第八章 第八章 食品浓缩机械与设备.ppt

1、第八章食品浓缩机械与设备，郭，湖南农业大学食品科学与技术学院。浓度正在向低温、快速和连续的方向发展。浓缩是从溶液中除去部分溶剂的单元操作。在浓缩操作中，物料中液体蒸发产生的蒸汽称为二次蒸汽，以区别于加热蒸汽。二次蒸汽必须通过冷凝等方法不断排出，否则，蒸汽和进料液逐渐趋于平衡，这将使蒸发操作无法进行。平衡浓缩、不平衡浓缩、冷冻浓缩、蒸发浓缩、常压蒸发和真空浓缩以及食品浓缩被用作干燥预处理以减少产品的加工热消耗。提高产品质量。改善产品的保存。减少产品的体积和重量，方便运输。浓缩被用作某些结晶操作的预处理。果汁中芳香物质的提取。真空蒸发的优点加热的蒸汽和沸腾的液体之间的温差可以增加。低压蒸汽或废蒸汽

2、可用作加热蒸汽。它有利于保存食物的营养、颜色、风味和味道。运行温度低，热损失少。真空蒸发的缺点真空浓缩需要真空泵系统来增加辅助机械和功率。蒸发潜热随着沸点的降低而增加，所以耗热量很大。第1节真空浓缩设备，循环自然循环强制循环单程序，1。真空浓缩设备的分类和选择，(1)分级，单效浓缩设备，多效浓缩设备，带热泵的浓缩设备，根据料液的过程，根据料液蒸发的分布状态，无膜膜式，盘管浓缩器，中心循环管式浓缩器，蒸发器：升膜式，热敏酶，果蔬汁，低温短时或高温瞬时(薄膜或高真空蒸发器)，结垢，高流速(升膜或强制循环式)， 电磁或化学防垢结晶搅拌或强制循环型增稠剂、粘性明胶、肉汁强制循环型、刮板式、降膜发泡、高

3、流速(升膜或强制循环型)、腐蚀性高酸性不锈钢或带防腐涂层的钢，(2)蒸发器的选择； 1)真空浓缩设备的分类和选择；1)根据材料特性选择，传热效果好，热能利用率高。结构合理紧凑，操作清洗方便，安全可靠。满足工艺要求，如浓度比、产量和材料特性。低功耗，如搅拌功耗和真空功耗。加工制造容易，维修方便，节省材料，耐腐蚀，强度高。选择原则：1 .真空浓缩设备的分类和选择：2.真空浓缩设备的操作流程；1.单效真空浓缩设备的操作流程；浓缩器、分离器、冷凝器和真空泵装置的进料液进入浓缩器后，溶液被加热蒸汽加热浓缩；二次蒸汽进入冷凝器冷凝；不凝性气体由真空装置抽出，使整个装置处于真空状态堵塞，(2)多效真空浓缩设

4、备操作过程，(2)真空浓缩设备操作过程，无泵的同时逆流平流混合流、效应序列、压力、效应间液体传递；沸点，后效液体可自行蒸发一部分(自然蒸发或闪蒸)；浓度，最终效果，高浓度和低温，优势：1。下游法，缺点：后效传热系数逐渐降低，(2)多效真空浓缩设备的操作过程，(2)。逆流法，优点：当浓度增加时，温度也增加，溶液粘度变化不大，各种效应的传热系数相差不大。缺点：反应器采用泵送，进料温度低于沸点，不再产生蒸汽，高温停留时间长。处理粘度随gr变化的材料4.混流法，适用于处理粘度极高的料液，特别是当料液粘度随浓度显著增加时。平流进料法三效蒸发装置流程示意图，3。单效真空浓缩设备，(1)中心循环管式浓缩器，

5、1。功能原理，加热室由沸腾管束和中央循环管组成，中央循环管的截面积为沸腾管束总截面积的40100%。当沸腾管中的液体被加热至沸腾时，由于中心循环管的横截面积较大，溶液无法达到沸腾管中的温度，气液混合物的平均密度较大。在密度差的作用下，溶液从中心循环管下降，从沸腾管上升，形成自然循环。液面上的水蒸气在上部负压空间迅速蒸发，从而达到浓缩的目的。二次蒸汽出口、料液入口、加热蒸汽入口、除雾器、蒸发室、中央循环管、冷凝水出口、浓缩液出口、外壳、加热室，(1)中央循环管浓缩器，2。主体结构，(1)加热器本体由沸腾加热管、中央循环管(l=0.62.0m米)组成，(2)蒸发室液面以上的圆柱形空间。其功能是确保

6、蒸汽和液体的良好分离。蒸发室必须有一定的高度，否则二次蒸汽会带走少量的料液颗粒而造成损失，这也将降低传热效果。3。功能，1。泡沫捕集器；2.二次蒸汽出口；3.蒸发室；4.蒸汽集管。5.加热蒸汽包；6.盘管；7.气体分离阀；8.浓缩液出口；9.取样口；10.疏水器，1，10，9，8，7，6，5，4，3，2，(2)盘管式浓缩设备，1。盘管式浓缩设备的结构由加热盘管、蒸发室、冷凝器、抽真空装置、雾分离器、进出口阀和各种控制仪表组成。加热盘管：35组，分层布置，每个盘管13圈，冷凝水出口和蒸汽入口；(2)盘管浓缩设备，利用离心水泵的动力，由于喷嘴面积小，水将以1530米/秒的速度注入混合室和扩散室。这

7、样，在喷嘴出口处形成真空(低压区)，二次蒸汽被连续吸入并与冷水混合，并一起排出，以完成二次蒸汽的冷凝和抽真空。雾分离器是离心式的，蒸汽管连接到分离器上。分离器的中心装有一个与液压喷射泵(装有液压喷射器和离心水泵)相连的立管。水力喷射器的工作原理：(2)盘管浓缩设备，设备工作时，料液从切向进入罐内。加热蒸汽加热盘管中管道外的进料液体。加热后，它的体积膨胀，密度降低。由于浮力，进料液体在到达液位时上升并气化，从而增加其浓度和密度。但是，浓缩盘管中心的料液相对远离加热管，其密度比相同液位时高，呈下降趋势。因此，通过加热蒸发的那部分进料液体不仅密度高，而且液位高，并且将向盘管的中心下落，从而形成重复循

8、环状态，其中进料液体从锅炉壁和盘管上升，并从盘管的中心下降。产生的二次蒸汽从浓缩器的上部中心切向进入分离器。在离心力的作用下，料液颗粒与蒸汽分离，二次蒸汽上升并进入冷凝器，在冷凝器中冷凝成水排出。双线圈聚光设备的工作原理；(2)二盘管浓缩设备和三盘管浓缩设备的特点是由上锅和下锅组成，下锅底部夹有蒸汽加热，锅内装有水平轴搅拌器，加强物料循环，不断更新受热面外的料液。上锅体设有料孔、视镜、汽液分离器等装置。产生的二次蒸汽由液压喷射器或其他真空装置抽出。搅拌杰克特，2。工作过程，(3)带搅拌的夹套真空浓缩设备，3、膜浓缩设备的特点：料液以液膜的形式分散在管壁或容器壁上流动，大大增加了蒸发面积，提高了

9、蒸发浓缩效率。第四章。膜真空浓缩设备、液膜形成方式、自然循环液膜蒸发器、强制循环液膜蒸发器、液膜移动方向、升膜降膜升膜式，主要由加热器、分离器、除雾器、水力喷射器、循环管等组成。加热器是一个垂直的长容器，有许多垂直的长管。管径不宜太大，一般在3050毫米之间，长径比为100150左右，这样受热面可以提供足够的气流成膜。(1)升膜浓缩设备，1。结构，物料从加热器本体底部进入管道，加热蒸汽将热量传递给管道中的料液。当进料液体被加热和煮沸时，它迅速蒸发并高速上升。常压下，管道出口二次蒸汽速度一般为2050米/秒，真空条件下可达100160米/秒。料液由高速上升的二次蒸汽驱动，沿管道内壁呈膜状上升，不

10、断加热、蒸发和浓缩。然后沿切向高速进入分离器，在离心力的作用下与二次蒸汽分离。二次蒸汽从分离器顶部排出，一部分浓缩液通过循环管进入加热器本体底部继续浓缩，另一部分浓缩后的浓缩液可从分离室底部排出。二次蒸汽夹带的进料液滴从分离器顶部进入捕雾器进行进一步分离，然后二次蒸汽引导水力喷射器冷凝。(1)升膜浓缩设备，2。工作原理：(1)升膜浓缩设备，控制进料速度，当管壁结焦被预热到接近沸点时，液柱上升过多、过少，进入加热器，增加管内液膜比例，提高沸腾传热系数。操作点，4。工作特性，(2)降膜浓缩设备、结构和进料液由产生的快速流动的二次蒸汽及其自身重力诱导，并作为液膜沿管壁向下流动。浓缩的进料液体沉淀在底

11、部，并被直接泵出或添加用于再蒸发。在分离室中，二次蒸汽与夹带的液体分离(二次蒸汽从顶部排出，浓缩液从底部泵出)。(2)降膜浓缩设备，关键：使料液均匀分布在各加热管中，且不产生偏流。降膜分配器：的工作原理：一是利用导管(板)使料液均匀分布；第二，用筛板或喷嘴使料液均匀分布；第三是使用水力旋流器喷嘴。降膜分布器，(1)型为筛板型，筛板一般采用两层，有的采用一层筛板；类型(2)是喷雾分配器，进料液体由泵加压，然后由喷嘴喷射成均匀的液滴；式(3)是一种带有锯齿形喷嘴的导流管，料液通过齿缝均匀分布在加热管内壁上；(4)型为2-3个螺旋槽的导流管，料液沿管内壁螺旋槽均匀分布；类型(5)是典型的尾水管。引流

12、管下部扩张段的直径等于加热管的内径，引流管加工成锯齿形，料液通过齿缝均匀分布在管内壁上；类型(6)是筛板和尾水管的组合；类型(7)是水力旋流器分流类型，其中进料液体由泵加压，然后进入水力旋流器分配器，并且进料液体通过离心力均匀地分布在管道周围。降膜分布器由转轴、料液分布板、刮刀、蒸发室和夹套加热室等组成。它是立式和卧式，(3)刮板式薄膜蒸发器，1。结构、刮板薄膜浓缩设备二次蒸汽以逆流方向升至浓缩器顶部，夹带的液体泡沫被旋转多孔叶片分离。从顶部排入冷凝器。刮膜浓缩设备适用于高粘度或含有悬浮颗粒的液体的浓缩。(4)离心式薄膜浓缩设备：一种薄膜浓缩设备，通过高速旋转的锥形盘将液体材料分布在热交换器的

13、表面，并通过加热连续蒸发。具有旋转的中空圆盘，液体在圆盘上形成厚度约为0.1的薄膜。由于离心力的作用，液体的加热时间只有大约一分钟。离心膜浓缩设备常用于浓缩果汁等热敏性原料。(4)离心膜浓缩设备，气液分离器的蒸汽冷凝器真空泵系统，(5)真空浓缩装置的辅助设备，功能：防止蒸发过程中形成的细小液滴被二次蒸汽带走，使蒸汽和液体分离，减少料液损失，避免污染管道和其他蒸发器的受热面。(1)气液分离器有多种类型，可分为碰撞式、离心式和过滤式。大气冷凝器、表面冷凝器、低水位冷凝器、喷射冷凝器(液压喷射器)5。真空浓缩装置的辅助设备。蒸汽冷凝器，其功能是冷凝二次蒸汽，分离不凝性气体，降低真空泵系统的负荷。运行

14、时，冷却水从机体顶部进入，并被交错排列的带小孔淋水板均匀分散和淋透。二次蒸汽从底侧进入，通过水喷淋板的挡板从下向上流动，与冷却水保持充分接触并被冷凝。由于液位差，冷却水和冷凝水通过空气压力管排出系统。不凝性气体由真空泵从气液分离器顶部抽出，其中的水被分离，然后由回流管引入气压管排出。气压腿的安装高度应足以克服大气压力，一般为11米左右，而且许多都在室外。1个大气冷凝器，2个表面冷凝器，也称为间接冷凝器。在冷凝过程中，二次蒸汽不与冷却水直接接触，而是利用金属壁隔离间接传热。其结构有管式、板式、螺旋板式和喷淋管式。其特点是冷凝液可以循环使用，但传热效率低。3低水位冷凝器，其结构与大气冷凝器基本相同

15、，均为接触式冷凝器。低液位冷凝器用储液罐4和水泵取代了大气冷凝器的空气压力管。这可以降低冷凝器的高度。有时，真空泵或蒸汽喷射泵连接到其顶端。由于安装高度降低，低液位冷凝器可以安装在室内。要求配置的泵有较高的允许真空吸头，管道应严密，以免冷却水被吸入浓缩设备。但是，由于增加了一套泵，投资成本增加了。安装要求：尽量减少管件和弯头，减少水泵至喷射器冷却水进口管道的阻力损失；排水管应垂直。如果必须弯曲，弯曲角度不得大于45，转动不得超过两次。应严格要求每个接口避免泄漏；连接扩散管出口的尾管长度一般大于2m，不伸入循环池的水中。4喷射冷凝器(水力喷射器)，兼有抽真空和冷凝功能，1湿式真空泵常与平行流冷凝器配合使用，冷凝器中的冷凝水和不凝性气体通过往复活塞一起排出，以保证系统的真空度。然而，该设备体积大、真空度低、功耗大、维护成本高，目前很少使用。2干式真空泵经常与干式逆流冷凝器结合使用，只有冷凝器中的未冷凝气体被抽出，其工作效果比湿式真空泵好。3水环真空泵(简称w(3)真空泵的工作原理，(3)真空泵和水环真空泵启动前，向工作腔内注入适量的水。工作时，电机带动叶轮旋转，叶轮带动叶片之间的水一起旋转。水在离心力的作用下被甩到泵壁上，形成一个旋转的水环。水环的外表面与叶轮外壳相切，叶轮按箭头方向旋转。在一周的前半周，水环的内表面逐渐离开叶轮，叶片之间的间隙增大，形成一定的负