设备管理_真空浓缩设备介绍

第八章真空浓缩设备 浓缩 从溶液中除去部分溶剂的单元操作 是一个传热传质过程 如除去果蔬汁 牛奶等料液中的部分水 目的 1 作为干燥 结晶处理的预处理 2 提高产品质量 3 提高产品的贮藏性 4 减少产品的重量和体积 便于运输 5 浓缩用作某些结晶操作的预处理 6 提取果汁中的芳香物质要求 食品料液中的营养成分如果糖 蛋白质 有机酸 维生素 果胶等属热敏性很强的物质 要求加热浓缩时 既要保持食品原料的色 香 味 又要提高浓度 要求工艺流程 设备选型 制造加工和具体操作较高 发展方向 低温 快速 连续 真空浓缩设备 真空浓缩的优点 1 温度梯度大 2 可用低压蒸汽 真空浓缩操作是在较低的温度下进行的 设备与室内的温度差小 减少了设备使用时的热量损失 3 减少营养损失 提高食品质量 真空浓缩降低了牛乳蒸发时的沸腾温度 可避免其中的热敏性物料受高温影响而使产品质量下降 4 沸点低 设备热损失少 沸腾温度的降低 提高了加热蒸汽与沸腾流体之间的温度差 增大了传热量 使蒸发过程加快 生产能力提高 为利用二次蒸汽 节约能源创造了条件 如双效 多效浓缩及热泵等 其不足之处主要在于 1 由于真空浓缩必须设有真空系统 增加了附属设备及其动力消耗 相应的工程投资也要增加 2 由于液体的蒸发潜热随沸点降低而增加 所以真空浓缩的耗热量大 真空浓缩设备的分类 1 按加热蒸汽被利用的次数分为单效 双效 多效浓缩设备 2 按浓缩料液的流程 单程式和循环式其中循环式 自然循环与强制循环3 按加热器的结构形式 盘管式 中央循环管式 升膜式 降膜式 刮板式浓缩4 按操作的连续性 间歇式和连续式一般间歇式多用于单效浓缩 连续式则多应用于双效及多效浓缩 中央循环管式浓缩器 中央循环管的截面积较大 一般为加热管束总面积的40 以上 工作时 料液在管内流动 加热蒸汽在管束间流动 由于中央循环管与加热管中的料液热程度不同 产生重度差 使液料经加热管而沸腾上升 在分离室内进行气液分离 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 将水分蒸发 为了提高传热效率 管间可设若干挡板 形成蒸汽通道 特点 间歇式操作 结构简单 造价低 操作方便 液料在设备中停流时间长 清洗不便 盘管式蒸发器 结构组成 由上 下锅体 加热盘管 汽液分离器等组成 在下锅体内装有四个加热盘管 分层排列 管内通入蒸汽 对管间的料液进行加热 使之沸腾蒸发 上锅体为蒸发室 室一个空心圆筒体 料液分批进入锅内进行浓缩 二次蒸汽由上部排入气液分离室 成品由锅底卸出 夹套式蒸发器 圆筒形夹套壳体 搅拌器 除沫器等组成 被浓缩的液料置入锅内 通过进入夹层内的蒸汽加热 并加搅拌 使水分在低压条件下蒸发 二次蒸汽从顶部排除 适于果酱 蜜饯 糖浆 乳品 豆浆品 食用胶等高粘度料液的浓缩 长管式 降膜式浓缩装置 料液经二次蒸汽预热后 由加热管束顶部 通过均分器 在重力作用下 沿加热管内壁成膜状下降 蒸汽从管外通过 间接对料液加热 所产生的汽液混合物进入分离室进行分离 二次蒸汽由顶部排出 浓缩液从底部卸出 连续作业 料液通过加热管后 即达浓缩要求 特点 蒸发粘度较大的料液 且受热时间短 适于热敏性强的物料 料液在加热管内的沸点均匀且无静层效应 故有效温差较大 传热效果好 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 升膜式蒸发器 结构组成 加热室 分离室和循环管等组成 工作工程 工作时料液自加热室底部进入加热管内 加热蒸汽在管束间流过 料液在加热管中部开始沸腾迅速汽化 在加热管上部产生的二次蒸汽并快速上升 料液被二次蒸汽带动 沿管内壁成膜状上升并不断被加热蒸发 然后二次蒸汽与料液 进入分离室 由于离心力的作用 使气液分离 二次蒸汽排出 浓缩液沿循环管下降 回入加热器底部 与新进入的料液混合后 一并进入加热管内 再度受热蒸发 如此往复循环 优点 占地面积小 传热效率较高 料液受热时间短 易起泡和粘度低的液料 缺点 一次浓缩比不大 操作是进料量需要很好控制 进料过多不易成膜过少则易断膜干壁 影响产品质量 刮板式薄膜浓缩设备 刮板的形式 离心式薄膜浓缩设备 片式浓缩装置 附属装置 捕集器 作用 防止二次蒸汽夹带细微液滴逸出 分类 惯性型 离心型 附属装置 冷凝器1 作用 冷凝二次蒸汽 并将不凝结气体分离 减轻真空系统的容积负荷 保证所需真空度 分类 大气式 表面式 低水位式 喷射式 附属装置 冷凝器2 附属装置 冷凝器3 蒸汽喷射泵 往复泵水环泵 多效真空浓缩设备 有几个蒸发器相连接 以生蒸汽加热的蒸发器为第一效 利用第一效产生的二次蒸汽加热的蒸发器为第二效 依次类推 顺流式 一效和二效蒸发器的结构相同 内部出装有蒸发列管外 还有预热物料的螺线管 物料流程是被浓缩的料液由平衡槽1 靠进料泵2 通过物料预热器14 被二效蒸发器3产生的二次蒸汽加热 一次经第二 一蒸发器内的螺旋管被管外的蒸汽加热 进入杀菌器5 利用蒸汽间接加热杀菌 并保温一定时间 速后相继通过第一 二效蒸发 分离器 最后浓缩液从第二效分离器底部经出料泵9抽出 芳香物质的回收设备 工作原理 利用原果汁的芳香物质在蒸发中易挥发的性质 在蒸发冷凝器中完成的 工作过程 原果汁先送入下板组的通道中 被相隔通道内的蒸汽加热蒸发 提香后的浓缩液与含芳香物的水蒸汽由下板组上部流出 利用挡板改变方向 使其流向下方 气液进行分离 然后浓缩液由壳体底部排出 含芳香物的水蒸汽上升导入上板组的通道中 被相隔通道内的冷却水降温冷凝 形成芳香物的水溶液 从上板组的底部排出 而冷却水由上板组的上部排出 芳香物水溶液 经两次蒸发冷凝才能制成较纯的芳香液 真空浓缩设备流程1 单效 多效 并 顺 流 逆流 平流 真空浓缩设备流程2 冷冻浓缩 冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间的固液相平衡原理的一种浓缩方法 溶液在浓度上是有限度的 冷冻浓缩基本原理 当溶液中所含浓度低于低共熔浓度时 则冷却结果表现为溶剂 水分 成晶体 冰晶 析出 随着溶剂成晶体析出的同时 余下溶液中的溶质浓度显然就提高了 冷冻浓缩的优点 溶液中水分排除是通过冰晶的相际传递 所以可避免芳香物质因加热而挥发的损失 结冰操作要尽量避免局部过冷 分离操作要很好地加以控制 冷冻浓缩的缺点 1 不具有杀菌灭酶作用 2 制品浓度不仅受低共熔浓度限制 也受冰晶与浓缩液分离的难易程度影响 一般而言 浓度越高 粘度也越大 分离越困难 3 过程会造成溶质损失 且成本高 冷冻浓缩的基本原理 稀溶液的相图如图1所示 横坐标表示溶液的浓度x 纵坐标表示溶液的温度T 曲线DABCE是溶液的冰点线 D点是纯水的冰点 E是低共溶点 当溶液的浓度增加时 其冰点是下降的 在一定的浓度范围内 某一稀溶液起始浓度为xI 温度在AI点 对该溶液进行冷却降温 当温度降到冰点线A点时 如果溶液中无 冰种 则溶液并不会结冰 其温度将继续下降至C点 变成过冷液体 过冷液体是不稳定液体 受到外界干扰 如振动 溶液中会产生大量的冰晶 并成长变大 此时 溶液的浓度增大为x2 冰晶的浓度为0 即纯水 如果把溶液中的冰粒过滤出来 即可达到浓缩目的 这个操作过程即为冷冻浓缩 当溶液的浓度大于低共溶点浓度XE时 如果冷却溶液 析出的是溶质 使溶液变稀 这即是传统的结晶操作 所以冷冻浓缩工艺与结晶工艺是相反的 冷冻浓缩装置系统 冷冻浓缩操作包括结晶和分离两个部分 一 冷冻浓缩的结晶装置 直接冷却式和间接冷却式两种 直接冷却式可利用水分部分蒸发的方法 也可利用辅助冷媒 如丁烷 蒸发的方法 间接冷却式是利用间壁将冷媒与被加工料液隔开的方法 间接冷却式又可分为内冷式和外冷式