真空濃縮裝置的附屬設(shè)備 課件

11/16/20231真空濃縮裝置的附屬設(shè)備

一、捕集器（一）作用安裝在濃縮裝置的蒸發(fā)分離室頂部或側(cè)面。其作用主要防止蒸發(fā)過程中形成的細(xì)微液滴，被二次蒸汽夾帶逸出。對汽液進(jìn)行分離，要減少料液的損失，同時(shí)防止污染管道及其它濃縮器的加熱面。11/16/20232（二）類型1、慣性型捕集器2、離心型捕集器3、表面型捕集器11/16/2023311/16/20234二、冷凝器（一）作用將真空濃縮所產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)行冷凝，并將其中的不凝結(jié)氣體(空氣、二氧化碳等)分離，以減輕真空系統(tǒng)的容積負(fù)荷，同時(shí)保證達(dá)到的所需的真空度。11/16/20235（二）類型1、大氣式冷凝器2、表面式冷凝器3、低水位冷凝器4、噴射式冷凝器11/16/2023611/16/20237

11/16/20238噴射式冷凝器

1.結(jié)構(gòu)及工作原理11/16/20239借離心水泵的動(dòng)力，將水壓入噴嘴，由于噴嘴斷面積小，以高速射（15～30m/s）入混合室及擴(kuò)散室后進(jìn)入排水管中，在噴嘴出口處形成低壓區(qū)域，不斷吸入二次蒸汽，由于二次蒸汽與冷水之間，有一定溫度差，兩者進(jìn)行熱交換后，二次蒸汽凝結(jié)為冷凝水，并夾帶不凝結(jié)氣體，隨冷凝水排出，既達(dá)到冷凝，又能抽真空作用。11/16/202310

11/16/202311優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（１）兼有冷凝器及抽真空作用，不必再配置真空裝置；（2）結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，冷凝器本身設(shè)有機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)部分，不要經(jīng)常檢修；（３）適于抽吸腐蝕性氣體；（４）安裝高度較低，與二次蒸汽排出管水平方向直接連接；（５）整個(gè)裝置功率消耗小。11/16/202312缺點(diǎn)：(1)不能獲得較高的真空度，隨水溫的高低而變化(2)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的實(shí)際功率消耗較大。11/16/202313水力噴射器安裝注意事項(xiàng)（1）二次蒸汽的吸入管徑，可按蒸汽流速50-80m/s范圍選擇管徑，盡量減少阻力損失；（2）冷水進(jìn)入管徑，盡量減少管件，使阻力損失減少；（3）排水管垂直而無彎頭，須曲折時(shí)，折角不大于45度，常用30°，轉(zhuǎn)折不得低于二次。11/16/202314三、真空裝置（一）作用主要作用是抽取不凝結(jié)氣體，保證整個(gè)濃縮裝置處于真空狀態(tài)，并且降低濃縮鍋內(nèi)壓力，從而使料液在低溫下沸騰，有利于提高食品的質(zhì)量。11/16/202315（二）常用的真空裝置

1、復(fù)式真空泵（1）濕式真空泵（2）干式真空泵11/16/20231611/16/202317

2水環(huán)式真空泵11/16/202318

3.水力噴射泵

4.蒸汽噴射泵（1）工作原理及構(gòu)造

采用較高壓力的水蒸氣作動(dòng)力源，由泵嘴、混合室和擴(kuò)散器組成。

11/16/20231911/16/202320(2)多級蒸汽噴射泵的操作注意事項(xiàng)單級：最高真空度達(dá)650-720mm汞柱雙級：最高真空度達(dá)730-750mm汞柱三級：最高真空度達(dá)755-758mm汞柱11/16/202321操作注意事項(xiàng)①先打開中間冷凝器的冷卻水閥門；②啟動(dòng)最后級噴射泵（即吸入真空度最低的泵）然后往前逐級啟動(dòng)，停車時(shí)先關(guān)第一級吸入真空度最高的泵，然后往后逐級關(guān)閉；③停車時(shí)先破壞濃縮罐內(nèi)的真空，然后慢慢關(guān)閉各級蒸汽噴射泵，以免冷水倒流罐內(nèi)；④操作時(shí)，注意冷凝器內(nèi)冷卻水的排出速度，適當(dāng)加減水量。11/16/202322(3)優(yōu)缺點(diǎn)抽氣量大、真空度高、安裝運(yùn)行和維修簡便、價(jià)格便宜、占地面積小。要求蒸汽壓力較高及蒸汽量要穩(wěn)定，需較長的時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)才能達(dá)到所需的真空度，排出氣體有微小壓力，只能排入大氣中去。11/16/202323三、刮板式、離心式薄膜濃縮設(shè)備

一、刮板式薄膜濃縮設(shè)備（一）分類（二）結(jié)構(gòu)（三）工作過程11/16/20232411/16/202325四、離心式薄膜濃縮設(shè)備(一)結(jié)構(gòu)圖5－18【輕版177頁圖5－15】（二）工作過程11/16/20232611/16/202327第五節(jié)真空濃縮設(shè)備的主要計(jì)算

一、物料衡算（一）單效濃縮設(shè)備式中S－料液進(jìn)料量（公斤/小時(shí)）

W－蒸發(fā)之水分（或二次蒸汽）量（公斤/小時(shí)）

B0－原料液濃度（％）

B1－濃縮液濃度（％）11/16/202328(二)多效濃縮設(shè)備

1.蒸發(fā)水分量

式中Bn－末效料液濃度（％）

2.最終產(chǎn)品的量

3.料液最終濃度式中W1,W2,W3,……Wn－各效所蒸發(fā)的水分量（公斤/小時(shí)）11/16/202329二、熱量計(jì)算（一）單效濃縮設(shè)備

1.熱能的消耗包括（1）消耗于水分的蒸發(fā)Q1；（2）消耗于進(jìn)料的加熱Q2；如果進(jìn)料的溫度等于物料煮沸的溫度t2，則在進(jìn)料加熱上的熱量消耗為零，如果t1>t2，則熱量的消耗為負(fù)數(shù)；（3）消耗于濃縮器的加熱Q3；（4）消耗于向周圍介質(zhì)的熱量損失Q4。11/16/202330所以：Q總

=Q1+Q2+Q3+Q4Q1=W?L1(焦)Q2=S?C?(t1-t2)(焦)Q3=W1?C1?

(t1-t2′)(焦)Q4=(Q1+Q2+Q3)?3%(焦)11/16/2023312.蒸汽消耗

式中i1－加熱蒸汽熱焓（焦/公斤）

ik－加熱蒸汽冷凝水之熱焓（焦/公斤）11/16/202332（二）多效濃縮設(shè)備

1.自蒸發(fā)系數(shù)式中in－第n效加熱蒸汽的熱焓（焦/公斤）

tn-1－第n-1效的溶液溫度（開）

tn－第n效的溶液溫度（開）一般并流式11/16/2023332.蒸發(fā)系數(shù)

式中In－第n效加熱蒸汽的熱焓（焦/公斤）

tk－第n效加熱蒸汽的冷凝水溫度（開）如果溶劑是水，則可近似地取為1.0。11/16/2023343.蒸發(fā)水分量及第一效加熱蒸汽量11/16/20233511/16/202336三、傳熱面積計(jì)算

（一）單效濃縮設(shè)備式中K－傳熱系數(shù)（瓦/米2開）

t-加熱蒸汽的溫度（t）與被濃縮料液的溫度（t2）之差（開）11/16/202337（二）多效濃縮設(shè)備它的傳熱面積計(jì)算公式同上式。但是多效傳熱面積合理分配、計(jì)算比較復(fù)雜，一般采用試算方法，即從上式中，先確定1～2個(gè)參數(shù)，進(jìn)行試算，然后核算其假定數(shù)值是否合適，經(jīng)過反復(fù)2～3次運(yùn)算才能完成，一般可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，先確定K值。對于有效溫度差如何合理分配，它與傳熱量有一定的關(guān)系。11/16/202338

多效濃縮的有效溫度差和分配：根據(jù)濃縮操作得出，任何效的機(jī)熱蒸汽溫度（T），必須高于溶液的沸點(diǎn)溫度（t）。保持一定溫差（T-t），濃縮操作才能正常進(jìn)行。各效溫度差，若用Δt1，Δt2，……Δtn表示，則第一效溫差Δt1＝T1-t1,第二效溫差Δt2＝T2-t2,第三效的溫差為Δt3＝T3-t3，如果無溫度損失∑Δt，則溶液的沸點(diǎn)即等于二次蒸汽溫度，也必等于進(jìn)入次一效加熱蒸汽的溫度。11/16/202339

所以各效的總溫度差為：

Δt總＝Δt1＋Δt2＋……＋Δtn＝T1-tn=T1-Tn′式中Tn′－末效二次蒸汽的溫度（開）實(shí)際上，由于各效均有溫度損失，所以總的有效溫差的數(shù)值，∑Δt比上式計(jì)算出的數(shù)值要小。其關(guān)系

∑Δt＝Δt總－∑Δ式中

∑Δ－總溫度損失

∑Δ＝∑Δn+∑Δn′+∑Δm-n∑Δn－溶液沸點(diǎn)升高溫度損失（開）

∑Δn′－溶液的靜壓引起溫度損失（開）∑Δm-n－各效間二次蒸汽在管路中溫度損失（開），一般Δm-n=1℃11/16/202340

1.確定各效傳熱面積相等，對有效溫差進(jìn)行分配這種情況有利于制造設(shè)備，檢修方便，以三效濃縮裝置為例：11/16/202341各效的有效溫度差如下關(guān)系11/16/202342依此則得多效濃縮鍋中任何效（X）的有效溫度差Δt，為：如果各效二次蒸汽溫度為已知時(shí)，則可根據(jù)各效溫度損失，求出各效溶液的沸點(diǎn)溫度，各效的有效溫差，即為各效加熱蒸汽溫度（T）與各效溶液沸點(diǎn)溫度（t）之差。11/16/2023432、確定各效沸點(diǎn)的方法（1）假定各效蒸汽壓強(qiáng)之間，具有相等的壓強(qiáng)降以P0表示第一效加熱蒸汽的壓強(qiáng)，Pk表示末效二次蒸汽進(jìn)入冷凝器的壓強(qiáng)，則總壓強(qiáng)降：

ΔP=P0-Pk根據(jù)假定各效蒸汽壓強(qiáng)降相等，則效數(shù)為n時(shí)，每效的壓強(qiáng)為，從Px即可求出各效二次蒸汽溫度，例如三效濃縮鍋Px=ΔP/3。11/16/202344若忽略蒸汽管道中的壓強(qiáng)降，則第三效蒸發(fā)室上部空間壓強(qiáng)P3=Pk。由P3可查出相應(yīng)的飽和蒸汽溫度T3′(即三效的二次蒸汽溫度)。第二效蒸汽室的壓強(qiáng)P2＝P3+ΔP/3,由P2可查出相應(yīng)的飽和蒸汽溫度T2′.第一效蒸發(fā)室的壓強(qiáng)P1=P2+ΔP/3,由P1可查出相應(yīng)的飽和蒸汽溫度T1′。從各效的二次蒸汽溫度和有效溫度差，則可求出各效溶液的沸點(diǎn)溫度，然后再求出其它參數(shù)及核算。11/16/202345

（2）假定各效水分蒸發(fā)量的比例若無額外蒸汽抽出，采用并流法操作時(shí)，對于四效以下的濃縮鍋，各效溶劑蒸發(fā)量可按下述比例進(jìn)行估算。雙效：W1:W2=1:1.1

三效：W1:W2:W3=1:1.1:1.2

四效：W1:W2:W3:W4=1:1.1:1.2:1.3求出各效水分蒸發(fā)量后，則可計(jì)算各效溶液濃度，從而計(jì)算溶液的沸點(diǎn)等項(xiàng)。11/16/202346四、蒸發(fā)室直徑及高度計(jì)算11/16/202347（二）蒸發(fā)室高度計(jì)算1.蒸發(fā)空間的容積11/16/20234811/16/202349例題：蒸發(fā)能力為1200公斤/小時(shí)之單效真空濃縮鍋，采用盤管式加熱器，試求濃縮鍋基本工藝尺寸。已知水蒸氣量W=1200公斤/小時(shí)；加熱蒸汽（飽和）1大氣壓；真空度不低于660毫米汞柱；內(nèi)加熱盤管式（自然循環(huán)）；牛乳性質(zhì)：進(jìn)乳＝12％，乳溫為500～600C,濃縮乳＝42％。11/16/202350式