濃縮設(shè)備課件

1、濃縮設(shè)備,1,第十章 濃縮設(shè)備,濃縮設(shè)備,2,濃縮正趨向低溫、快速、連續(xù)的方向發(fā)展。,濃縮濃縮是從溶液中除去部分溶劑的單元操作，是溶質(zhì)和溶劑均勻混合液的部分分離過程。,在濃縮操作中，物料中液體汽化所生成的蒸汽稱為二次蒸汽，以區(qū)別于加熱蒸汽。二次蒸汽必須不斷地用冷凝等方法加以去除，否則，蒸汽和料液漸漸趨于平衡，將使蒸發(fā)操作無法進(jìn)行。,第一節(jié) 概述,濃縮設(shè)備,3,平衡濃縮 非平衡濃縮,冷凍濃縮 蒸發(fā)濃縮,常壓蒸發(fā) 真空濃縮,食品濃縮的目的 作為干燥的預(yù)處理，以降低產(chǎn)品的加工熱耗。 提高產(chǎn)品質(zhì)量。 提高產(chǎn)品的保藏性。 減少產(chǎn)品的體積和重量，便于運輸。 濃縮用作某些結(jié)晶操作的預(yù)處理。 提取果汁中的芳香

2、物質(zhì)。,濃縮方法從原理上分為平衡濃縮和非平衡濃縮兩種物理方法。,濃縮設(shè)備,4,（1）平衡濃縮 利用兩相在分配上的某種差異而獲得溶質(zhì)和溶劑分離的方法，如蒸發(fā)濃縮和冷凍濃縮即屬此法。 蒸發(fā)濃縮 采用濃縮設(shè)備把物料加熱，使物料中易揮發(fā)部分水分在其沸點溫度下不斷地由液態(tài)變?yōu)槠麘B(tài)，并將汽化時產(chǎn)生的二次蒸汽不斷排除，從而使制品濃度不斷提高，直至達(dá)到濃度要求。這種方法目前仍然是食品工業(yè)最廣泛應(yīng)用的一種濃縮方法。 真空蒸發(fā)濃縮 利用真空蒸發(fā)或機(jī)械分離等方法達(dá)到物料濃縮，一般在在18.8kPa下，以蒸汽間接加熱方式，對物料加熱，使其在低溫下沸騰蒸發(fā)。,濃縮設(shè)備,5,（2）非平衡濃縮 是利用半透膜來分離溶質(zhì)和溶劑

3、的過程，兩相用膜隔開，因此分離不是兩相的直接接觸，故稱非平衡濃縮。利用半透膜的方法不僅可以分離溶質(zhì)和溶劑，而且也可以分離各種不同大小的溶質(zhì)，因此，統(tǒng)稱為膜分離。,冷凍濃縮 利用有利的液固平衡條件，冷凍濃縮時，部分水分因放熱而結(jié)冰，而后用機(jī)械方法將濃縮液與冰晶分離。 蒸發(fā)和冷凍濃縮，兩相都是直接接觸的，故稱平衡濃縮。,濃縮設(shè)備,6,濃縮設(shè)備的分類及特點 蒸發(fā)濃縮設(shè)備一般由蒸發(fā)器、冷凝器和抽氣泵等部件組成。根據(jù)不同的分類依據(jù)可分成不同類型。,根據(jù)蒸發(fā)面上的壓力分為 常壓蒸發(fā)濃縮設(shè)備 溶劑氣化后直接排入大氣，蒸發(fā)面上為常壓，其設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、投資少、維修方便，但蒸發(fā)速率較低。 真空蒸發(fā)濃縮設(shè)備 溶劑從

4、蒸發(fā)面上氣化后進(jìn)入負(fù)壓狀態(tài)，速度較快。,濃縮設(shè)備,7,循環(huán)式 單程式,真空濃縮設(shè)備的分類,根據(jù)加熱蒸汽被利用的次數(shù),單效濃縮設(shè)備 多效濃縮設(shè)備 帶有熱泵的濃縮設(shè)備,按料液的流程,按料液蒸發(fā)時的分布狀態(tài),非膜式 薄膜式,（盤管式濃縮器中、央循環(huán)管式濃縮器）,蒸發(fā)器：升膜式、降膜式、片式、刮板式、離心式 特點：水分蒸發(fā)快、蒸發(fā)面積大、熱利用率高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。,（自然循環(huán)式 強(qiáng)制循環(huán)式）,濃縮設(shè)備,8,1、加熱蒸汽與沸騰液體之間的溫度差t可以增大。 2、可利用壓強(qiáng)較低的蒸汽作為加熱蒸汽。 3、由于低溫濃縮，有利于食品溶液進(jìn)行濃縮，減少體積及重量，便于運輸及儲存。 4、由于溶液沸點較低，使?jié)饪s設(shè)備的熱

5、損失減少。 5、對料液起加熱殺菌作用，有利于食品保藏。,真空濃縮特點,1、由于真空濃縮，須有抽真空系統(tǒng)，從而增加附屬機(jī)械設(shè)備及動力。 2、由于蒸發(fā)潛熱隨沸點降低而增大，所以熱量消耗大。,優(yōu)點：,不足之處：,濃縮設(shè)備,9,（1）傳熱效果好，熱能利用率高，即傳熱系數(shù)高和有效溫度差大。 （2）結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便。 （3）汽液分離效果好。 （4）設(shè)備性能適應(yīng)食品料液的性質(zhì)，符合生產(chǎn)工藝要求和食品衛(wèi)生。 （5）易于制造、檢修、清洗。 （6）具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，金屬消耗量少，耐腐蝕。,對濃縮設(shè)備的要求,濃縮設(shè)備,10,單效升膜式蒸發(fā)器 屬于液膜式濃縮器，液體沿管壁成膜狀流動，進(jìn)行連續(xù)蒸發(fā)，液體在濃縮器停留

6、時間較短，約幾秒至幾十秒。,(一) 單效濃縮設(shè)備,（一）結(jié)構(gòu) 由多根垂直管束的加熱器體和一個蒸發(fā)分離室及循環(huán)管組成。為自然循環(huán)式。,濃縮設(shè)備,11,管內(nèi)料液的加熱與蒸汽分為三部分：最低部分管內(nèi)完全充滿料液，熱量靠對流傳遞；料液在中間部分開始產(chǎn)生蒸汽泡并上升；在管上部分由于膨脹的二次蒸汽而產(chǎn)生強(qiáng)的上升力，使料液成薄膜狀在管內(nèi)上升，在管頂部成噴霧狀，以較高速度進(jìn)入氣液分離器，在離心力的作用下使氣液分離。,結(jié)構(gòu)特點,工作原理,料液從加熱器底部進(jìn)入管內(nèi)，加熱蒸汽在管束間通過管壁加熱、冷凝。料液在管內(nèi)被加熱迅速汽化，所產(chǎn)生的二次蒸汽及料液沿管內(nèi)高速上升。溶液被高速上升的二次蒸汽帶動，在壁內(nèi)成膜狀上升，不

7、斷被加熱蒸發(fā)。料液被逐漸濃縮，二次蒸汽從頂部排出，濃縮液從蒸發(fā)分離室底部排出。,濃縮設(shè)備,12,注意事項 注意進(jìn)料量、溫度、黏度對成膜的影響。 特點 結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，占地面積及空間體積小，投資少，經(jīng)濟(jì)實用。減少了熱敏性料液的分解，形成泡沫少，適用于易起泡的料液；能防治結(jié)垢，適用于果汁及乳制品的生產(chǎn)。,濃縮設(shè)備,13,單效降膜式蒸發(fā)器,結(jié)構(gòu),汽液分離器,液體分布器,加熱器,工作過程,料液從頂部進(jìn)入加熱器內(nèi)，在降膜分布器的作用下，均勻地進(jìn)人加熱管中，受二次蒸汽的快速流動和本身重力作用物料沿管內(nèi)壁呈膜狀自然向下流動，并受熱不斷蒸發(fā)濃縮,濃縮設(shè)備,14,料液分布器,作用：使料液均勻地分布 到各加熱

8、管,型式,篩板或噴嘴,導(dǎo)流管,旋液噴頭,濃縮設(shè)備,15,特點,由于利用液膜的重力作用降膜，故能蒸發(fā)粘度較大的料液，且受熱時間短，適于熱敏性強(qiáng)的物料,料液的沸點均勻，有效溫差較大，傳熱效果好，節(jié)約蒸汽,由于蒸發(fā)管較長，液料沸騰時所生成的泡沫易在管壁上受熱破裂，因此適于蒸發(fā)易生泡沫的物料；,清洗方便；適于濃度較大，不易結(jié)晶、結(jié)垢的物料,濃縮設(shè)備,16,主要用于果醬、果汁、煉乳等的生產(chǎn),中央循環(huán)管式蒸發(fā)器,（一）作用原理 食品料液經(jīng)過由沸騰管和中央循環(huán)管所組成的豎式管加熱面進(jìn)行加熱，由于傳熱產(chǎn)生重度差，形成了自然循環(huán)，而將其水分蒸發(fā)，從而達(dá)到濃縮目的。,濃縮設(shè)備,17,（二）主要構(gòu)造 1. 加熱器

9、由沸騰管及中央循環(huán)管、中央循環(huán)管和上下管板所組成的豎式加熱管束組成。 中央循環(huán)管和沸騰加熱管一般采用脹管法或焊接法固定在上下管板上，組成一個豎式加熱管束。料液在管內(nèi)流動，加熱蒸汽在管束間流動。,中央循環(huán)管是位于加熱器中央的一根直徑較大的管子，截面積為總加熱管束總面積的40%-50%，材料為不銹鋼或其他耐腐蝕材料。 為提高傳熱效果，可在管間增設(shè)若干擋板或抽去幾排加熱管，形成蒸汽通道，同時配合不凝性氣體排出管的合理分布，有利于加熱蒸汽均勻分布，從而提高傳熱及冷凝效果。,濃縮設(shè)備,18,2. 蒸發(fā)室 加熱室上部的圓筒體，連接在加熱體上部。料液經(jīng)加熱汽化產(chǎn)生的二次蒸汽中夾帶有大量的液滴，直接冷凝造成料

10、液損失，在多效濃縮時還會將下效加熱室污染，并降低傳熱效果，所以蒸發(fā)室要具有一定的高度和空間。一般為加熱管長度的1.1-1.5倍。,蒸發(fā)室外側(cè)有視鏡、人孔、洗水、照明、儀表、取樣等裝置。在頂部又捕集器，以對二次蒸汽夾帶的汁液進(jìn)行分離，保證二次蒸汽的潔凈，減少料液的損失。二次蒸汽由頂部的二次蒸汽出口排出。,濃縮設(shè)備,19,(三)特點 優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、傳熱效果好、鍋內(nèi)液面容易控制、投資費用少； 缺點： 清洗檢修較麻煩，黏度大時循環(huán)效果較差、循環(huán)速度低、且因料液循環(huán)使蒸發(fā)器中溶液濃度總是接近于完成液濃度，黏度較大，影響傳熱效果。,濃縮設(shè)備,20,盤管式蒸發(fā)器,1.工作原理及結(jié)構(gòu) 它是乳品廠

11、較早采用的一種真空單效濃縮裝置。在罐體內(nèi)有盤管，管內(nèi)通加熱蒸汽，對物料加熱。,濃縮設(shè)備,21,盤管一般由45組分層排列，每組有1-3圈。盤管的蒸汽進(jìn)口和凝結(jié)水出口有兩種形式： 盤管多采用扁平橢圓形截面，以減少罐內(nèi)流體自然循環(huán)阻力，而且便于清洗。 各層盤管單獨用閥門控制，可根據(jù)料液面來調(diào)節(jié)加熱面。,濃縮設(shè)備,22,設(shè)備工作時，料液自切線方向進(jìn)入鍋內(nèi)。加熱蒸汽在盤管內(nèi)對管外的料液進(jìn)行加熱，其受熱后體積膨脹，密度減小，因浮力使料液上升，到達(dá)液面時氣化，使其濃度提高，密度增大。但濃縮盤管中心處的料液，相對來說距加熱管較遠(yuǎn)，與同一液位的料液相比，其密度較大，呈下降趨勢，故受熱蒸發(fā)的那部分料液不但密度大，

12、而且液位又高，必向盤管中心處下落，從而形成了料液自鍋壁及盤管處上升，又沿盤管中心向下的反復(fù)循環(huán)狀態(tài)。產(chǎn)生的二次蒸汽，從濃縮鍋上部中央，以切線方向進(jìn)入分離器，在離心力的作用下，料液微粒與蒸汽分離，二次蒸汽則上升進(jìn)入冷凝器，經(jīng)冷凝器冷凝成水而排除。,2盤管式的工作原理,濃縮設(shè)備,23,3.特點,優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、操作穩(wěn)定、易于控制；盤管為扁圓形截面，液料流動阻力小，通道大，適于黏度較高的液料；由于加熱管較短，管壁溫度均勻，冷凝水能及時排除，傳熱面利用率較高；便于根據(jù)料液的液面高度獨立控制各層盤管內(nèi)加熱蒸汽通斷及其壓力，以滿足生產(chǎn)或操作的需要。 缺點：傳熱面積小，液料對流循環(huán)差，易結(jié)垢；料液

13、受熱時間長，在一定程度上對產(chǎn)品質(zhì)量有影響。,濃縮設(shè)備,24,食品廠大量使用的濃縮裝置 結(jié)構(gòu)特點 下鍋體底部有一夾套，在夾套內(nèi)通入蒸汽加熱濃縮物料，鍋體內(nèi)裝有攪拌器，攪拌器上有4片槳葉，通過其攪拌可以使鍋內(nèi)壁表面被加熱的物料層不斷更換，使水蒸氣蒸發(fā)，上鍋體的二次蒸汽出口處接有汽液分離器。,夾套加熱帶攪拌濃縮器,工作原理 工作時，先通入加熱蒸汽趕走鍋內(nèi)空氣，再啟動抽真空裝置，造成鍋內(nèi)真空將物料吸入鍋內(nèi)，達(dá)到容量要求后，開啟蒸汽閥門，使蒸汽進(jìn)入夾套加熱，同時開啟攪拌器，不斷攪拌強(qiáng)化流動，不斷更新加熱面外的物料，使其均勻濃縮，產(chǎn)生的二次蒸汽不斷抽出，以保證鍋內(nèi)的真空度。,濃縮設(shè)備,25,優(yōu)點 結(jié)構(gòu)簡單

14、，操作方便。 缺點 加熱面積小，生產(chǎn)能力低，不能連續(xù)生產(chǎn)。 適用于濃料液和黏度大的料液增濃，如果醬、蜜餞、煉乳。,濃縮設(shè)備,26,多效真空濃縮設(shè)備操作流程大致可分為順流、逆流、平流、混流和額外蒸汽運用 。,(二) 多效濃縮設(shè)備,在蒸發(fā)生產(chǎn)中，二次蒸氣的產(chǎn)量較大，且含大量的潛熱，故應(yīng)將其回收加以利用，若將二次蒸氣通人另一蒸發(fā)器的加熱室，只要后者的操作壓強(qiáng)和溶液沸點低于原蒸發(fā)器中的操作壓強(qiáng)和沸點，則通入的二次蒸氣仍能起到加熱作用，這種操作方式即為多效蒸發(fā)。,在多效蒸發(fā)操作中，蒸發(fā)溫度是逐級降低的，其多效操作的壓力是自動分配的，且逐級降低。,濃縮設(shè)備,27,1）并流法：,溶液與蒸汽的流動方向相同，即

15、均由第一效順序至末效。,濃縮設(shè)備,28,特點： 原料液由泵泵入一效罐。由于蒸發(fā)室壓力由一效至末效依次遞減，故料液在效間流動不需用泵； 由于料液沸點依效序遞降，因而當(dāng)前效料液進(jìn)入后效時，便在降溫的同時放出其顯熱，供一小部分水分汽化（自蒸發(fā)），可產(chǎn)生更多蒸汽，節(jié)省蒸汽; 由于后效溶液濃度較前效大，且溫度低，使傳熱系數(shù)降低，影響傳熱（末效蒸發(fā)困難）。 (但高濃度料液處于低溫)對濃縮熱敏食品是有利的。,濃縮設(shè)備,29,2)逆流法：,此法料液和蒸汽流動方向相反，即原料由最后一效進(jìn)入，依次用泵送入前效，最后的濃縮制品從一效排出。蒸汽由一效進(jìn)入，一效汁汽進(jìn)入二效，最后一效汁汽進(jìn)入冷凝器。,濃縮設(shè)備,30,特

16、點： 隨著料液向前流動，濃度愈來愈高，而蒸發(fā)溫度也愈來愈高。故黏度增加沒有順流的顯著。這對改善循環(huán)條件，提高傳熱系數(shù)有利。 但高溫加熱面上濃溶液的局部過熱有引起結(jié)焦和營養(yǎng)物質(zhì)破壞的危險。 效間料液流動要用泵，沒有自蒸發(fā)，水分蒸發(fā)量稍減。 適宜處理黏度隨溫度和濃度變化較大的溶液，不宜處理熱敏性物料。,濃縮設(shè)備,31,3)平流法：,此法每效都平行送入原料液和排出成品。蒸汽的流向由一效至末效依次流動。 此流程適用于在蒸發(fā)過程中伴有結(jié)晶析出的溶液。,濃縮設(shè)備,32,4)混流,順逆流并用。此法對黏度相當(dāng)高的料液很有用處。 特點：在料液黏度隨濃度顯著增加的場合下，可采用混流。,濃縮設(shè)備,33,5)有額外蒸

17、汽引用的多效蒸發(fā)流程,在多效蒸發(fā)流程中，有時將一效的二次蒸汽引出一部分用作預(yù)熱蒸發(fā)器的進(jìn)料，或用做其他的加熱目的。這種中間抽出的二次蒸汽，稱為額外蒸汽。,濃縮設(shè)備,34,多效濃縮的效數(shù),實際耗氣量大于理論值 設(shè)備費用增加 蒸發(fā)器有效傳熱溫差的極限,多效濃縮中所采用的效數(shù)是受限制的，原因大致有：,濃縮設(shè)備,35,典型多效真空濃縮設(shè)備,雙效升膜式濃縮設(shè)備 雙效降膜式濃縮設(shè)備 三效降膜式濃縮設(shè)備 四效降膜式濃縮設(shè)備,濃縮設(shè)備,36,1.雙效升膜式濃縮設(shè)備,結(jié)構(gòu)組成 工作過程 適用性及特點,濃縮設(shè)備,37,2.雙效降膜式濃縮設(shè)備,結(jié)構(gòu)組成 工作過程 適用性及特點,濃縮設(shè)備,38,結(jié)構(gòu)組成,某順流式雙效

18、真空濃縮設(shè)備流程如圖8. 12所示 ，它主要由一、二效蒸發(fā)器、熱泵、殺菌器、水力噴射器、預(yù)熱器、液料泵等構(gòu)成。 一、二效蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)相同，內(nèi)部除蒸發(fā)管束外，還設(shè)有預(yù)熱盤管。 殺菌器為列管結(jié)構(gòu)。,濃縮設(shè)備,39,殺菌段 8692,預(yù)熱,預(yù)熱,預(yù)熱,濃縮設(shè)備,40,工作過程,工作時，料液由泵從平衡槽抽出，通過由二效蒸發(fā)器二次蒸汽加熱的預(yù)熱器，然后依次經(jīng)二效、一效蒸發(fā)器內(nèi)的盤管進(jìn)一步預(yù)熱。預(yù)熱后的料液在列管式殺菌器殺菌（8692），并在保持管內(nèi)保持24s ；隨后相繼通過一效蒸發(fā)器（加熱溫度 8390，蒸發(fā)溫度7075）、二效蒸發(fā)器（加熱溫度6874，蒸發(fā)溫度4852），最后由出料泵抽出。 生蒸汽（50

19、0kPa）經(jīng)分汽包分別向殺菌器、一效蒸發(fā)器和熱壓泵供汽。一效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽，一部分通過熱壓泵作為一效蒸發(fā)器的加熱蒸汽，其余的被導(dǎo)入二效蒸發(fā)器作為加熱蒸汽。二效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽，先通過預(yù)熱器，在對料液進(jìn)行預(yù)熱的同時受到冷凝，余下二次蒸汽與不凝性氣體一起由水力噴射器冷凝抽出。各處加熱蒸汽產(chǎn)生的冷凝水由泵抽出。貯槽內(nèi)的酸堿洗滌液用于設(shè)備的就地清洗。,濃縮設(shè)備,41,適用性及特點,該設(shè)備適用于牛乳、果汁等熱敏性料液的濃縮，效果好，質(zhì)量高，蒸汽與冷卻水的消耗量較低，并配有就地清洗裝置，使用、操作方便。,濃縮設(shè)備,42,主要技術(shù)參數(shù),生產(chǎn)能力（水分蒸發(fā)量）為1200kgh； 殺菌條件為8692保

20、溫24s； 一效加熱溫度為8390； 一效蒸發(fā)溫度為7075； 二效加熱溫度為6874； 二效蒸發(fā)溫度4852； 物料受熱時間為3min； 蒸汽壓力（表壓）為500kPa；蒸汽消耗量為 620kgh； 冷卻水耗量為12t/h。,濃縮設(shè)備,43,單元操作：蒸發(fā),雙效降膜式濃縮機(jī) 主要用于奶、果汁的濃縮 蒸發(fā)量：2400 kg/h 1效 2效 料液 溫度： 73 48 0C 加熱 溫度： 84 70 0C 加熱 面積： 23.6 12.2 m2 成品濃度： 4550,濃縮設(shè)備,44,3.三效降膜式濃縮設(shè)備,結(jié)構(gòu)組成 工作過程 適用性及特點,濃縮設(shè)備,45,濃縮設(shè)備,46,結(jié)構(gòu)組成,如圖8. 13所

21、示，全套設(shè)備包括三個降膜式蒸發(fā)器、混合式冷凝器、料液平衡槽、熱壓泵、液料泵和水環(huán)式真空泵等，其中第二效蒸發(fā)器為組合蒸發(fā)器。,濃縮設(shè)備,47,工作過程,平衡槽內(nèi)（固形物含量12%）的料液由泵抽吸供料，經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后，先進(jìn)入第一效蒸發(fā)器（蒸發(fā)溫度70），通過降膜受熱蒸發(fā)，進(jìn)入第一效分離器分離出的初步濃縮料液，由循環(huán)液料泵送入第三效蒸發(fā)器（蒸發(fā)溫度57）。從第三效分離器出來的濃縮液由循環(huán)液料泵送入第二效蒸發(fā)器（蒸發(fā)溫度44），最后由出料泵從第二效分離器將濃縮液（固形物含量48%）抽吸排出，其中不合格產(chǎn)品送回平衡槽。 生蒸汽首先被引入第一效蒸發(fā)器和與第一效蒸發(fā)器連通的預(yù)熱器；第一效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽

22、，一部分通過（與生蒸汽混合的）熱壓泵增壓后作為第一效蒸發(fā)器和預(yù)熱器的加熱蒸汽使用：第二效分離器所產(chǎn)生的二次蒸汽，被引入第三效蒸發(fā)器作為熱源蒸汽；第三效分離器處的二次蒸汽導(dǎo)入冷凝器，經(jīng)與冷卻水混合冷凝后由冷凝水泵排出。各效產(chǎn)生的不凝氣體均進(jìn)入冷凝器，由水環(huán)式真空泵抽出。,濃縮設(shè)備,48,適用性及特點,該套設(shè)備適用于牛乳等熱敏性料液的濃縮，料液受熱時間短、蒸發(fā)溫度低、處理量大，蒸汽消耗量低。例如，處理鮮乳3600-4000kg/h，每蒸發(fā)1kg水僅需0.267kg生蒸汽，比單效蒸發(fā)節(jié)約生蒸汽76%，比雙效蒸發(fā)節(jié)約46。,濃縮設(shè)備,49,三效真空濃縮機(jī) 主要用于果醬的濃縮 蒸發(fā)量：12000 kg/

23、h 1效 2效 3效 料液 溫度： 72 57 42 0C 加熱 溫度： 143 72 57 0C 加熱 面積： 15 200 150 m2 成品濃度：528,濃縮設(shè)備,50,圖8. 14所示為一混流式四效降膜真空濃縮設(shè)備流程，用于牛乳的殺菌與濃縮。 牛乳首先經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)行殺菌，然后順序經(jīng)由第四效、第一效、第二效和第三效蒸發(fā)器進(jìn)行濃縮。 采用了多個蒸發(fā)器夾套內(nèi)的預(yù)熱器，并增設(shè)有閃蒸冷卻器用于牛乳殺菌后的降溫。 二次蒸汽的冷凝采用效率較高的混合式冷凝器。,4.四效降膜式濃縮設(shè)備,濃縮設(shè)備,51,濃縮設(shè)備,52,一般情形 基本原理 冷凍濃縮的特點 冷凍濃縮相關(guān)設(shè)備 一、冷卻結(jié)晶設(shè)備 二、冰與濃縮液的

24、分離設(shè)備 三、冷凍濃縮設(shè)備的裝置系統(tǒng),(三) 冷凍濃縮設(shè)備,濃縮設(shè)備,53,將溶液中的一部分水以冰的形式析出，并將其從液相中分離出去，從而使溶液濃縮的方法,定義,特別適用于濃縮熱敏性液態(tài)食品、生物制藥、要求保留天然色香味的高檔飲料及中藥湯劑等,濃縮設(shè)備,54,冷凍濃縮的基本原理,水溶液均有如圖8.15所示的平衡關(guān)系（凍結(jié)曲線）。利用冰與水溶液之間的固-液相平衡原理，使低于低共熔點濃度的溶液冷卻，其結(jié)果表現(xiàn)為溶劑（水）呈晶體（冰晶）析出；將冰晶與母液分離后，即得到增濃的溶液。,濃縮設(shè)備,55,冷凍濃縮的特點,優(yōu)點：由于是在低溫下對溶液的濃縮，因而，對熱敏性物料，尤其是食品物料、生物活性物質(zhì)的濃縮

25、非常有利；冷凍濃縮中溶劑水的排除不是通過加熱蒸發(fā)，而是依靠從溶液到冰晶的相際傳遞，因此，可避免生物活性物質(zhì)的變性失活和低沸點的芳香物質(zhì)成分因揮發(fā)造成的損失。 缺點：濃縮比較低，物料最終濃度不超過其低共熔濃度；晶液的分離技術(shù)要求高，且溶液的黏度越大，分離越困難，冰晶的夾帶損失也越大；成品中的微生物活性未能受到抑制，加工后仍需采用加熱等后處理或需要冷凍貯藏；生產(chǎn)成本較高。,濃縮設(shè)備,56,冷凍濃縮相關(guān)設(shè)備,冷凍濃縮主要包括料液冷卻結(jié)晶和冰晶與濃縮液分離兩步，因而冷凍濃縮設(shè)備主要也由冷卻結(jié)晶設(shè)備和冰晶懸浮液分離設(shè)備兩大部分組成。,濃縮設(shè)備,57,冷凍濃縮的一般情形,冷凍濃縮是使溶液中的一部分水以冰的

26、形式析出，并將其從液相中分離出去，從而使溶液濃縮的方法。 冷凍濃縮特別有利于熱敏性食品的濃縮，具有以下優(yōu)點：低溫操作、氣液界面小、微生物增殖少、溶質(zhì)劣化及揮發(fā)性芳香成分損失可控制在極低的水平等。 濃縮的制品或直接作為成品，或作為冷凍干燥過程中的半成品使用。,濃縮設(shè)備,58,一、冷卻結(jié)晶設(shè)備,冷凍濃縮中的冷卻結(jié)晶設(shè)備實現(xiàn)兩個功能：冷卻除去結(jié)晶熱和進(jìn)行結(jié)晶。 根據(jù)冷卻方法可分為直接冷卻式結(jié)晶器和間接冷卻式結(jié)晶器，間接式又可分為內(nèi)冷式結(jié)晶器與外冷式結(jié)晶器。 （一）直接冷卻式真空結(jié)晶器 （二）內(nèi)冷式結(jié)晶器 （三）外冷式結(jié)晶器,濃縮設(shè)備,59,（一）直接冷卻式真空結(jié)晶器,直接冷卻式結(jié)晶是指結(jié)晶熱直接由溶

27、液中發(fā)生汽化相變?yōu)榱硪徊糠治镔|(zhì)帶走的結(jié)晶方法。發(fā)生汽化的物質(zhì)可以是水，也可以是制冷劑。 部分水真空蒸發(fā)的結(jié)晶器 直接冷卻式真空結(jié)晶器的特點 應(yīng)用舉例,濃縮設(shè)備,60,部分水真空蒸發(fā)的結(jié)晶器,工作原理：真空狀態(tài)下部分水分從溶液中吸收熱量發(fā)生汽化，而溶液中另一部分水則因熱量的除去而結(jié)晶成冰。這種部分水汽化，部分水結(jié)冰的過程基本可使體系的溫度保持穩(wěn)定。例如，在絕對壓力 267Pa直接冷卻式結(jié)晶器中，溶液所對應(yīng)的沸騰溫度約為-3，此時每蒸發(fā)掉1kg水需要吸收的蒸發(fā)潛熱可使7.14kg的水結(jié)晶成冰。 直接冷卻比間接冷卻有兩大明顯的優(yōu)點。首先，它省掉了冷卻面，不用昂貴的刮板式換熱器。其次，如果能將低壓力二

28、次蒸汽再壓縮提高其絕對壓力，并利用分離到的冰晶對此壓縮后的二次蒸汽進(jìn)行冷凝，還可進(jìn)一步降低能耗。,濃縮設(shè)備,61,直接冷卻式真空結(jié)晶器的特點,設(shè)備費和能耗相對較低。 由于減壓蒸發(fā)時，芳香物也損失了，以致濃縮液質(zhì)量較差。 對于多數(shù)果汁，如果能用吸收器吸收芳香物，就能減少芳香物的損失。,濃縮設(shè)備,62,應(yīng)用舉例,圖8. 16為一種具有芳香物回收的真空結(jié)晶裝置。 料液進(jìn)入真空結(jié)晶器后，在267Pa絕對壓強(qiáng)下部分蒸發(fā)，部分水分成為冰晶。 從結(jié)晶器出來的冰晶懸浮液經(jīng)分離器分離后，冰晶排出，濃縮液從頂部進(jìn)入吸收器。 而從真空結(jié)晶器出來的帶芳香物的蒸汽先經(jīng)冷凝器除去水分后，從底部進(jìn)入吸收器。在吸收器內(nèi)，濃縮

29、液與芳香物的惰性氣體逆流流動，芳香物被濃縮液吸收，然后惰性氣體由吸收器頂部排出，而吸收了芳香物的濃縮液從吸收器底部排出。,濃縮設(shè)備,63,（二）內(nèi)冷式結(jié)晶器,這類結(jié)晶器有兩種： 產(chǎn)生幾乎完全固化懸浮液的結(jié)晶器 產(chǎn)生可泵送漿料的結(jié)晶器,濃縮設(shè)備,64,產(chǎn)生幾乎完全固化懸浮液的結(jié)晶器,這種結(jié)晶器中，沒有攪拌的液體與冷卻壁面相接觸，直至水分幾乎完全固化，所以在原理上它屬于層狀凍結(jié)。凍結(jié)的晶體成片狀或“雪”狀，然后用機(jī)械方法除去。在這種結(jié)晶器中，即使非常稀的溶液也能一步濃縮至40濃度的濃縮液，甚至還可能更高。但是由于冰晶非常薄，濃縮液與冰晶的分離比較困難。,濃縮設(shè)備,65,產(chǎn)生可泵送漿料的結(jié)晶器,這種

30、結(jié)晶器產(chǎn)生可泵送懸浮液，在冷凍濃縮中多數(shù)結(jié)晶器屬于這種。典型的設(shè)備中，晶體懸浮液在冷卻結(jié)晶器中僅停留幾分鐘。由于停留時間短，故晶體非常?。?0m）。刮板式換熱器是典型的產(chǎn)生可泵送冰晶懸浮液的結(jié)晶器。,濃縮設(shè)備,66,（三）外冷式結(jié)晶器,外冷式結(jié)晶器有三種主要型式: 型式一 型式二 型式三,濃縮設(shè)備,67,型式一,先使料液過冷，過冷度高達(dá)-6 。過冷的無晶體料液在結(jié)晶器中釋放出“冷量”。為了減少冷卻器中的晶核形成和結(jié)晶器中的意外事件，避免可能導(dǎo)致流體流動的堵塞，與料液相接觸的冷卻器壁面必須拋光或涂以憎水塑料。 這種結(jié)晶器內(nèi)的局部過冷實際上可得到抑制。對30的葡萄糖溶液，在結(jié)晶器中平均停留時間僅0

31、.5h 時，即可獲得大約0.2mm粒度的晶體。 從結(jié)晶器出來的液體可由泵再循環(huán)至換熱器，而晶體則借助泵吸入管路中的過濾器而被截留于結(jié)晶器中。,濃縮設(shè)備,68,型式二,特征是整個懸浮液在結(jié)晶器與換熱器之間不斷循環(huán)。晶體在換熱器內(nèi)的停留時間比在結(jié)晶器內(nèi)的停留時間短，所以晶體的成長主要在結(jié)晶器內(nèi)。,濃縮設(shè)備,69,型式三,如圖8. 17所示。料液先在外部換熱器中產(chǎn)生亞臨界晶體。部分無晶體液體從結(jié)晶器到換熱器間再循環(huán)。 刮板式換熱器的熱通量很高，這導(dǎo)致強(qiáng)烈的晶核形成。在換熱器中晶體的停留時間只有幾秒鐘，所以產(chǎn)生的晶體特別小。 當(dāng)其連續(xù)地進(jìn)入結(jié)晶器后，在此停留時間至少0.5h。由于在結(jié)晶器中停留時間相對

32、較長，其主體過冷度很小，約 -0.02。進(jìn)入結(jié)晶器的料液中的小晶體在這樣的環(huán)境下呈亞臨界結(jié)晶狀態(tài)，與含有大晶體的懸浮液混合時即被溶化。料液中小晶體的溶化熱來自于大晶體的生長。,提高換熱器晶核形成速率可使結(jié)晶器內(nèi)晶體平均直徑增大。,濃縮設(shè)備,70,二、冰與濃縮液的分離設(shè)備,用于冷凍濃縮的冰與濃縮液的分離設(shè)備有壓榨機(jī)、過濾式離心機(jī)、洗滌塔，以及這些設(shè)備組合形式等。 （一）壓榨機(jī) （二）離心機(jī) （三）洗滌塔 （四）壓榨機(jī)與洗滌塔的組合,濃縮設(shè)備,71,（一）壓榨機(jī),常用液壓活塞式壓榨機(jī)和螺旋式壓榨機(jī)。 采用壓榨機(jī)分離，可溶性固體的損失量取決于已壓縮冰餅中夾帶的濃液量。冰餅中的夾帶量與壓榨機(jī)采用的壓力

33、有關(guān)，例如在1MPa壓力下，每千克冰中大致殘留0.65kg液體,而在10MPa壓力下并且壓縮時間較長時，則每千克冰中殘留量可減少至0.1kg。 由于壓榨法導(dǎo)致較多的可溶性固體損失，所以這種分離方法只用于作前期分離，為冰與溶液的最后完全分離提供冰含量較高的漿料。,濃縮設(shè)備,72,（二）離心機(jī),冷凍濃縮中使用的離心機(jī)是過濾式離心機(jī)。 分離時的溶質(zhì)損失取決于晶體大小和液體黏度。 離心機(jī)分離的缺點是當(dāng)液體從濾餅中流出時，芳香物質(zhì)將受到損失，這是液體與大量空氣密切接觸所致。,濃縮設(shè)備,73,（三）洗滌塔,洗滌塔有較好的冰與濃縮液的分離效果，濃縮液不會被稀釋，且洗滌塔完全密封，無頂部空間，從而避免了芳香物

34、的損失。從洗滌塔出來的濃縮液用純水復(fù)原時，在分析上和外觀、味感、芳香物質(zhì)等方面與未濃縮過的原液幾乎沒有什么區(qū)別。 洗滌分離原理 洗滌塔形式,濃縮設(shè)備,74,洗滌分離原理,基本原理：利用冰晶融化水排代晶體間夾帶的濃縮液。 連續(xù)式洗滌塔的工作原理如圖8. 18 ，從結(jié)晶器來的晶體漿料從塔底進(jìn)入，因冰晶密度比濃縮液小，故冰晶逐漸上浮到塔頂，而濃縮液則從塔底經(jīng)過濾器排出。 塔頂設(shè)有融冰器（加熱器），使部分冰晶融化成水。融化的水大部分排到洗滌塔外，小部分向下返回，與上浮冰晶逆流接觸，洗去冰晶表面的濃縮液。 沿塔高方向冰晶夾帶的溶質(zhì)濃度逐漸降低，冰晶隨浮隨洗，夾帶的溶質(zhì)越來越少。當(dāng)向下流動的洗滌水量占融化

35、水量的比率提高時，其洗滌效果明顯提高。,圖8. 18連續(xù)式洗滌塔的工作原理,濃縮設(shè)備,75,洗滌塔形式,按塔中冰晶沿塔移動的推動力不同，洗滌塔可分以下三種： 浮床式 螺旋式 活塞式,濃縮設(shè)備,76,浮床式,這種洗滌塔中，冰晶與液體作逆向運動，其推動力是晶體和液體兩相的密度差。,濃縮設(shè)備,77,螺旋式,這種洗滌塔是以螺旋推送為兩相相對運動的推動力，如圖8. 19 所示，晶體懸浮液進(jìn)入兩同心圓筒的環(huán)狀空間，在此空間內(nèi)螺旋在旋轉(zhuǎn)。螺旋具有棱鏡狀斷面，除迫使冰晶沿塔體移動外，還有攪動晶體的作用。,濃縮設(shè)備,78,活塞式,以活塞的往復(fù)移動為冰床移動的推動力 圖8. 20所示洗滌塔由洗滌塔筒體、塔下部活塞

36、、頂部刮板裝置等組成。 洗滌前沿位置由光電裝置通過啟閉閥C來控制。 洗滌水溫度通過進(jìn)汽閥D調(diào)節(jié)。 塔內(nèi)已洗滌冰晶層與未稀釋濃縮液層相距僅幾厘米。 塔內(nèi)出來的融化水中可溶性固體濃度可低至10 mg/kg。 生產(chǎn)能力取決于冰晶大小和濃縮液黏度，其范圍若以每小時每平方米洗滌塔截面的去冰量計，其范圍在300010000kg之間。,濃縮設(shè)備,79,活塞,多孔的活塞連著一個中央進(jìn)料管，并可在下部液壓缸驅(qū)動下作往復(fù)運動。假如圖示S1位置與刮板之間充滿緊密的冰床，當(dāng)關(guān)閉B、C，開啟A閥時，在結(jié)晶器漿料過壓與液壓缸的作用下，活塞向下運動，活塞上方空間將充以晶體漿料。當(dāng)活塞抵達(dá)位置S3時，關(guān)閉A，開啟B，活塞在液

37、壓缸作用下向上運動，此時濃縮液穿過活塞上的多孔網(wǎng)被濾走，并經(jīng)閥B從洗滌塔排出，而冰晶留在活塞上方。當(dāng)活塞抵達(dá)S2位置時，活塞上方建立起一個冰床，冰床在頂部擠壓刮板，刮下的冰屑與其融化水一起在換熱器內(nèi)循環(huán)，少部分融化水往下流動用于洗滌夾帶在冰晶中的濃縮液，大部分融化水經(jīng)閥C排走。,濃縮設(shè)備,80,（四）壓榨機(jī)與洗滌塔的組合,可實現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)的分離過程。 圖8. 21為一個典型實例。 過程：從結(jié)晶器出來的冰晶懸浮液在壓榨機(jī)中分離，仍然含有濃縮液約40的冰餅在混合器中與進(jìn)料稀液混合，成為含冰晶的中濃縮液。此含冰晶的中濃縮液在洗滌塔內(nèi)被完全洗滌。純水與中濃縮液分別從塔頂塔低側(cè)排出，而進(jìn)入結(jié)晶器的中濃縮液與

38、壓榨機(jī)來的濃縮液相混合。 組合流程的優(yōu)點,濃縮設(shè)備,81,組合流程的優(yōu)點,只需采用簡單的洗滌塔，而不必使用價格昂貴得多的復(fù)雜洗滌塔。 洗滌塔處理的是經(jīng)進(jìn)料稀液混合過的中等濃度料液，而不是直接從壓榨機(jī)來的濃縮液，濃度的降低使黏度劇烈下降，從而使洗滌塔生產(chǎn)能力大增。 即使離開結(jié)晶器的晶體懸浮液黏度很高，或者晶體平均直徑很小，這種組合方法仍能使冰晶與濃縮達(dá)到完全分離。,濃縮設(shè)備,82,三、冷凍濃縮設(shè)備的裝置系統(tǒng),將冷凍結(jié)晶裝置與冰晶懸浮液分離裝置有機(jī)地結(jié)合在一起，便可構(gòu)成冷凍濃縮裝置系統(tǒng)。冷凍濃縮裝置系統(tǒng)可以分為單級系統(tǒng)和多級系統(tǒng)。,濃縮設(shè)備,83,單級系統(tǒng),單級冷凍濃縮系統(tǒng)一次性使料液中的部分水分

39、結(jié)成冰晶，然后對冰晶懸浮液分離，得到冷凍濃縮液。 系統(tǒng)流程舉例（圖8. 22）：原料罐中稀溶液通過循環(huán)泵首先輸入到刮板式熱交換器，在冷媒作用下冷卻，生成細(xì)微的冰晶，然后進(jìn)入再結(jié)晶罐（成熟罐）。結(jié)晶罐保持一個較小的過冷卻度，溶液的主體溫度將介于該冰晶體系的大、小晶體平衡溫度之間，高于小晶體的平衡溫度而低于大晶體的平衡溫度。小冰晶開始融化，大冰晶成長。結(jié)晶罐下部有一個過濾網(wǎng)，通過濾網(wǎng)從罐底出來的濃縮液，一部分作為濃縮產(chǎn)物排出系統(tǒng)，另一部分與進(jìn)料液一道再循環(huán)冷卻進(jìn)行結(jié)晶。未通過濾網(wǎng)的大冰晶料漿從罐底出來后進(jìn)入活塞式洗滌塔。洗滌塔出來的濃縮液再循環(huán)冷卻結(jié)晶，融化的冰水由系統(tǒng)排出。 單級冷凍濃縮裝置可將

40、814oBx原果汁濃縮至4060oBx濃縮汁。,濃縮設(shè)備,84,濃縮設(shè)備,85,冷凍濃縮裝置系統(tǒng)示意,High speed freezer是起晶器,而slow speed freezer 是最后階段才使用的冰晶成長器, plug flow ripener是正常運行時使用的冰晶成長與分離器.,濃縮設(shè)備,86,多級系統(tǒng),多級冷凍濃縮系統(tǒng)將前一級的濃縮液作為原料液進(jìn)一步地通過更低的溫度使部分水結(jié)成冰晶，再進(jìn)行分離。 控制料液在結(jié)晶器中的循環(huán)速度，可以使料液獲得不同的過冷度，從而可以利用同一狀態(tài)制冷劑實現(xiàn)多級冷凍濃縮所要求的凍結(jié)溫度差異。 應(yīng)用舉例：三級逆流冷凍濃縮系統(tǒng),濃縮設(shè)備,87,系統(tǒng)如圖8.

41、23所示。系統(tǒng)構(gòu)成特點 工作過程：原料液進(jìn)入進(jìn)料罐后與從洗滌塔排代出來的稀溶液混合后由泵抽出，與第3級結(jié)晶罐中抽出的一部分溶液混合后，通過3級旋轉(zhuǎn)刮板凍結(jié)器冷卻成過冷液，進(jìn)入第3級成熟罐。在此形成大的冰晶懸浮液。此懸浮液分離后，浮在上面的冰晶漿由泵抽至洗滌塔洗滌融化成水，沉在下層的濃縮液通過過濾網(wǎng)被泵抽出。抽出的濃縮液一部分與進(jìn)料液混合后在本級再進(jìn)行凍結(jié)，另一部分則由泵抽送至第2級進(jìn)行結(jié)晶。第2級和第1級的工作原理基本與第3級的類似，但此二級成熟罐上層冰晶漿料是由螺旋輸送器輸送至下級成熟罐的，另外，第1級的濃縮液有一部作為最終濃縮物形式輸出系統(tǒng)。,三級逆流冷凍濃縮系統(tǒng),濃縮設(shè)備,88,系統(tǒng)構(gòu)成特點,該系統(tǒng)所用的洗滌塔與上面所介紹的單級冷凍濃縮系統(tǒng)