第八章 食品浓缩设备

1、设备类型设备类型蒸汽耗量（蒸汽耗量（T）水耗量水耗量每蒸发每蒸发1吨水吨水每生产每生产1吨粉吨粉每蒸发每蒸发1吨水吨水每生产每生产1吨粉吨粉国产单效蒸发器国产单效蒸发器不带热泵不带热泵1.157.63.0192国产双效带热泵国产双效带热泵0.4631064丹麦五效带热泵丹麦五效带热泵使用蒸汽压力使用蒸汽压力0.8Mpa0.140.94带冷却水塔，循环使用几乎不耗水带冷却水塔，循环使用几乎不耗水单位蒸气消耗量和耗水量单位蒸气消耗量和耗水量效数效数单效单效 双效双效 三效三效 四效四效 五效五效理论最小值理论最小值1 1/2 1/3 1/4 1/5实际最小值实际最小值1.1 0.57 0.4 0.

2、3 0.27蒸发量与传热量成正比，在多效蒸发中蒸发量与传热量成正比，在多效蒸发中 没有提高蒸发量；没有提高蒸发量； 节约了加热蒸汽；节约了加热蒸汽； 设备投资增加；设备投资增加；因此因此,在相同的操作条件下，多效蒸发器的生产能力并在相同的操作条件下，多效蒸发器的生产能力并不比（传热面积相等的）单效蒸发器的生产能力大。不比（传热面积相等的）单效蒸发器的生产能力大。原料液原料液加热蒸汽加热蒸汽至冷凝器至冷凝器 浓缩液浓缩液123冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水(2)(2)结垢性结垢性 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

3、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，用高流速防止积垢生成，或采用电磁防垢、化学防垢等；(3)(3)发泡性发泡性 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，以防止发泡的现象，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；采用管内流速很大的升膜式蒸发器或强制循环式蒸发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；器，用高流速的气体来冲破；

4、(4)(4)结晶性结晶性 有些溶液在浓度增加时，会有晶粒析出，大量结晶沉积则会防碍加热面的热传导，严重时会堵塞加热管。要使有结晶的溶液正常蒸发，则要选择带搅拌或强制循环蒸发器，用外力使结晶保持悬浮状态。(5)(5)粘滞粘滞性性 有些料液浓度增大时，粘度也随着增大，而使流速降有些料液浓度增大时，粘度也随着增大，而使流速降低，传热系数随之减小，生产能力下降低，传热系数随之减小，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)(6)腐蚀性腐蚀性 蒸发腐蚀性较强的料液时，应选用防腐蚀材料制成的设备或结构上采用更换方便的型式，使

5、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。(1)生产能力，通常以每小时水分蒸发量来表示；(2)浓缩度，通常以浓缩制品的固体百分含量来表示；(3)制品热敏性，与停留时间与蒸发温度有关；4)制品粘度；(5)有价值有价值挥发物质的回收；6)卫生结构及清洗要求；7）投资费用与操作费用；8）装置大小与厂房大小有关。蒸发设备的选择原则蒸发设备的选择原则l 蒸发器是真空蒸发浓缩系统的主体，由加热室与分离室两部分构成，食品料液在此受到加热发生汽化，产生浓缩液和二次蒸汽。l 蒸发器的分类结构：结构： 加热室加热室（垂直管束）（

6、垂直管束） 细管，沸腾管或加热管，直径细管，沸腾管或加热管，直径2575mm，长径比，长径比2040 粗管：降液管或中央循环管，其截面粗管：降液管或中央循环管，其截面积为加热管总截面积积为加热管总截面积40100 。 蒸发室等蒸发室等 原理：原理：其下部的加热室由垂直管束组成，中间由一根直径较大的中央循环管。当管内液体被加热沸腾时，中央循环管内气液混合物的平均密度较大；而其余加热管内气液混合物的平均密度较小。在密度差的作用下，溶液由中央循环管下降，而由加热管上升，做自然循环流动。溶液的循环流动提高了沸腾表面传热系数，强化了蒸发过程。 中央循环管式蒸发器中央循环管式蒸发器（标准式蒸发器）（标准式

7、蒸发器）中央循环管式蒸发器中央循环管式蒸发器加热室加热室蒸发室蒸发室二次蒸汽二次蒸汽浓缩液浓缩液加热蒸汽加热蒸汽原料液原料液冷凝水冷凝水l分类l操作过程l优缺点l用途二、工作过程二、工作过程料液的控制料液的控制垂直管内的沸腾传热情况，沿管长方向的传热一般可以分为6段，或者三个区域；左图表示了表面传热系数沿管长的变化。由图可以看出，在沸腾区中的膜状流动段，表面传热系数最大，而预热区和饱和蒸气区的则很小。要提高表面传热要提高表面传热系数，应使沸腾区，尤其是膜系数，应使沸腾区，尤其是膜状流动段尽可能地扩大状流动段尽可能地扩大，这要求溶液在管内循环良好，具有适宜的循环速度，其值首先和有效温度差有关。

8、单效降膜式浓缩设备的操作单效降膜式浓缩设备的操作 其操作方法与单效升膜式浓缩设备相似，具体操作程序如下： (1)开启真空泵及冷凝水排出泵，并输入冷却水； (2)开启进料泵，使料液自加热器顶部加入，当分离器切线口有料喷出时即可开加热蒸汽，必要时还需进行压气； (3)当蒸发一开始或正常操作后，开启热压泵，待浓度达到要求后，即可开始出料； (4)调整出料量，务使达到平衡，并调整生蒸汽的流量、冷却水的流量及温度，任参数均达到工艺要求。 工业装置中通常采用的液体分布器工业装置中通常采用的液体分布器1、筛孔板式、筛孔板式2、喷雾型分布器、喷雾型分布器3、具有锯齿形边缘口的导流管、具有锯齿形边缘口的导流管4

9、、带螺旋沟槽的导流管、带螺旋沟槽的导流管5、典型导流管、典型导流管6、筛孔板式和导流管相结合形式、筛孔板式和导流管相结合形式7、旋液式、旋液式单效升降膜式蒸发器单效升降膜式蒸发器 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加热器内安装两组加热管，一组作升膜式，另一组作降膜式热管，一组作升膜式，另一组作降膜式，此种蒸发器相当于将一升膜式蒸发器和一降膜式蒸发器串联。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

10、出。升降膜式蒸发器能获得较高的蒸发速率，加热管高径比小，以减小压降。 升降膜蒸发器的特点：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；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物料的湍动和搅动，以进一步提高传热效果；用升用升膜来控制降膜的进料分配，有利于操作控制膜来控制降膜的进料分配，有利于操作控制；将两种浓缩过程串联，可以提高产品的浓缩比可以提高产品的浓缩比，减低设备高度。Vapour seperatorDis

11、tribution pipes with spray nozzlesCooling MediumvaporFlows in PlateAn example of real plantVaporsteamproductcondensatecondensatecondensateProductSteamVaporFlows in plate实际装置刮板的结构如图所示。刮板的结构如图所示。固定式刮板：与筒内固定式刮板：与筒内壁距离一般为壁距离一般为0.75 2.5 mm；刮；刮板数一般为板数一般为4 8块，块，其周边速度为其周边速度为5 12m/s；而活动；而活动式的周边速度为式的周边速度为1.5

12、5m/s 。分段式刮板式加热器分段式刮板式加热器l离心薄膜蒸发器是一种利用锥形蒸发面高速旋转时产生的离心力一种利用锥形蒸发面高速旋转时产生的离心力使料液成膜及流动的高效蒸发设备使料液成膜及流动的高效蒸发设备。l特点离心薄膜蒸发器是一种新型高效传热设备。它具有设备体积小、蒸发强度高、物料蒸发温度低、受热时间短、浓缩倍数大、物料最终浓度高以及蒸发室可方便拆洗等特点。l结构结构l工作过程工作过程VaporUn-evaporated Product Evaporated Product Steam Condensate 真空系统 蒸汽冷凝器蒸发加热器生蒸汽冷凝水二次蒸汽浓缩液原料液 特点：正常操作时效

13、果较好，但阻力损失较大。特点：蒸汽速度很特点：蒸汽速度很大（常压大（常压 20-30 20-30 m/sm/s，真空，真空60-70 60-70 m/sm/s）时，操作性）时，操作性能才较好，但阻力能才较好，但阻力损失也较大。损失也较大。特点：气流速度较小，阻力损失小，但其填料及金属网不易清洗，特点：气流速度较小，阻力损失小，但其填料及金属网不易清洗，故食品工业较少使用。故食品工业较少使用。干式真空泵或蒸汽喷射泵离心水泵或大气脚冷却水进冷却水出冷凝液二次蒸汽水箱二二次次蒸蒸汽汽水力喷射泵补充新水补充新水溢流水离心水泵离心水泵水力喷射器是一种具有抽真空冷凝排水等三种有具有抽真空冷凝排水等三种有效

14、能效能的机械装置，它是利用一定压力的水流通过对称均布成一定倾斜的喷出，聚合在一个焦点上。由于喷射水流速度很高，于是周围形成负压使器室内产生真空，另外由于二次蒸气冷凝成水；被冷凝的蒸气与不凝结的气体亦由于与高速喷射的水互相摩擦，混合、挤压，通过扩压管被排除，使器室内形成更高真空水力喷射器应用极为广泛，主要用于真空与蒸发主要用于真空与蒸发系统，进行真空抽水、真空蒸发、真空过滤、真空结系统，进行真空抽水、真空蒸发、真空过滤、真空结晶、干燥、脱臭等工晶、干燥、脱臭等工艺，是制粮、制药、化工、食品、制盐、味精、乳品、发酵以及一些轻工行业。结构如图所示。采用高压结构如图所示。采用高压蒸汽作动力源；可采用多

15、蒸汽作动力源；可采用多级串联组合，以达到高的级串联组合，以达到高的真空度，（在各级泵之间真空度，（在各级泵之间配置混合式冷凝器）。喷配置混合式冷凝器）。喷嘴的材料为不锈钢。嘴的材料为不锈钢。 特点：抽汽量大，真空度特点：抽汽量大，真空度高，安装运行和维修简便，高，安装运行和维修简便，价廉，占地面积小；但要价廉，占地面积小；但要求较高蒸汽压力，且蒸汽求较高蒸汽压力，且蒸汽压力要稳定。压力要稳定。水环真空泵工作原理水环真空泵工作原理l系统构成：以图8. 11所示的德国 WIEGDN单效降膜式真空浓缩设备为例。该系统适用于牛乳的浓缩。它具有能量消耗少、操作稳定、清洗方便等特点。l系统特点l工作过程预

16、热预热原料原料主要技术参数：主要技术参数： 水分蒸发量：水分蒸发量：800kg/h 800kg/h ； 进料量：进料量：1210kg1210kgh h（进料总乳固体含量进料总乳固体含量 25.6525.65);); 生产率：生产率：410kg410kgh h（出料总乳固体含量出料总乳固体含量7474);); 蒸汽耗量：蒸汽耗量：465465（kgkgh h）（蒸汽表压）（蒸汽表压 800KPa);800KPa); 耗水量：水压耗水量：水压300kPa300kPa（表压（表压),2215m),2215m3 3/h/h； 电机总功率：约电机总功率：约10.4kw10.4kw。 本设备的特点是能量消

17、耗少，操作稳定，清洗方便。本设备的特点是能量消耗少，操作稳定，清洗方便。杀菌段杀菌段 86869292预热预热预热预热预热预热双效降膜真空浓缩机双效降膜真空浓缩机 主要用于奶、果汁的浓缩主要用于奶、果汁的浓缩蒸发量：蒸发量：2400 kg/h 1效效 2效效 料液料液温度：温度： 73 48 0C加热加热温度：温度： 84 70 0C加热加热面积面积： 23.6 12.2 m2成品浓度成品浓度： 4550三效三效混流真空浓缩机真空浓缩机 主要用于果酱的浓缩蒸发量：12000 kg/h 1效 2效 3效料液温度： 72 57 42 0C加热温度： 143 72 57 0C加热面积： 15 200

18、 150 m2成品浓度：528一效蒸发量：一效蒸发量：W W1 1= =（D D1 11 1+S+SC C1 1）1 1W W2 2=(D2=(D22 2+(S-W+(S-W1 1)C)C2 2)2)2W W3 3=(=(D D3 33 3+(S-W+(S-W1 1-W-W2 2) )3 3) )3 3 Wn=(Dn Wn=(Dnn n+(S-W+(S-W1 1-W-W2 2-W-W3 3 W Wn n-1-1) )n n) )n n W W1 1=D=D2 2，W W2 2=D=D3 3，W W3 3=D=D4 4， W Wn-1n-1=Dn=DnW W总总=W=W1 1+W+W2 2+W+

19、W3 3+Wn+Wn蒸发器的生产能力和生产强度蒸发器的生产能力和生产强度进料状况对生产能力的影响：进料状况对生产能力的影响： (1)(1)低于沸点进料时，需消耗部分热量将溶液加热至低于沸点进料时，需消耗部分热量将溶液加热至沸点，因而降低了生产能力；沸点，因而降低了生产能力； (2)(2)沸点进料时，通过传热面的热量全部用于蒸发水沸点进料时，通过传热面的热量全部用于蒸发水分，其生产能力有所增加；分，其生产能力有所增加； (3)(3)高于沸点进料时，由于部分原料液的自动蒸发，高于沸点进料时，由于部分原料液的自动蒸发，使生产能力有所增加。使生产能力有所增加。 蒸发器的生产强度蒸发器的生产强度 若为沸点进料，且忽略热损失，则：若为沸点进料，且忽略热损失，则：SWU rtKrSQU欲提高蒸发器的生产强度，必须设法提欲提高蒸发器