第八章食品浓缩机械与设备

1、第八章食品浓缩机械与设备，一、浓缩概念浓缩是从溶液中除去部分溶剂的单元操作，是溶质和溶剂均匀混合物的部分分离过程，目的是提高溶液的浓度。在浓缩过程中，水通过对流和扩散从液相内部到达液相表面，然后被去除。最小含水量约为30%(质量)，这通常是一个稳定的过程。常用的浓缩方法：常压浓缩、真空浓缩、冷冻浓缩、结晶浓缩等。在食品工业中，它经常用于生产浓缩果汁、果酱、浓缩牛奶和功能性食品。原则上，浓缩法可分为两种方法：平衡浓缩法和非平衡浓缩法。(1)平衡浓度是一种利用两相分布的某些差异，如蒸发浓度和冻结浓度来分离溶质和溶剂的方法。蒸发是利用溶剂和溶质之间的挥发性差异，获得良好的汽液平衡条件，达到分离的目的

2、。在实践中，部分溶剂通过添加热能而蒸发，蒸发的水从剩余的浓缩液中分离出来。这种方法仍然是食品工业中使用最广泛的浓缩方法。冷冻浓缩是利用有利的液固平衡条件。在冷冻浓缩过程中，部分水由于放热而冻结，然后通过机械方法将浓缩液与冰晶分离。蒸发和冷冻浓缩都是直接接触的，所以称之为平衡浓缩。(2)非平衡浓缩是用半透膜分离溶质和溶剂的过程，两相被膜分离，所以分离不是两相之间的直接接触，所以称为非平衡浓缩。半透膜不仅可以分离溶质和溶剂，还可以分离不同大小的溶质，因此被称为膜分离。2.集中注意力的目的1。去除食物中的大量水分，降低包装、储存和运输成本。例如，将100吨固含量为5%的番茄汁浓缩成固含量为28%的番

3、茄酱，重量减少到18吨，体积减少量相同。这可以大大降低包装、储存和运输成本。2.提高产品浓度，增加产品保存。通过浓缩增加产品的糖或盐含量可以降低水的活性，使产品在微生物学上安全，延长产品的有效保存期。3.为了满足食品加工的工艺要求，通常采用浓缩作为干燥、脱水或结晶的预处理过程。当原液含有大量水时，这种情况尤其适用，用浓缩法除去这些水比用干燥法更经济。例如，在奶粉的生产过程中，牛奶在干燥前被预浓缩到45R%的固体。4.在浓缩过程中，果汁中的芳香物质可以被提取出来。3.食品原料的蒸发和浓缩特性：料液的性质对蒸发有很大的影响，尤其是食品大多是生物系统材料，比一般化学工业中遇到的材料更加复杂多变，因此

4、在选择和设计蒸发器时应充分了解这种影响。食品原料的蒸发和浓缩具有以下特点：1 .热敏生物系统的材料主要由蛋白质、脂肪、糖浆、维生素等多种色、香、味成分组成，在高温或长期加热下会被破坏、变性和氧化，从而降低产品质量。因此，许多食物的蒸发应该严格考虑加热的温度和时间，这是不可分割的。食品蒸发的安全性同时与这两个因素有关，这就是“温度与时间相结合”的概念，即把温度和时间看作一个整体。鉴于食品蒸发的安全性，我们应争取“低温短时间”，但也要考虑过程的经济性。在保证食品质量和提高生产能力的前提下，常采用“高温短时”蒸发。因为进料液体的沸点与外部压力和低温有关粘度许多食物富含蛋白质、糖、果胶和其他成分，它们

5、的粘度很高。首先，从流体动力学的观点来看，高粘性物质的蒸发具有层流的趋势。即使物料被强烈搅拌，在传热附近总会有一个层流的内层，这将严重影响传热速率。同时，由于上述原因，会出现结垢和局部停留时间等一系列问题。料液的粘度随着浓度的增加而增加，随着蒸发，料液的粘度将不可避免地逐渐增加，因此预计蒸发过程中的传热速率将逐渐降低。对于粘性产品的蒸发，一般采用外力强制的循环或搅拌措施。结垢：蛋白质、糖、果胶等。会变性、结块、焦化等。通常在传热表面附近，材料温度最高。当这种情况发生时，传热壁上会形成污垢，这将严重影响传热速率。解决污垢问题的积极措施是提高液体速度。经验证明，在其他条件相同的情况下，提高液体速度

6、可以显著减少污垢的形成，污垢是由高液体速度的洗涤作用引起的。因此，当可能发生严重结垢时，强制循环方法是有效的。此外，必须对不可避免的结垢问题采取定期清洗措施。泡沫一些食物在沸腾时需要形成稳定的泡沫，特别是在真空蒸发和高静水压下。泡沫很容易被二次蒸汽带走，这一方面污染了其他加热设备，另一方面增加了产品的损失。在严重的情况下，它可能导致不可操作性。通常，表面活性剂可用于控制泡沫的形成，各种机械装置也可用于破坏泡沫。腐蚀性，尤其是酸性食品，如果果汁和蔬菜汁浓缩，蒸发器的设计必须考虑腐蚀性。对于食品来说，即使它被轻微腐蚀，它所造成的污染也往往是产品规格所不允许的。通常，蒸发器的液体接触部分由不锈钢制成

7、。结晶度当某些溶液的浓度增加时，会有颗粒沉淀，大量的晶体沉淀会阻碍加热面的热传导，严重时会堵塞加热管。对于这种料液，应选择搅拌或强制循环浓缩器。第四，对蒸发设备的要求，1。工艺要求1)适应材料性能，满足工艺要求和食品卫生；2)确保达到要求的浓度；2.热能利用要求：合理利用供热蒸汽和二次蒸汽，降低全厂蒸汽消耗和燃料消耗。3.设备结构要求1)在一定体积内尽可能增加其加热面积，以减少金属消耗和占地面积；2)蒸发效率高，传热系数高，热能利用率高；3)结构简单，制造、安装、维护和清洗方便；第一节真空浓缩设备、真空浓缩原理及特点：(1)料液沸点低，浓缩速度快。(2)低压蒸汽可作为热源。(3)有利于保持食物

8、的营养成分。(4)设备热损失相对较小。(5)真空系统投资大，耗电量大。(6)沸点降低，蒸发潜热增加。真空浓缩设备的分类和结构。1.分类(1)根据二次蒸汽利用次数：1。单效浓缩装置。2.多效浓缩装置。3.热泵浓缩装置。(2)按料液流程：1。循环类型：自然循环和强制循环。2.单模(3)根据料液蒸发时的分布状态：1。非膜式：盘管浓缩器和中心循环管浓缩器；2.膜式：升膜式、降膜式、板式、刮刀式、离心浓缩器等。二。蒸发器由加热室和蒸发室、除雾器、冷凝器和真空装置组成。1.单效真空浓缩装置：由浓缩池、冷却器和真空泵组成。目前，该工艺广泛应用于果酱生产中。多效真空浓缩工艺1)并流工艺2)一氧化碳因为蒸发室中

9、的压力从第一个效应到最后一个效应降低，所以进料液体不需要泵在两个效应之间流动；由于料液的沸点按照作用顺序逐渐降低，当具有第一种作用的料液进入后一种作用时，它会在冷却的同时释放出显热，使一小部分水蒸发(自蒸发)，从而产生更多的蒸汽，节约蒸汽；由于后效溶液的浓度高于前效溶液的浓度，且温度较低，传热系数降低，影响传热(最终效蒸发困难)。(但高浓度料液温度低)有利于热敏性食品的浓缩。2)逆流法：这种方法中，料液和蒸汽的流向相反，即原料从最后一个效进入，依次泵入前一个效，最后的浓缩产品从第一个效排出。蒸汽从第一效进入，第一效蒸汽进入第二效，最后一效蒸汽进入冷凝器。特点：随着料液向前流动，浓度越来越高，蒸

10、发温度越来越高。因此，粘度增加不如下游显著。有利于改善循环条件和传热系数。然而，高温加热表面上浓缩液的局部过热可能导致焦化和营养物质的破坏。效率室之间的进料液体流动需要泵，没有自蒸发，水的蒸发略有减少。它适用于处理粘度随温度和浓度变化很大的溶液，不适用于处理热敏材料。3)平流法：在这种方法中，对于每一种效果，原料液体被进料，成品被平行排出。蒸汽依次从第一个效果流向最后一个效果。该工艺适用于蒸发过程中有结晶的溶液。4)上游和下游的混合流。这种方法对高粘度的料液非常有用。特点：当料液粘度随浓度显著增加时，可采用混合流。5)附加蒸汽的多效蒸发过程。在多效蒸发过程中，有时第一效二次蒸汽的一部分被导出用

11、作预热蒸发器的进料或用于其它加热目的。中间提取的二次蒸汽称为额外蒸汽。1.夹套真空浓缩罐，中小型浓缩设备。它由圆柱形夹套壳体、搅拌器、除雾器等组成。适用于浓缩高粘度液体，如果酱、糖浆、乳制品、豆浆晶和食用胶。结构简单，易于操作和控制；传热面积小，加热时间长，生产能力低，不能连续工作。二是盘管式浓缩锅由上下锅体、加热盘管和汽液分离器组成。料液分批浓缩。二次蒸汽从上部排入气液分离室，成品从罐底排出。二次蒸汽进入分离室，在离心力的作用下，夹带的液滴与不凝气体分离，气体排出，分离出的料液回流后蒸发。单元操作：蒸发。盘管真空浓缩器由：蒸发器、加热盘管分离器和仪表箱液压分离器组成。特点：体积大，结构简单，

12、运行稳定，蒸发速度快，间歇出料模式：1000型700型300型蒸发能力：3001000公斤/小时加热面积：310平方米。第三，标准集中器，中央循环管集中器加热室内中央循环管的横截面一般大于加热管束总面积的40%。由于加热程度不同，料液差别很大，从侧面上升，中间下降，气液分离在分离室内进行。二次蒸汽从顶部排出。料液通过中心循环管下降，然后进入加热管束，形成自然循环。浓缩的产品从底部排出。这种蒸发器在国内糖厂广泛使用。强制循环蒸发器主要由管式加热器、sep优点：结构简单，占地少，设备投资少，生产能力大，传热效率高，料液加热时间短，蒸汽消耗低，设备维护方便。适用于热敏、易发泡、低粘度的液体物料的浓缩

13、。缺点是浓缩比低、进料速度控制严格、连续生产、管道长、清洗不方便。降膜浓缩设备在结构上与升膜浓缩设备相似，主要区别在于进料液从加热器顶部加入，通过分配器导管分配到加热管中，并以膜状沿管壁向下流动，因此称为降膜式。降膜分布器安装在管道顶部或管道内，使料液在各管道内均匀分布，并沿管道内壁向下流动。降膜浓缩设备的特点是利用重力成膜，可以蒸发高粘度的料液，加热时间短，适用于热敏性强的物料；料液在加热管表面形成薄膜，传热系数高，可避免泡沫的形成；使用热泵，热能节约，冷却水消耗少；二次蒸汽作为热源，由于它携带少量的进料液滴，加热管表面容易产生污垢，影响传热；加热管长度较长，如果发生结焦，清洗困难，不适合高

14、浓度和粘稠物料的浓缩；在生产过程中，不能随意中断生产，否则容易结垢或结晶。目前，这种设备广泛应用于乳制品、果汁等食品行业。刮板蒸发器有两种类型：立式和卧式。有固定刮刀式和活动刮刀式。加热时间为245秒。加热区可分为几个部分，其特点是蒸汽压力不同：高传热系数，适用于高粘度(高达100帕秒)的进料液体或含有悬浮颗粒的进料液体。多功能刮刀浓缩机、立式刮刀浓缩机。板式蒸发器。优点：蒸发时间短，约2s，液流分布均匀，不易结垢。传热系数高，达到10.4516.72兆焦耳/平方米小时。它能处理高粘度的料液，结构紧凑，拆卸和清洗方便，可用于浓缩各种食品，如牛奶、果汁、糖汁和低盐酱油。板式浓缩器，板式四效蒸发器

15、，1效蒸发器，2效蒸发器，3效蒸发器，4效蒸发器，9。离心式蒸发器，其特点是结构紧凑，传热效率高，蒸发强度高，料液停留时间很短，约1秒，产品质量优良，原有的色、香、味、营养成分保留良好。适用于热敏和发泡材料，是一种新型高效的浓缩设备。但它不适合高粘度、易结晶的料液，结构复杂，成本高。原料液、成品液、加热蒸汽、冷凝水、二次蒸汽、第二节真空浓缩设备辅助装置、主要辅助装置：疏水阀、冷凝器、蒸汽喷射器、真空装置等。一、疏水阀(汽液分离器)(一)惯性疏水阀：在二次蒸汽流道上设置挡板，其直径一般比二次热蒸汽入口直径大2.53倍。(2)离心阱：通过离心力分离。当蒸汽速度较大时，分离效果较好，但阻力也较大。冷

16、凝器，功能：冷凝二次蒸汽，分离不凝性气体，降低真空系统负荷。(1)间接冷凝器二次蒸汽与冷却水之间的间接传热，包括管式、板式、螺旋板式和喷淋管式。特点：冷凝液可以循环使用，但传热效率低，所以冷凝液用量少。(2)直接冷凝器(混合式)分为逆流式和喷射式。二次蒸汽通过与冷却水直接接触而冷凝。3.真空装置(1)功能：抽出不凝性气体，保证系统真空度，降低浓缩罐压力，使料液低温沸腾。不凝性气体的来源：溶解在冷凝液中的空气制造简单，运行可靠，转速高，与电机直接连接，内部无需润滑，废气无污染，排气量均匀，运行稳定可靠。但是，由于高速运转，水的冲击导致叶轮和轮壳磨损，导致真空度下降，零件需要频繁更换。效率很低，只有3050。真空度较低，为2 . 04 . 0千帕。水环真空泵第三节冷冻浓缩机械设备冷冻浓缩的原理