乳品工藝學 課件 （2）真空濃縮、干燥設備

乳品工藝學Dairytechnology李曉東Lixiaodong濃縮設備乳品加工的工藝設備與設施——真空濃縮、干燥設備干燥設備01乳的濃縮：是指脫除乳中的水分，乳的濃縮不同于干燥，乳經過濃縮后，最終產品還是液態(tài)的乳。圖1低溫濃縮原料乳生產線圖2三效節(jié)能濃縮罐濃縮設備濃縮設備01（1）干燥乳制品的預處理過程，減少干燥費用，保證干燥產品質量。由于原料乳中水分含量高，用濃縮方法去除部分水分再進行干燥比直接進行干燥在時間和能量上更節(jié)約。（2）煉乳、濃縮乳制品等濃縮乳制品生產，去除原料乳中大量的水分，減少貯藏和運輸費用并提高保存質量。濃縮的目的：濃縮設備01（3）提高乳制品濃度，增加乳制品的保藏性。降低水的活性，保證微生物及化學方面的穩(wěn)定性，如煉乳制品。（4）用作某些結晶操作的預處理過程，如乳糖的生產。（5）從乳制品的廢液中回收副產品，如從生產干酪的副產物乳清中制造乳糖和乳清粉等。目前乳制品加工廠常用的濃縮方法主要包括蒸發(fā)濃縮和膜過濾濃縮。濃縮設備01蒸發(fā)濃縮分為常壓濃縮蒸發(fā)和真空濃縮蒸發(fā)。常壓濃縮蒸發(fā)面上為大氣壓或稍高于大氣壓，系統(tǒng)中的不凝結氣體依靠本身的壓力從冷凝器中排入大氣層，蒸發(fā)效率低。真空濃縮蒸發(fā)面上方壓力狀態(tài)低于大氣壓的負壓，必須依靠抽真空裝置不斷從系統(tǒng)中抽取不凝結氣體，并保持系統(tǒng)負壓狀態(tài)。牛乳中含有蛋白質，屬于熱敏性產品，常壓下沸騰蒸發(fā)會引起蛋白質變性，使得濃縮后牛乳品質下降甚至不宜食用。在真空狀態(tài)下，沸騰/蒸發(fā)的溫度比相應于大氣壓力下的溫度要低。真空蒸發(fā)濃縮有利于保證乳制品的色、香、味等方面的品質，是乳品工業(yè)最廣泛應用的一種濃縮方法。01（1）工作原理：膜分離是以天然或人工合成的高分子薄膜，利用膜的選擇性，以膜兩側存在的外界能量差或化學位差作為推動力，因溶液中各組分通過膜的遷移速率不同，實現對不同組分的溶劑和溶質進行分離的一種方法。包括分離、分級、濃縮、純化等。（2）設備組成：膜分離設備主要包括膜組件、膜清洗系統(tǒng)和泵等。常用的分離膜包括纖維素類聚合物、芳香聚酰胺和聚砜等。濃縮設備膜分離：01（3）膜分離類型：微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）和電滲析（ED）。微濾：截留0.1-1μm的顆粒，允許大分子有機物和無機鹽等通過?？讖綖?.1-75μm。超濾：截留溶液中的大溶質分子，孔徑范圍為0.001-0.02μm。納濾：介于反滲透和超濾之間的壓力驅動膜分離過程，孔徑范圍為幾個納米左右。反滲透：在壓力差作用下，通過反滲透膜將溶液中的溶劑分離出來的操作過程。適于分離直徑為2nm以下的低分子和離子?？讖椒秶鸀?.0001-0.001μm。電滲析：在外電場作用下，利用離子交換膜對離子具有不同選擇透過性，將溶液中陽離子、陰離子與溶劑分離分開的操作過程。濃縮設備濃縮設備01（4）主要用途：微濾：主要用來除去微生物及大分子分離。用于生產乳清蛋白濃縮物過程中乳清的脫脂以及蛋白分餾；減少脫脂乳、乳清和鹽溶液中的微生物等。超濾：主要用于大分子濃縮。用于脫脂乳及乳清蛋白的濃縮；生產酸奶、干酪等乳制品時乳蛋白的標準化；乳制品生產中蛋白質的回收等。納濾：主要用于無機鹽的分離。乳清、超濾清液和濃縮液部分的脫鹽等。反滲透：主要用于溶劑及溶液的濃縮。乳清、超濾清液和濃縮液的脫水；滾筒干燥前乳的預濃縮；乳及乳制品的增濃等。電滲析：主要用于去除離子。干酪乳清的脫鹽等。濃縮設備01（1）按加熱蒸汽被利用的次數分類單效濃縮：二次蒸汽不再利用，直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸發(fā)操作。多效濃縮：二次蒸汽通到另一壓力較低的蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，以提高加熱蒸汽（生蒸氣）的利用率的串聯蒸發(fā)操作。真空濃縮設備分類：工業(yè)上采用的熱源常為水蒸氣，而蒸發(fā)的物料多是水溶液，也會產生水蒸氣。為易于區(qū)別，前者稱為加熱蒸汽或生蒸汽，后者稱為二次蒸汽單效濃縮設備二效濃縮設備圖3帶機械式蒸汽壓縮的三效蒸發(fā)設備1-壓縮機2-真空泵3-機械式蒸汽壓縮泵4-第一效5-第二效6-第三效7-蒸汽分離器8-產品加熱器9-板式冷卻器01濃縮設備（2）按料液流程分類單程式：物料經一次循環(huán)即達到所要求濃度。循環(huán)式：包括有自然循環(huán)與強制循環(huán)。自然循環(huán)是指物料按加熱上升規(guī)律完成濃縮過程；強制循環(huán)物料通過泵等按規(guī)定的路徑循環(huán)完成濃縮。循環(huán)式較單程式的熱利用率高。01濃縮設備（3）按料液蒸發(fā)時分布狀態(tài)分類非膜式濃縮設備：料液在蒸發(fā)器內聚集在一起，翻滾或在管中流動從而形成大的蒸發(fā)面。包括盤管式、中央循環(huán)管式濃縮設備。薄膜式濃縮設備：料液在蒸發(fā)器內蒸發(fā)時被分散成薄膜狀流動，形成極大的蒸發(fā)面積。蒸發(fā)快，其蒸發(fā)面積大，熱利用率高。分為升膜式和降膜式，包括片式、刮板式、離心式薄膜濃縮設備等。01濃縮設備圖4盤管式濃縮設備圖5中央循環(huán)管式濃縮設備01濃縮設備圖6升膜式真空濃縮設備圖7降膜式真空濃縮設備01濃縮設備（4）按加熱器結構分類可分為板式、盤管式和列管式濃縮設備。圖8板式濃縮設備圖9盤管式濃縮設備圖10列管式濃縮設備02干燥設備乳的干燥是通過水分蒸發(fā)直到使乳變成固體的過程。乳品工業(yè)基本使用兩種干燥方法：冷凍干燥和加熱干燥，其中加熱干燥設備包括滾筒、噴霧干燥設備和流化床等。（1）滾筒干燥：料液通過布膜裝置在滾筒上形成薄膜狀，熱量由滾筒的內壁傳到其外壁，將附在滾筒外壁面上的液膜狀物料加熱使其水分蒸發(fā)，隨著滾筒轉動，料液被不斷干燥，并由刮料裝置刮下，產品輸送裝置排出。噴灑式雙滾筒干燥02干燥設備（2）噴霧干燥設備基本原理：在一個密閉的干燥室內，料液液滴與熱載體（熱空氣）直接接觸水分蒸發(fā)的過程。將液態(tài)料液通過霧化器作用，分散成細小的霧滴，使其表面積大幅度地增加，通過載熱體（熱空氣等）同細小的霧滴均勻混合，進行熱交換和質交換，短時間內使水分（或稱溶劑）蒸發(fā)。優(yōu)點：物料干燥速度快，受熱時間短；干燥溫度低，成品質量好；干燥條件和產品的質量指標易于調節(jié)；成品粒徑通?？梢钥刂疲a品呈松散狀態(tài)，無需再粉碎；生產效率高，操作人員少，可連續(xù)化和自動化生產。缺點：系統(tǒng)配制的設備多，較復雜，體積龐大，占用面積、空間大，而且造價高、投資大；熱效率低、熱能消耗量大；粉塵黏壁現象嚴重，清掃、收粉工作量大；附屬裝置比較復雜，增加投資及能耗。02干燥設備噴霧干燥設備的類型：噴霧干燥依據霧化形式不同分為壓力式、離心式和氣流式噴霧干燥。目前常用的是壓力式和離心式噴霧設備。壓力式噴霧干燥霧化原理：利用高壓泵壓力將料液以一定速度送入噴霧室，并延切線方向進入噴嘴的旋轉室，料液加速由噴嘴高速噴出，料液分裂成許多細小的霧滴。壓力式霧化器分為旋流式霧化器和離心式壓力霧化器。02干燥設備圖12壓力式霧化器的霧化效果圖11壓力噴霧干燥室中的噴嘴A：逆流噴嘴B：順流噴嘴02干燥設備離心式噴霧干燥霧化原理：在水平方向作高速旋轉運動的圓盤上注入料液，料液在離心力的作用下以高速甩出，被甩出的料液，受到重力作用以及因圓盤高速轉動而帶動旋轉的空氣的摩擦、阻礙和撕裂等作用而被分散成微小的液滴，料液霧化。02干燥設備（3）流化床干燥設備用于固體顆粒類物料的干燥處理，它將固體顆粒在沸騰狀態(tài)下通過干燥介質，使固體顆粒在沸騰狀態(tài)下進行干燥的過程。流化床種類很多，乳品廠最常用的是震動流化床。圖13配有流化床的二段噴霧干燥系統(tǒng)1-空氣加熱器2-干燥室3-振動流化床4-用于流化床的空氣加熱器5-用于流化床的冷卻空氣6-用于流化床的脫濕冷卻空氣7-振動篩圖14具有固定傳送帶的三段干燥系統(tǒng)1高壓泵