6-食品浓缩设备

2020 1 23 1 第六章食品浓缩设备 榨原汁 浓缩 100 时加水 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 23 3 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 液体食品的浓缩有很多原因 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 以增加食品维生素及化学方面的稳定性 从废液中回收副产品 浓缩设备包括三类 真空浓缩 冷冻浓缩和反渗透浓缩反渗透原理 利用反渗透膜选择性透过溶剂 水 的性质 对溶液施加压力克服溶液的渗透压 使溶剂通过膜从溶液中分离出来 真空浓缩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 真空蒸发优点 1 加热蒸汽与沸腾液体之间的温度差可以增大 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 不足之处 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 一 分类 一 根据加热蒸汽被利用的次数1 单效浓缩装置2 多效浓缩装置 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 二 选择原则 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 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 三 对浓缩设备的要求 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 四 真空浓缩装置操作流程 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 单效浓缩 2020 1 23 17 1 顺流法 2020 1 23 18 多效浓缩 效 效 效 加热蒸汽 料液 二次蒸汽 完成液 冷凝水 冷凝水 冷凝水 并流 顺流 效蒸发流程图 2 逆流法 效 效 效 加热蒸汽 料液 二次蒸汽 完成液 冷凝水 冷凝水 冷凝水 逆流 效蒸发流程图 3 平流法 效 效 效 加热蒸汽 料液 二次蒸汽 完成液 冷凝水 冷凝水 冷凝水 平流 效蒸发流程图 完成液 完成液 4混流法 顺逆流并用 此法对黏度相当高的料液很有用处 特点 在料液黏度随浓度显著增加的场合下 可采用混流 中央循环管式蒸发器 加热室中中央循环管的截面一般为加热管束总面积的40 以上 料液由于受热程度不同 产生重度差 从边上上升 中间下降 在分离室进行汽液分离 二次蒸汽由顶部排出 料液经中央循环管下降 再进入加热管束 形成自然循环 浓缩后的制品由底部卸出 该类蒸发器在国内糖厂应用较多 盘管式浓缩罐 是乳品厂较早采用的一种真空单效浓缩装置 在罐体内有盘管 管内通加热蒸汽 对物料加热 盘管一般由4 5组分层排列 每组有1 3圈 盘管的蒸汽进口和凝结水出口有两种形式 盘管多采用扁平椭圆形截面 以减少罐内流体自然循环阻力 而且便于清洗 各层盘管单独用阀门控制 可根据料液面来调节加热面 特点 1 结构简单 操作方便 易于控制 2 可根据料液量 可任意开启各排管的加热蒸汽 以满足操作需要 3 锅内物料浓度均匀 特别适用于粘度高的物料浓缩 4 间歇出料 物料受热时间长 对产品质量有影响 5 设备体积较大 清洗不便 尤其结垢清洗更困难 单元操作 蒸发 盘管式真空浓缩机组成 蒸发器 加热盘管分离器 仪表箱水力分离器特点 体积小 成本低操作维修方便型号 1000型700型300型蒸发量 300 1000kg h加热面积 3 10m2 强制循环式蒸发器 强制循环式蒸发器 主要由列管式加热器 分离室和料液循环泵组成 料液强制循环 在加热器出口减压 沸腾 分离室内进行汽液分离 该蒸发器为分批作业优点为流速大 达3 4m s 传热系数较高 可防止料液结垢 当加热蒸汽与料液之间的温差较小时 3 5 仍可进行操作 不足是动力消耗大 强制循环蒸发器 烧碱厂的强制循环蒸发器 单元操作 蒸发 外循环连续式真空浓缩机生产能力 1000kg h 夹套加热室带搅拌单效浓缩装置 中小型浓缩设备 由圆筒形夹套壳体 搅拌器 除沫器等组成 适于果酱 蜜饯 糖浆 乳品 豆浆晶 食用胶等高粘度料液的浓缩 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 膜式浓缩设备 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 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 升膜式蒸发器 最底部 中间部分 产生蒸汽泡 管上部 二次蒸汽 流速可达100 l60m s 液膜形成过程 优点 占地少 传热效率较高 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 缺点是一次浓缩比低 进料量需严格控制 降膜式蒸发器 利用重力作用成膜 能蒸发粘度较大的料液 且受热时间短 适于热敏性强的物料 料液的沸点均匀 有效温差较大 传热效果好 节约蒸汽 蒸发管较长 沸腾泡沫易受热破裂 因此适于蒸发易生泡沫的物料 清洗方便 适于浓度较大 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 特点 2020 1 23 51 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 刮板式蒸发器 有立式 卧式两类 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特点 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 多功能刮板浓缩罐 立式刮板式浓缩器 八 板式蒸发器 优点 蒸发时间很短 2s左右 液流分布均匀 不易结垢 传热系数高 可处理高粘度的料液 结构紧凑 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 板式浓缩装置 板式四效蒸发器 1效 2效 3效 4效 第四效蒸发器 第五章传热 食品工程原理 九 离心式蒸发器 特点 结构紧凑 传热效率高 蒸发强度高料液停留时间极短 约1s制品品质优良 能较好保持原有色 香 昧和营养成分 适于热敏性物料 是一种新型 高效的浓缩设备 但对粘度大 易结晶的料液不适用 其结构较复杂 造价高 原料液 完成液 加热蒸汽 冷凝水 二次蒸汽 第二节真空浓缩设备的附属装置 主要附属装置 捕集器 冷凝器 蒸汽喷射器和真空装置等 一 捕集器 一 惯性捕集器 在二次蒸汽流的通道上设置挡板 一般其直径比二次热汽入口直径大2 5 3倍 二 离心型捕集器 利用离心力分离 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 对不凝气体分离 减轻真空系统负荷 保证达到的所需的真空度 一 间接式冷凝器二次蒸汽与冷却水间接传热 有列管式 板式 螺旋板式和淋水管式 特点 冷凝液可回收利用 但传热效率低 故用作冷凝的较少 二 直接式冷凝器 混合式 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 逆流式冷凝器 2 喷射式冷凝器 安装要求 水泵至喷射器冷却水入口的管路 尽量减少管件和弯头 减小阻力损失 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 各接口要求严密 避免泄漏 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 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 优缺点 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 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 水力喷射器安装注意事项 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度 常用30 转折不得低于二次 三 真空装置 一 作用 抽出不凝结气体 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 溶解于冷却水中的空气 料液中分解的气体 设备泄漏 二 常用真空装置1 蒸汽喷射器2 往复式真空泵3 水环式真空泵 蒸汽喷射泵 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 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 真空泵 往复式真空泵 水环式真空泵 水环泵 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 效率较低 为30 50 真空度较低 为2 0 4 0kPa 水环真空泵工作原理 水环式真空泵 优缺点抽气量大 真空度高 安装运行和维修简便 价格便宜 占地面积小 要求蒸汽压力较高及蒸汽量要稳定 需较长的时间运转才能达到所需的真空度 排出气体有微小压力 只能排入大气中去 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 23 85 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 23 86 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 23 87 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 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 23 89 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 23 90 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 23 91 2 离心