第八章真空浓缩设备共29页文档

自然循环外蒸发器如图8.4（2） 所示。除无循环泵以外，基本构 成与强制循环式相同。但加热室 只能垂直安装。
真空浓缩设备的基本结构
真空蒸发浓缩设备主要构成： 蒸发器 冷凝器 除沫器 真空系统
蒸发器
蒸发器是真空蒸发浓缩系统的主体，由加热室与分离室（蒸发室）两 部分构成，食品料液在此受到加热发生汽化，产生浓缩液和二次蒸汽。
2 降膜式蒸发器
结构与升膜式蒸发器相似 主要区别是料液从加热器顶部加入，经料液分布器分配进入加热器，沿管壁成膜状向下流。 因此其分离室位于加热室的下方。加热室管的顶部或内部安装料液分布器。
料液分布器-核心部件
作用：使料液在加热管内均匀成膜并阻止二次蒸汽上升。 常用的布膜器。 （1）螺纹导流杆-导流管是有螺旋形沟槽的圆柱体，料液通过沟槽后沿管壁周边 旋转流下； （2）锥形导流杆-导流管下端锥体端面向内凹入，以免液体再向中央聚集； （3）齿形溢流口-利用加热管上端管口的齿缝来分流液体，液流被均匀分割成数 个小液流，然后在表面张力作用下形成均匀的环形液膜； （4）旋流导流器-圆筒型结构，靠管子上端的旋液器分流液体，液料由进料口进 入后在离心力作用下，沿内壁旋转流下而形成液膜。
工作原理（过程）
料液自加热器顶部加入，在降膜料液分 布器作用下，沿管内壁成液膜状均匀进 入加热管。 液膜在自身重力作用及二次蒸汽的快速 流动的诱导下沿管内壁成液膜状下降。 汽液混合物进入蒸发分离器进行分离， 二次蒸汽由分离器顶部排出，浓缩液则 由底部出料泵抽出或由泵送回器身顶部 重新蒸发。
升降膜式蒸发器
阀出料。
盘管式蒸发器的特点
优点： 结构简单、制造方便、操作稳定、易于控制； 盘管为扁圆形截面，液料流动阻力小，通道大，适于黏度较高的液 料； 由于加热管较短，管壁温度均匀，冷凝水能及时排除，传热面利用 率较高； 便于根据料液的液面高度独立控制各层盘管内加热蒸汽通断及其压 力，以满足生产或操作的需要。

工作过程
（4）大多以双效或多效形式组成蒸发设备，以提高浓缩比。
（5）不特适点用于处理易结晶或易结垢的溶液。
（四）长管式蒸发器
对热敏性成分保留有较严要求的产品，应当采用单程式蒸发 器，料液只通过其加热室一次即达到需要的浓度。
一般结构特点与类型
升膜式蒸发器 降膜式蒸发器 升降膜式蒸发器
3.升降膜式蒸发器
分类
外加热式蒸发器的特征是加热室和分离室分开。
根据物料在加热室与分离室间循环的方式，可分
为强制循环式和自然循环式两种。
自然循环外蒸发器 如图所示。除无循环泵 以外，基本构成与强制 循环式相同。但加热室 只能垂直安装。
（三）外加热式蒸发器
分类 操作过程 优缺点 用途
操作过程
两种外加热式蒸发器均可以连续方式 操作，也可以间歇方式操作。连续操作时， 最初的一段时间为非稳定期，这时不出料， 当循环内料液浓度达到预定浓度时，通过 离心泵抽吸出料。间歇操作时，最终出料 的体积不得小于加热室与分离室最少能循 环的容积。
升膜式、降膜式和升降膜式蒸发器
（四）长管式蒸发器
对热敏性成分保留有较严要求的产品，应当采用单程式蒸发 器，料液只通过其加热室一次即达到需要的浓度。
一般结构特点与类型
升膜式蒸发器 降膜式蒸发器 升降膜式蒸发器
1.升膜式蒸发器
预蒸热汽后由接加近热沸器点上部的引料入液，从而加物热料室由底下部部进进入入，， 自下而因上此流蒸动汽与。物在料加在热加作热用器和内减呈压逆流状。态下，部 分料液由迅于速从气下面化进，料产，生所二以次为蒸防汽止，静压并效以应引起的 80~2沸00点m升/s高的，速进度入带蒸动发浓器缩的料液液沿温管度内应壁控成制膜在接 状上升近。沸在点加。 热室顶部，达到所需浓度的浓缩

真空浓缩设备
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真空浓缩设备
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真空浓缩设备
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真空浓缩设备
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设备类型
国产单效 蒸发器不 带热泵 国产双效 带热泵
蒸汽耗量（T）
每蒸发1 每生产1
吨水
吨粉
1.15
7.6
0.46
3
水耗量
每蒸发1吨 每生产1
水
吨粉
3.0
192
10
64
丹麦五效 带热泵使 用蒸汽压 力0.8Mpa
0.14
0.94
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➢工作原理
➢料液从加热器底部进入管内，加热蒸汽在管 束间通过管壁加热、冷凝。料液在管内被加 热迅速汽化，所产生的二次蒸汽及料液沿管 内高速上升。溶液被高速上升的二次蒸汽带 动，在壁内成膜状上升，不断被加热蒸发。 料液被逐渐浓缩，二次蒸汽从顶部排出，浓 缩液从蒸发分离室底部排出。
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➢适用于浓料液和黏度大的料液增浓，如果酱、 蜜饯、炼乳。
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第三节 升膜式、降膜式浓缩设备
➢一、 升膜式浓缩设备 ➢属于液膜式浓缩器，液体沿管壁
成膜状流动，进行连续蒸发，液 体在浓缩器停留时间较短，约几 秒至几十秒。
真空浓缩设备
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➢（一）结构
➢由多根垂直管束的加热器体和一个 蒸发分离室及循环管组成。为自然 循环式。
方面的稳定性； ➢ ● 从废液中回收副产品
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3
真空浓缩设备
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➢在真空条件下对液体进行蒸发浓 缩的方法始于1913年，其工艺是 建立在英国科学家E.C.Howard专 利基础之上的，它包含一个蒸汽 加热的带有冷凝器和空气泵的双 底真空釜。

四、升膜式蒸发器
• 由加热室、分离室和循环管等组成。 • 料液自加热室底部进入加热管内。加热蒸汽
在管束间流过，料液在加热管中部开始沸腾 迅速汽化。在加热管上部产生的二次蒸汽并 快速上升，流速可达100—l60m/s。料液在二 次蒸汽和抽真空的作用下，沿管内壁成膜状 上升，并不断被加热蒸发。
• 有循环型、非循环型 • 这种蒸发器的优点是占地面积小，传热效率
6-冷凝水泵 7-水环式真空泵 8-冷凝器
板式蒸发器
• 优点是料液经过传热面的时间很短，仅2s，液流分布均匀， 不易结 垢。传热系数高，可达10.45～16.72MJ/ M2·h·℃。 料液强制循环，可处理高粘度的料液。结构紧凑，节省加热 蒸汽耗量，拆卸清洗方便，可用于牛奶、果汁，豆。蛋、糖 汁，低盐酱油等多种食品的浓缩。
– (3)适用于抽吸腐蚀性气体。 – (4)安装高度低，与浓缩锅的二次蒸汽排出
管水平方向可直接相连。 – (5)整个装置的功率消耗较小。 – (6)不能获得较高的真空度，并随水温而变。
2．喷射式冷凝器
• 喷射式冷凝器的安装要求：
• ①从水泵至喷射器冷却水入口的 管路，应尽量减少管件和弯头， 使阻力损失减小；
• 特点是冷凝液可以回收利用，但 传热效率低，使用较少。
• （二）直接式冷凝器 亦称混合 式冷凝器。分为逆流式和喷射式 两种。
• 这种冷凝器利用二次蒸汽与冷却 水直接接触冷凝。
• 1．逆流式冷凝器
塔式冷凝器
（a）喷淋塔式 （b）填料塔式 （c）板塔式 图8－13 几种塔式冷凝器示意图
A-二次蒸汽 B-冷凝水 C-回水 D-不凝气体 1-喷头 2-填料层 3-孔板
（一）组成与流程
第五节 芳香物质的回收设备

冷冻浓缩装置系统
• 冷冻浓缩操作包括结晶和分离两个部分
一、冷冻浓缩的结晶装置：直接冷却式和间接冷却式两种。直接冷却式可利用 水分部分蒸发的方法，也可利用辅助冷媒（如丁烷）蒸发的方法。间接冷却式 是利用间壁将冷媒与被加工料液隔开的方法。间接冷却式又可分为内冷式和外 冷式
应用范围
• 任何一种加工工艺都有一定的适用范围，笔者经过分析，认 为冷冻浓缩工艺比较适合粘度较小饮品的浓缩，如植物水提 取液、苹果汁等，原因是这种物料流动性好，有利于溶液内 部溶质分子的迁移。相反，粘度较大的饮品，如橙汁等，在 实践上不适合使用冷冻浓缩工艺(尽管理论上可以)，原因是 橙汁含果胶多，低温时果胶更粘，溶液内部溶质分子的迁移 阻力很大。
刮板式薄膜浓Leabharlann 设备刮 板 的 形 式离心式薄膜浓缩设备
片式浓缩装置
附属装置—捕集器
作用：防止二次蒸汽夹带细微液滴逸出。 分类：惯性型，离心型。
附属装置---冷凝器1
作用：冷凝二次蒸汽，并将不凝结气体分离，减轻真空系 统的容积负荷，保证所需真空度。
分类： 1. 大气式。 2. 表面式。 3. 低水位式。 4. 喷射式。
中央循环管式浓缩器
特点：间歇式 操作，结构简 单，造价低， 操作方便。液 料在设备中停 流时间长，清
洗不便。
盘管式蒸发器 结构组成：由上、下锅体、加热盘管、汽液分离器等组成
在下锅体内装 有四个加热盘 管，分层排列， 管内通入蒸汽， 对管间的料液 进行加热，使 之沸腾蒸发。 上锅体为蒸发 室，室一个空 心圆筒体，料 液分批进入锅 内进行浓缩， 二次蒸汽由上 部排入气液分 离室，成品由 锅底卸出
内。加热蒸汽在管束间流过，料液在加热管中部 开始沸腾迅速汽化。在加热管上部产生的二次蒸 汽并快速上升。料液被二次蒸汽带动，沿管内壁 成膜状上升并不断被加热蒸发；然后二次蒸汽与 料液，进入分离室；由于离心力的作用，使气液 分离，二次蒸汽排出。浓缩液沿循环管下降，回 入加热器底部，与新进入的料液混合后，一并进 入加热管内，再度受热蒸发，如此往复循环。 • 优点：占地面积小，传热效率较高，料液受热时 间短，易起泡和粘度低的液料。 • 缺点：一次浓缩比不大，操作是进料量需要很好 控制，进料过多不易成膜过少则易断膜干壁，影 响产品质量。

4.混流法 4.混流法 对于效数多的蒸发浓缩操作也有用顺流和逆流并用， 对于效数多的蒸发浓缩操作也有用顺流和逆流并用， 有些效间用顺流，有些效间用逆流。 有些效间用顺流，有些效间用逆流。此法起协调顺流和逆 流优缺点的作用，对粘度极高的料液很有用处， 流优缺点的作用，对粘度极高的料液很有用处，特别是在 料液粘度随浓度而显著增加的场合下，可以采用此法。 料液粘度随浓度而显著增加的场合下，可以采用此法。 除了以上几种常用的真空浓缩设备操作流程外，还可 除了以上几种常用的真空浓缩设备操作流程外， 以根据生产工艺的需要，采用一些其它操作流程。例如： 以根据生产工艺的需要，采用一些其它操作流程。例如： 在末效采用一个单效浓缩锅与前几效浓缩锅组成新的流程， 在末效采用一个单效浓缩锅与前几效浓缩锅组成新的流程， 它有利于克服末效溶液浓度较大、流动性差的缺点， 它有利于克服末效溶液浓度较大、流动性差的缺点，在末 效采用生蒸汽或热泵加热，以提高其温度，强化传热效果。 效采用生蒸汽或热泵加热，以提高其温度，强化传热效果。 但是增加生蒸汽的消耗量。 但是增加生蒸汽的消耗量。
第八章
真空浓缩设备
王鸿飞
一、真空浓缩设备的分类 1.按加热蒸汽被利用的次数分 1.按加热蒸汽被利用的次数分 单效浓缩设备；（ ；（2 多效浓缩设备；（ ；（3 （1）单效浓缩设备；（2）多效浓缩设备；（3）带有热泵 的浓缩设备。 的浓缩设备。 2.按料液的流程分 2.按料液的流程分 循环式：有自然循环与强制循环之分；（ ；（2 单程式。 （1）循环式：有自然循环与强制循环之分；（2）单程式。 3.按料液蒸发时的分布状态分 3.按料液蒸发时的分布状态分 非膜式：料液在蒸发器内聚集在一起， （1）非膜式：料液在蒸发器内聚集在一起，只是翻滚或在 管中流动，形成大蒸发面。 管中流动，形成大蒸发面。非膜式蒸发器有可分盘管式浓缩器 和中央循环管式浓缩器。 和中央循环管式浓缩器。 薄膜式：料液在蒸发器内蒸发时被分散成薄膜状。 （2）薄膜式：料液在蒸发器内蒸发时被分散成薄膜状。薄 膜式蒸发器有可分为升膜式、降膜式、片式、刮板式、 膜式蒸发器有可分为升膜式、降膜式、片式、刮板式、离心式 薄膜浓缩器等。薄膜式浓缩器的水分蒸发快，因其蒸发面积大， 薄膜浓缩器等。薄膜式浓缩器的水分蒸发快，因其蒸发面积大， 热利用率高，但结构较非膜式复杂。 热利用率高，但结构较非膜式复杂。

3. 降膜式蒸发器出口处的二次蒸汽速度约有＿＿m／s。
Ａ．10
B. 50 C. 150
D.300
食品工厂机械与设备——第八章 浓缩设备
三、选择题
4. 加热管内径为40mm的升膜式蒸发器，其高度至少有 __ __m。
A. 4
B. 6
C. 8
D. 20
5. 升膜式蒸发器一般采用_____流方式加热。
A. 顺
价廉，占地面积 ；但要求较高的 压力，且
要稳定。
14. 通常在真空蒸发浓缩系统中， 表面式 后面用 式真空泵(多用
式泵)；而 式冷凝器后常接 式真空泵、
、不凝气体分离
器+ 式真空泵(如往复式泵)。
食品工厂机械与设备——第八章 浓缩设备
二、填充题
15. 往复式 有 式和 式之分， 者仅适合于抽吸冷凝器中
食品工厂机械与设备——第八章 浓缩设备
第一节 真空蒸发浓缩设备
真空蒸发浓缩设备主要由蒸发器、冷凝器及真空系统等构成。具 体形式较多，主要差异表现在蒸发器的形式和效数、二次蒸汽利 用以及操作连续性等方面。
真空蒸发浓缩设备特点
一、蒸发器 二、真空蒸发浓缩系统的辅助设备 三、典型真空浓缩系统
食品工厂机械与设备——第八章 浓缩设备
的 气体，常需要在其前面再设一个 分离器； 者可以把
冷凝器中的水蒸气和不凝气体一起抽出，这种形式的
在食品
工业中使用 多。
16. 水环式 是一种 式真空泵，可以将 气体与 一起抽走。
它的特点：结构简单紧凑，易于制造，操作可靠，转速较高，可与电
动机直联，内部不需 ，排气量较均匀；但
磨损较大，
消耗较大。
17. 冷冻浓缩的特点是： 适用于 物料浓缩，可避免 的损失；能 获得的 浓度 ， 且 ； 制品的保存 需要其它 配合； 成本 。

便于运输。 (5)浓缩用作某些结晶操作的
二、浓缩设备的分类
1.按压力分 常压浓缩设备和真空浓缩设备 常压浓缩设备：
蒸发面为常压，溶剂气化后直接 排入大气。
特点：设备结构简单、投资省、 维修方便，但蒸发速率低，能量损耗 大，易破坏物料中营养成分。
真空浓缩设备： 溶剂从蒸发面上气化后处于负压状态。 优点： ①加热蒸汽与沸腾液体之间的温度差可以
蒸汽中混入不凝气体的原因有三：
锅炉水中混人溶解着空气和其它气体、（若用的是 冷凝水就不存在此情况）。如果用河水或井水，可 以用开口炉烧开后再人锅炉，可去除大部分多气。
因在真空下操作，有空气从接头处漏人，造成二次 蒸汽中混入不凝性气体。
如果是多效系统。则应注意料液中往往也会有溶解 着的不凝气体，有时甚至还含有对材料具腐蚀性的 恶性气体，更应及时排除。
0-5000系列三效节能外循换环真空 浓缩器〔能回收酒精）
本浓缩器适用于中药、西药、葡萄糖、淀 粉、味精、乳品、化工等溶液的浓缩，尤 其适用于热敏物料的低温真空浓缩。用户 可根据实际情况来选。 1.本浓缩器采用外加热式自然循环式与负 压蒸发方式，具有蒸发速度快，浓缩比重 大，可达1.2-1.3； 2.本浓缩器采用三效同时蒸发，二次蒸汽 得到反复作用，既节省了锅炉的投资，又 节约能源消耗，耗能与单效浓缩器相比降 低70%，不到一年用户可从节约能费中收 回本浓缩器的全部投资。 3.多功能操作特点：⑴可以回收酒精浓度 80%左右。⑵一效、二效、三效可以反复 并锅收膏。⑶可以间歇连续进料。
3〕管道〔口）：真空系 统、料液进出口、不 凝气出口、冷凝水出 口、二次蒸汽出口
4〕蒸发室：蒸发室是指料液液 面上部的圆筒空间。料液经加热 后汽化，必须具有一定高度和空 间，使汽液进行分离，二次蒸汽 上升，溶液经中央循环管下降， 如此保证料液不断循环和浓缩。 蒸发室的高度，主要根据防止料 液被二次蒸汽夹带的上升速度所 决定，同时考虑清洗、维修加热 管的方便，一般为加热管长度的 1.1～1.5倍。

①常压 ②真空 ③闪蒸
• 2. 按二次蒸汽的利用分： – ①单效浓缩装置 – ②多效浓缩装置 – ③带有热泵的浓缩装置 • 3. 按料液流程分： – ①循环式：自然与强制循环。 – ②单程式： • 4. 按加热器结构分： – ①盘管式浓缩器 – ②中央循环管式浓缩器 – ③升膜式浓缩器
- ④降膜式浓缩器 - ⑤片式浓缩器 - ⑥刮板式浓缩器 - ⑦外加热式浓缩器。
第八章 浓缩设备
• 浓缩：从溶液中除去部分溶剂的单元操作。由于食品中的溶 剂主要是水，如果蔬汁，牛奶等。所以食品工业中的浓缩一 般指蒸发。 • 真空浓缩：是指在负压条件下，以较低温度浓缩。有以下特 点： • (1) 料液沸点低，浓缩速度大。 • (2) 可利用低压蒸汽作为热源(多效时)。
• (3) 不损害食品的营养成分。
图8－5 外加热式自然循环蒸发器 A-加热蒸汽 B-冷凝水 C-料液 D-完成液 E-二次蒸汽 1-蒸发室 2-回流管 3-滤网 4-分离器
外加热板式强 制循环蒸发器
图8－6 外加热板式强制循环蒸发器 A-加热蒸汽 B-冷凝水 C-料液 D-完成液 E-二次蒸汽 冷凝水 F-不凝气体 G-冷却水进口 H-冷却水出口 1-板式换热器 2-料泵 3-贮料罐 4-成品泵 5-分离器 6-冷凝水泵 7-水环式真空泵 8-冷凝器
• 适于果酱、蜜饯、糖浆、乳品、豆浆晶、食用 胶始粘度料液的浓缩。
一、标准式蒸发器
• • 又称中央循环管式浓缩锅。 下部为加热室，上部为分离室。 加热室内装有加热管束和中央循 环管。中央循环管的截面积较大， 一般为加热管束总面积的 40％以 上。 工作时料液在管内流动，加热蒸 汽在管束之间流动，由于中央循 环管与加热管中的料液受热程度 不同，产生密度差，使液料经加 热管而沸腾上升，然后在分离室 内进行汽液分离。 二次蒸汽由顶部排出。料液经中 央循环管下降、回流，形成自然 循环。浓缩后的制品由底部卸出。 目前这类蒸发器糖厂应用广泛。