第八章 食品濃縮設(shè)備

1、設(shè)備類型設(shè)備類型蒸汽耗量（蒸汽耗量（T）水耗量水耗量每蒸發(fā)每蒸發(fā)1噸水噸水每生產(chǎn)每生產(chǎn)1噸粉噸粉每蒸發(fā)每蒸發(fā)1噸水噸水每生產(chǎn)每生產(chǎn)1噸粉噸粉國產(chǎn)單效蒸發(fā)器國產(chǎn)單效蒸發(fā)器不帶熱泵不帶熱泵1.157.63.0192國產(chǎn)雙效帶熱泵國產(chǎn)雙效帶熱泵0.4631064丹麥五效帶熱泵丹麥五效帶熱泵使用蒸汽壓力使用蒸汽壓力0.8Mpa0.140.94帶冷卻水塔，循環(huán)使用幾乎不耗水帶冷卻水塔，循環(huán)使用幾乎不耗水單位蒸氣消耗量和耗水量單位蒸氣消耗量和耗水量效數(shù)效數(shù)單效單效 雙效雙效 三效三效 四效四效 五效五效理論最小值理論最小值1 1/2 1/3 1/4 1/5實際最小值實際最小值1.1 0.57 0.4 0.

2、3 0.27蒸發(fā)量與傳熱量成正比，在多效蒸發(fā)中蒸發(fā)量與傳熱量成正比，在多效蒸發(fā)中 沒有提高蒸發(fā)量；沒有提高蒸發(fā)量； 節(jié)約了加熱蒸汽；節(jié)約了加熱蒸汽； 設(shè)備投資增加；設(shè)備投資增加；因此因此,在相同的操作條件下，多效蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力并在相同的操作條件下，多效蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力并不比（傳熱面積相等的）單效蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力大。不比（傳熱面積相等的）單效蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力大。原料液原料液加熱蒸汽加熱蒸汽至冷凝器至冷凝器 濃縮液濃縮液123冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水冷凝水(2)(2)結(jié)垢性結(jié)垢性 有些溶液在受熱后，會在加熱面上形成積垢，從而增加熱阻，降低傳熱系數(shù)，嚴(yán)重影響蒸發(fā)效能，甚至因此而停產(chǎn)。故對容易形成積

3、垢的物料應(yīng)采取有效的防垢措施，如采用管內(nèi)流速很大的升膜式蒸發(fā)設(shè)備或其他強制循環(huán)的蒸發(fā)設(shè)備，用高流速防止積垢生成，或采用電磁防垢、化學(xué)防垢等；(3)(3)發(fā)泡性發(fā)泡性 有些溶液在濃縮過程中，會產(chǎn)生大量氣泡。這些氣泡易被二次蒸汽帶走進入冷凝器，一方面造成溶液的損失，增加產(chǎn)品的損耗，另一方面污染其他設(shè)備，嚴(yán)重時會造成不能操作。所以，發(fā)泡性溶液蒸發(fā)時，要降低蒸發(fā)器內(nèi)二次蒸汽的流速，以防止發(fā)泡的現(xiàn)象，或在蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)上考慮消除發(fā)泡的可能性。同時要設(shè)法分離回收泡；采用管內(nèi)流速很大的升膜式蒸發(fā)器或強制循環(huán)式蒸發(fā)采用管內(nèi)流速很大的升膜式蒸發(fā)器或強制循環(huán)式蒸發(fā)器，用高流速的氣體來沖破；器，用高流速的氣體來沖破；

4、(4)(4)結(jié)晶性結(jié)晶性 有些溶液在濃度增加時，會有晶粒析出，大量結(jié)晶沉積則會防礙加熱面的熱傳導(dǎo)，嚴(yán)重時會堵塞加熱管。要使有結(jié)晶的溶液正常蒸發(fā)，則要選擇帶攪拌或強制循環(huán)蒸發(fā)器，用外力使結(jié)晶保持懸浮狀態(tài)。(5)(5)粘滯粘滯性性 有些料液濃度增大時，粘度也隨著增大，而使流速降有些料液濃度增大時，粘度也隨著增大，而使流速降低，傳熱系數(shù)隨之減小，生產(chǎn)能力下降低，傳熱系數(shù)隨之減小，生產(chǎn)能力下降。故對粘度較高或經(jīng)加熱后粘度會增大的料液，不宜選用自然循環(huán)型，而應(yīng)選用強制循環(huán)型、刮板式或降膜式濃縮器。 (6)(6)腐蝕性腐蝕性 蒸發(fā)腐蝕性較強的料液時，應(yīng)選用防腐蝕材料制成的設(shè)備或結(jié)構(gòu)上采用更換方便的型式，使

5、腐蝕部分易于定期更換。如檸檬酸液的濃縮器采用石墨加熱管或耐酸搪瓷夾層蒸發(fā)器檸檬酸液的濃縮器采用石墨加熱管或耐酸搪瓷夾層蒸發(fā)器等。(1)生產(chǎn)能力，通常以每小時水分蒸發(fā)量來表示；(2)濃縮度，通常以濃縮制品的固體百分含量來表示；(3)制品熱敏性，與停留時間與蒸發(fā)溫度有關(guān)；4)制品粘度；(5)有價值有價值揮發(fā)物質(zhì)的回收；6)衛(wèi)生結(jié)構(gòu)及清洗要求；7）投資費用與操作費用；8）裝置大小與廠房大小有關(guān)。蒸發(fā)設(shè)備的選擇原則蒸發(fā)設(shè)備的選擇原則l 蒸發(fā)器是真空蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的主體，由加熱室與分離室兩部分構(gòu)成，食品料液在此受到加熱發(fā)生汽化，產(chǎn)生濃縮液和二次蒸汽。l 蒸發(fā)器的分類結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 加熱室加熱室（垂直管束）（

6、垂直管束） 細管，沸騰管或加熱管，直徑細管，沸騰管或加熱管，直徑2575mm，長徑比，長徑比2040 粗管：降液管或中央循環(huán)管，其截面粗管：降液管或中央循環(huán)管，其截面積為加熱管總截面積積為加熱管總截面積40100 。 蒸發(fā)室等蒸發(fā)室等 原理：原理：其下部的加熱室由垂直管束組成，中間由一根直徑較大的中央循環(huán)管。當(dāng)管內(nèi)液體被加熱沸騰時，中央循環(huán)管內(nèi)氣液混合物的平均密度較大；而其余加熱管內(nèi)氣液混合物的平均密度較小。在密度差的作用下，溶液由中央循環(huán)管下降，而由加熱管上升，做自然循環(huán)流動。溶液的循環(huán)流動提高了沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，強化了蒸發(fā)過程。 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器中央循環(huán)管式蒸發(fā)器（標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器）（標(biāo)準(zhǔn)式

7、蒸發(fā)器）中央循環(huán)管式蒸發(fā)器中央循環(huán)管式蒸發(fā)器加熱室加熱室蒸發(fā)室蒸發(fā)室二次蒸汽二次蒸汽濃縮液濃縮液加熱蒸汽加熱蒸汽原料液原料液冷凝水冷凝水l分類l操作過程l優(yōu)缺點l用途二、工作過程二、工作過程料液的控制料液的控制垂直管內(nèi)的沸騰傳熱情況，沿管長方向的傳熱一般可以分為6段，或者三個區(qū)域；左圖表示了表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)沿管長的變化。由圖可以看出，在沸騰區(qū)中的膜狀流動段，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)最大，而預(yù)熱區(qū)和飽和蒸氣區(qū)的則很小。要提高表面?zhèn)鳠嵋岣弑砻鎮(zhèn)鳠嵯禂?shù)，應(yīng)使沸騰區(qū)，尤其是膜系數(shù)，應(yīng)使沸騰區(qū)，尤其是膜狀流動段盡可能地擴大狀流動段盡可能地擴大，這要求溶液在管內(nèi)循環(huán)良好，具有適宜的循環(huán)速度，其值首先和有效溫度差有關(guān)。

8、單效降膜式濃縮設(shè)備的操作單效降膜式濃縮設(shè)備的操作 其操作方法與單效升膜式濃縮設(shè)備相似，具體操作程序如下： (1)開啟真空泵及冷凝水排出泵，并輸入冷卻水； (2)開啟進料泵，使料液自加熱器頂部加入，當(dāng)分離器切線口有料噴出時即可開加熱蒸汽，必要時還需進行壓氣； (3)當(dāng)蒸發(fā)一開始或正常操作后，開啟熱壓泵，待濃度達到要求后，即可開始出料； (4)調(diào)整出料量，務(wù)使達到平衡，并調(diào)整生蒸汽的流量、冷卻水的流量及溫度，任參數(shù)均達到工藝要求。 工業(yè)裝置中通常采用的液體分布器工業(yè)裝置中通常采用的液體分布器1、篩孔板式、篩孔板式2、噴霧型分布器、噴霧型分布器3、具有鋸齒形邊緣口的導(dǎo)流管、具有鋸齒形邊緣口的導(dǎo)流管4

9、、帶螺旋溝槽的導(dǎo)流管、帶螺旋溝槽的導(dǎo)流管5、典型導(dǎo)流管、典型導(dǎo)流管6、篩孔板式和導(dǎo)流管相結(jié)合形式、篩孔板式和導(dǎo)流管相結(jié)合形式7、旋液式、旋液式單效升降膜式蒸發(fā)器單效升降膜式蒸發(fā)器 升膜與降膜式蒸發(fā)器各有優(yōu)缺點，而升降膜蒸發(fā)器則是前兩者優(yōu)缺點的互補。升降膜蒸發(fā)器是在加熱器內(nèi)安裝兩組加加熱器內(nèi)安裝兩組加熱管，一組作升膜式，另一組作降膜式熱管，一組作升膜式，另一組作降膜式，此種蒸發(fā)器相當(dāng)于將一升膜式蒸發(fā)器和一降膜式蒸發(fā)器串聯(lián)。料液先進入升膜加熱管，沸騰蒸發(fā)后，汽液混合物上升至頂部，然后轉(zhuǎn)入另一半加熱管，再進行降膜蒸發(fā)。濃縮液從下部進入汽液分離器，分離后，二次蒸汽從分離器上部排入冷凝器，濃縮液從下部排

10、出。升降膜式蒸發(fā)器能獲得較高的蒸發(fā)速率，加熱管高徑比小，以減小壓降。 升降膜蒸發(fā)器的特點：符合物料的要求，初進入蒸發(fā)器時，物料濃度低，蒸發(fā)速度較快，容易達到升膜的要求，物料經(jīng)初步濃縮后，在降膜式蒸發(fā)中受重力作用能沿管壁均布形成薄膜；經(jīng)升膜蒸發(fā)后的汽液混合物進入降膜蒸發(fā)，有利于液體均布，同時也加速有利于液體均布，同時也加速物料的湍動和攪動，以進一步提高傳熱效果物料的湍動和攪動，以進一步提高傳熱效果；用升用升膜來控制降膜的進料分配，有利于操作控制膜來控制降膜的進料分配，有利于操作控制；將兩種濃縮過程串聯(lián)，可以提高產(chǎn)品的濃縮比可以提高產(chǎn)品的濃縮比，減低設(shè)備高度。Vapour seperatorDis

11、tribution pipes with spray nozzlesCooling MediumvaporFlows in PlateAn example of real plantVaporsteamproductcondensatecondensatecondensateProductSteamVaporFlows in plate實際裝置刮板的結(jié)構(gòu)如圖所示。刮板的結(jié)構(gòu)如圖所示。固定式刮板：與筒內(nèi)固定式刮板：與筒內(nèi)壁距離一般為壁距離一般為0.75 2.5 mm；刮；刮板數(shù)一般為板數(shù)一般為4 8塊，塊，其周邊速度為其周邊速度為5 12m/s；而活動；而活動式的周邊速度為式的周邊速度為1.5

12、5m/s 。分段式刮板式加熱器分段式刮板式加熱器l離心薄膜蒸發(fā)器是一種利用錐形蒸發(fā)面高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力一種利用錐形蒸發(fā)面高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力使料液成膜及流動的高效蒸發(fā)設(shè)備使料液成膜及流動的高效蒸發(fā)設(shè)備。l特點離心薄膜蒸發(fā)器是一種新型高效傳熱設(shè)備。它具有設(shè)備體積小、蒸發(fā)強度高、物料蒸發(fā)溫度低、受熱時間短、濃縮倍數(shù)大、物料最終濃度高以及蒸發(fā)室可方便拆洗等特點。l結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)l工作過程工作過程VaporUn-evaporated Product Evaporated Product Steam Condensate 真空系統(tǒng) 蒸汽冷凝器蒸發(fā)加熱器生蒸汽冷凝水二次蒸汽濃縮液原料液 特點：正常操作時效

13、果較好，但阻力損失較大。特點：蒸汽速度很特點：蒸汽速度很大（常壓大（常壓 20-30 20-30 m/sm/s，真空，真空60-70 60-70 m/sm/s）時，操作性）時，操作性能才較好，但阻力能才較好，但阻力損失也較大。損失也較大。特點：氣流速度較小，阻力損失小，但其填料及金屬網(wǎng)不易清洗，特點：氣流速度較小，阻力損失小，但其填料及金屬網(wǎng)不易清洗，故食品工業(yè)較少使用。故食品工業(yè)較少使用。干式真空泵或蒸汽噴射泵離心水泵或大氣腳冷卻水進冷卻水出冷凝液二次蒸汽水箱二二次次蒸蒸汽汽水力噴射泵補充新水補充新水溢流水離心水泵離心水泵水力噴射器是一種具有抽真空冷凝排水等三種有具有抽真空冷凝排水等三種有效

14、能效能的機械裝置，它是利用一定壓力的水流通過對稱均布成一定傾斜的噴出，聚合在一個焦點上。由于噴射水流速度很高，于是周圍形成負壓使器室內(nèi)產(chǎn)生真空，另外由于二次蒸氣冷凝成水；被冷凝的蒸氣與不凝結(jié)的氣體亦由于與高速噴射的水互相摩擦，混合、擠壓，通過擴壓管被排除，使器室內(nèi)形成更高真空水力噴射器應(yīng)用極為廣泛，主要用于真空與蒸發(fā)主要用于真空與蒸發(fā)系統(tǒng)，進行真空抽水、真空蒸發(fā)、真空過濾、真空結(jié)系統(tǒng)，進行真空抽水、真空蒸發(fā)、真空過濾、真空結(jié)晶、干燥、脫臭等工晶、干燥、脫臭等工藝，是制糧、制藥、化工、食品、制鹽、味精、乳品、發(fā)酵以及一些輕工行業(yè)。結(jié)構(gòu)如圖所示。采用高壓結(jié)構(gòu)如圖所示。采用高壓蒸汽作動力源；可采用多

15、蒸汽作動力源；可采用多級串聯(lián)組合，以達到高的級串聯(lián)組合，以達到高的真空度，（在各級泵之間真空度，（在各級泵之間配置混合式冷凝器）。噴配置混合式冷凝器）。噴嘴的材料為不銹鋼。嘴的材料為不銹鋼。 特點：抽汽量大，真空度特點：抽汽量大，真空度高，安裝運行和維修簡便，高，安裝運行和維修簡便，價廉，占地面積小；但要價廉，占地面積小；但要求較高蒸汽壓力，且蒸汽求較高蒸汽壓力，且蒸汽壓力要穩(wěn)定。壓力要穩(wěn)定。水環(huán)真空泵工作原理水環(huán)真空泵工作原理l系統(tǒng)構(gòu)成：以圖8. 11所示的德國 WIEGDN單效降膜式真空濃縮設(shè)備為例。該系統(tǒng)適用于牛乳的濃縮。它具有能量消耗少、操作穩(wěn)定、清洗方便等特點。l系統(tǒng)特點l工作過程預(yù)

16、熱預(yù)熱原料原料主要技術(shù)參數(shù)：主要技術(shù)參數(shù)： 水分蒸發(fā)量：水分蒸發(fā)量：800kg/h 800kg/h ； 進料量：進料量：1210kg1210kgh h（進料總?cè)楣腆w含量進料總?cè)楣腆w含量 25.6525.65);); 生產(chǎn)率：生產(chǎn)率：410kg410kgh h（出料總?cè)楣腆w含量出料總?cè)楣腆w含量7474);); 蒸汽耗量：蒸汽耗量：465465（kgkgh h）（蒸汽表壓）（蒸汽表壓 800KPa);800KPa); 耗水量：水壓耗水量：水壓300kPa300kPa（表壓（表壓),2215m),2215m3 3/h/h； 電機總功率：約電機總功率：約10.4kw10.4kw。 本設(shè)備的特點是能量消

17、耗少，操作穩(wěn)定，清洗方便。本設(shè)備的特點是能量消耗少，操作穩(wěn)定，清洗方便。殺菌段殺菌段 86869292預(yù)熱預(yù)熱預(yù)熱預(yù)熱預(yù)熱預(yù)熱雙效降膜真空濃縮機雙效降膜真空濃縮機 主要用于奶、果汁的濃縮主要用于奶、果汁的濃縮蒸發(fā)量：蒸發(fā)量：2400 kg/h 1效效 2效效 料液料液溫度：溫度： 73 48 0C加熱加熱溫度：溫度： 84 70 0C加熱加熱面積面積： 23.6 12.2 m2成品濃度成品濃度： 4550三效三效混流真空濃縮機真空濃縮機 主要用于果醬的濃縮蒸發(fā)量：12000 kg/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

18、 150 m2成品濃度：528一效蒸發(fā)量：一效蒸發(fā)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總總=W=W1 1+W+W2 2+W+

19、W3 3+Wn+Wn蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強度蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強度進料狀況對生產(chǎn)能力的影響：進料狀況對生產(chǎn)能力的影響： (1)(1)低于沸點進料時，需消耗部分熱量將溶液加熱至低于沸點進料時，需消耗部分熱量將溶液加熱至沸點，因而降低了生產(chǎn)能力；沸點，因而降低了生產(chǎn)能力； (2)(2)沸點進料時，通過傳熱面的熱量全部用于蒸發(fā)水沸點進料時，通過傳熱面的熱量全部用于蒸發(fā)水分，其生產(chǎn)能力有所增加；分，其生產(chǎn)能力有所增加； (3)(3)高于沸點進料時，由于部分原料液的自動蒸發(fā)，高于沸點進料時，由于部分原料液的自動蒸發(fā)，使生產(chǎn)能力有所增加。使生產(chǎn)能力有所增加。 蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度 若為沸點進料，且忽略熱損失，則：若為沸點進料，且忽略熱損失，則：SWU rtKrSQU欲提高蒸發(fā)器的生產(chǎn)強度，必須設(shè)法提欲提高蒸發(fā)器