强制循环型 刮板式或降膜式薄膜浓缩器 2020 1 5 10 二 选择原则 四 热敏性运用各种薄膜式或真空度较高的浓缩器 五 发泡性采用强制循环型或长管薄膜浓缩器 六 腐蚀性通常使用不锈钢材料或采用各种防腐涂层材料的钢材 2020 1 5 11 1 传热效果好 热能利用率高 即传热系数高和有效温度差大 2 结构紧凑 操作方便 3 汽液分离效果好 4 设备性能适应食品料液的性质 符合生产工艺要求和食品卫生 5 易于制造 检修 清洗 6 具有足够的机械强度 金属消耗量少 耐腐蚀 2020 1 5 12 三 对浓缩设备的要求 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 2020 1 5 13 四 真空浓缩装置操作流程 1 顺流法 2020 1 5 14 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 2020 1 5 15 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 2020 1 5 16 2020 1 5 17 2 逆流法 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 2020 1 5 18 2020 1 5 19 3 平流法 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 2020 1 5 20 2020 1 5 21 对于效数多的蒸发浓缩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 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 2020 1 5 22 4 混流法 第二节单效真空浓缩设备 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过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 而将其水分蒸发 从而达到浓缩目的 2020 1 5 23 2020 1 5 24 二 主要构造1 加热器由沸腾管及中央循环管 中央循环管和上下管板所组成的竖式加热管束组成 中央循环管和沸腾加热管一般采用胀管法或焊接法固定在上下管板上 组成一个竖式加热管束 料液在管内流动 加热蒸汽在管束间流动 2020 1 5 25 中央循环管是位于加热器中央的一根直径较大的管子 截面积为总加热管束总面积的40 50 材料为不锈钢或其他耐腐蚀材料 为提高传热效果 可在管间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 2020 1 5 26 2 蒸发室加热室上部的圆筒体 连接在加热体上部 料液经加热汽化产生的二次蒸汽中夹带有大量的液滴 直接冷凝造成料液损失 在多效浓缩时还会将下效加热室污染 并降低传热效果 所以蒸发室要具有一定的高度和空间 一般为加热管长度的1 1 1 5倍 2020 1 5 27 蒸发室外侧有视镜 人孔 洗水 照明 仪表 取样等装置 在顶部又捕集器 以对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 二次蒸汽由顶部的二次蒸汽出口排出 2020 1 5 28 三 特点结构简单 操作方便 锅内液面容易控制 清洗较困难 粘度大时循环效果较差 2020 1 5 29 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 搅拌器上有4片桨叶 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 2020 1 5 30 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 2020 1 5 31 优点结构简单 操作方便 缺点加热面积小 生产能力低 不能连续生产 适用于浓料液和黏度大的料液增浓 如果酱 蜜饯 炼乳 2020 1 5 32 一 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 2020 1 5 33 第三节升膜式 降膜式浓缩设备 一 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 2020 1 5 34 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 2020 1 5 35 工作原理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 2020 1 5 36 注意事项注意进料量 温度 黏度对成膜的影响 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 2020 1 5 37 2020 1 5 38 二 工作过程 二 降膜式浓缩设备 一 结构 2020 1 5 39 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 2020 1 5 40 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 2020 1 5 41 二 降膜分布器 2020 1 5 42 2020 1 5 43 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 2020 1 5 44 2020 1 5 45 2020 1 5 46 2020 1 5 47 2020 1 5 48 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 2020 1 5 49 2020 1 5 50 一 汽液分离器 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 2020 1 5 51 第三节真空浓缩装置的附属设备 二 类型1 碰撞型捕集器2 离心型捕集器3 过滤型捕集器 2020 1 5 52 一 作用将真空浓缩所产生的二次蒸汽进行冷凝 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 2020 1 5 53 二 蒸汽冷凝器 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 2020 1 5 54 2020 1 5 55 喷射式冷凝器1 结构及工作原理 2020 1 5 56 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 2020 1 5 57 优点 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 适于抽吸腐蚀性气体 安装高度较低 与二次蒸汽排出管水平方向直接连接 整个装置功率消耗小 2020 1 5 58 优缺点 缺点 1 不能获得较高的真空度 随水温的高低而变化 2 水泵运转时的实际功率消耗较大 2020 1 5 59 1 二次蒸汽的吸入管径 可按蒸汽流速50 80m s范围选择管径 尽量减少阻力损失 2 冷水进入管径 尽量减少管件 使阻力损失减少 3 排水管垂直而无弯头 须曲折时 折角不大于45 常用30 转折不得低于二次 2020 1 5 60 水力喷射器安装注意事项 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 2020 1 5 61 三 抽真空装置 二 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 2020 1 5 62 一 概述利用冰与水溶液之间的固 液相平衡原理 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 2020 1 5 63 第二节冷冻浓缩设备 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 2020 1 5 64 二 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 2020 1 5 65 1 1直接冷却式真空冻结器广泛应用于海水的脱盐 尚未用语液体食品加工 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 2020 1 5 66 1 2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 2020 1 5 67 1 3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 2020 1 5 68 二 冷冻浓缩的分离设备1 压榨机水力活塞式压榨机 螺旋压榨机采用压榨法时 溶质损失取决于被压缩冰饼中夹带的溶液量 冰饼经压缩后 夹带的液体被紧紧地吸住 所以不能采用洗涤方法洗净 但在压力高 压缩时间长的条件下 溶液的吸流量降低 由于料液残留量高 并考虑到溶质损失率 压榨机只适用于浓缩比接近1小时 2020 1 5 69 2 离心机