结晶浓缩.ppt

第六章真空浓缩设备 内蒙古农业大学食品科学学院陈忠军副教授 一 蒸发器的分类 结构和特点二 真空浓缩的附属装置三 单效真空浓缩设备四 多效真空浓缩设备五 蒸发设备选型 主要内容 真空浓缩设备概述 浓缩 从溶液中除去部分溶剂的单元操作 真空浓缩 在负压下 以较低温度浓缩 特点 1 料液沸点低 浓缩速度快 2 能用低压蒸汽为热源 3 利于保持食品营养成分 4 能耗小 5 真空系统投资大 功耗大 6 沸点降低 蒸发潜热增大 第一节蒸发器的分类 结构和特点 一 分类 一 按二次蒸汽利用次数分 1 单效浓缩装置 2 多效浓缩装置 二 按料液流程分 1 循环式 自然与强制循环 2 单程式 三 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 一 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 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 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 料液分批浓缩 二次蒸汽由上部排入汽液分离室 成品由锅底卸出 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 三 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 中央循环管蒸发器动画 四 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 强制循环蒸发器动画 强制循环蒸发器 这是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 五 升膜式蒸发器 由加热室 分离室和循环管等组成 料液在加热管中部沸腾汽化 在上部产生二次蒸汽 流速可达100 l60 s 料液沿管内壁成膜状上升 并不断蒸发 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 升膜式蒸发器动画 六 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 降膜式蒸发器动画 七 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 单元操作 蒸发 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 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 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 四 真空泵 一 往复式真空泵 二 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 第三节单效真空浓缩设备 一 单效降膜式真空浓缩设备以德国WINGGAND公司引进的单效降膜式真空浓缩系统为例主要由加热室 分离室 热压泵 蒸汽喷射器 物料泵 冷凝水泵 水环式真空泵 螺杆泵及贮料桶等组成 适用于牛乳浓缩 主要技术参数 水分蒸发量 800kg h 进料量 1210kg h 进料总乳固体含量25 65 生产率 410kg h 出料总乳固体含量74 蒸汽耗量 465 kg h 蒸汽表压800KPa 耗水量 水压300kPa 表压 22 15m3 h 电机总功率 约10 4kw 本设备的特点是能量消耗少 操作稳定 清洗方便 二 单效离心式真空浓缩设备 以瑞典引进的ALFA LAVAL公司引进的单效离心式真空浓缩设备为例 设备由双联过滤器 平衡桶 输送泵 离心蒸发器 真空 冷凝和清洗装置等组成 特点是产品品质优良 浓度高 一次浓缩至84 固形物 传热效率高 清洗维护方便 单效离心式真空浓缩设备 多效真空浓缩操作流程 三效为例 第四节多效真空浓缩设备 单元操作 蒸发 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 单元操作 蒸发 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 单元操作 蒸发 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 单元操作 蒸发 三效逆流真空浓缩机主要用于果酱的浓缩蒸发量 12000kg h1效2效3效料液温度 7257420C加热温度 14372570C加热面积 15200150m2成品浓度 5 28 一 顺流式双效降膜真空浓缩设备 一 组成与流程 二 用途和特点这种设备适用于牛乳 果汁等热敏性物料的浓缩 效果好 质量高 蒸汽与冷却水的消耗量均较低 并配有清洗装置 操作方便 三 主要技术参数生产能力 水分蒸发量 为1200kg h 杀菌条件为86 92 保温24s 一效加热温度为83 90 一效蒸发温度为70 75 二效加热温度为68 74 二效蒸发温度48 52 物料受热时间为3min 蒸汽压力 表压 为500kPa 蒸汽消耗量为620kg h 冷却水耗量为12t h 顺流式双效降膜真空浓缩设备 单元操作 蒸发 双效降膜真空浓缩机主要用于奶 果汁的浓缩蒸发量 2400kg h1效2效料液温度 73480C加热温度 84700C加热面积 23 612 2m2成品浓度 45 50 二 混流式三效降膜真空浓缩设备 一 组成与流程 二 用途与特点这种设备适用于牛乳等热敏性液料的浓缩操作 其特点如下 1 采用真空降膜蒸发 液料受热时间短 蒸发温度低 产品质量好 2 三效蒸发 配有热压泵和预热器 节省蒸汽和冷却水用量 3 操作稳定 清洗方便 符合食品卫生要求 4 连续生产 处理量较大 三 主要技术参数处理鲜乳量3600 4000kg h 蒸发温度 第一效70 第二效57 第三效44 进料浓度为12 总乳固体含量 出料浓度为48 总乳固体含量 蒸汽消耗量为800kg h 冷却水消耗量为21t h 以进水温度16 排水温度38 计 电动机总功率为25kW 第五节选型 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 蒸发量二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 二 选型原则 一 物料的粘度料液的原有粘度及蒸发过程中粘度不断增大 使物料流速降低 传热系数减少 生产能力下降 对这种物料 宜选强制循环型 刮板式或降膜式蒸发器 二 热敏性对热敏性强的物料 浓缩时要求受热时间短 温度低 否则易引起分解或变质 一般宜选液料在器内停留时间短 真空度较高的薄膜蒸发器 如片式 离心式的蒸发设备 若允许料液在较低温下 较长时间受热 或液料浓度较低 浓缩比不高时 可用盘管式真空蒸发器 三 结垢性结垢是液料在浓缩过程中因粘度增大 悬浮的微粒积沉 局部焦化过热等因素所造成 结垢后 增加热阻 降低传热系数 甚至使作业无法运行 故宜选刮板式或强制循环型蒸发器 四 结晶性若浓缩过程中有晶体析出 易沉积于传热面上 影响传热效果 宜选带搅拌的或强制循环型蒸发器 刮板式蒸发器亦适用 五 发泡性有些液料在浓缩时产生大量汽泡 会污染附属装置 还造成液料的损失 故应考虑消除汽泡 一般采用升膜式 强制循环式蒸发器 因其液料的流速大 具有破泡作用 此外标准式蒸发器装有较大的汽液分离室 亦可使用 对发泡严重的物料 可采用加人适当的消泡剂 黄油 植物油等 的方法 六 腐蚀性液料的酸度高时 在蒸发中易对设备的金属部件产生腐蚀 宜用防腐蚀且导热性良好的蒸发器 七 蒸发