第八章 浓缩设备-PPT讲稿.ppt

第八章 浓缩设备-第1页，共115页，编辑于2022年，星期三食品工厂机械与设备一、教学目标一、教学目标 1.了解浓缩的基本原理和主要做法；2.了解几类设备的工作原理和系统组成。二、教学重点二、教学重点 五、教学课时五、教学课时 几类设备的介绍 4学时三、教学难点三、教学难点 六、教学练习六、教学练习 各种特点的理解 P243.2.3.4.四、教学方法四、教学方法 自测题 讲述法第2页，共115页，编辑于2022年，星期三第八章 浓缩设备l浓缩与食品加工l食品工业中的浓缩设备食品工业中的浓缩设备第一节 真空蒸发浓缩设备第二节 冷冻浓缩设备l l本章小结 思考题 自测题第3页，共115页，编辑于2022年，星期三l浓缩与食品加工 浓缩是除去食品料液中部分水分的单元浓缩是除去食品料液中部分水分的单元操作，操作，在食品加工中有着重要的地位。例如鲜乳、果蔬榨取得到的原汁、植物性提取液（如咖啡、茶）、生物处理（酶解、发酵）分离液等均含有大量的水分，为便于运输、贮存、后续加工以及方便使用等，往往需要进行浓缩。第4页，共115页，编辑于2022年，星期三l食品工业的浓缩设备n n食品浓缩可以采用真空蒸发浓缩设备、冷冻浓缩设备和膜浓缩设备等。n n目前，食品工业使用最广泛的浓缩设备是真空蒸发浓缩设备。n n冷冻浓缩设备对于含热敏性和挥发性成分料液的浓缩有很大吸引力。n n膜浓缩设备本质上是膜分离设备，本章不作介绍，可参见本书第四章内容。第5页，共115页，编辑于2022年，星期三第一节 真空蒸发浓缩设备l l真空蒸发浓缩设备主要真空蒸发浓缩设备主要由蒸发器、冷凝器及真空系统等由蒸发器、冷凝器及真空系统等由蒸发器、冷凝器及真空系统等由蒸发器、冷凝器及真空系统等构成。具体形式构成。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。性等方面。l l真空蒸发浓缩设备特点真空蒸发浓缩设备特点一、一、蒸发器蒸发器二、二、真空蒸发浓缩系统的辅助设备三、三、典型真空浓缩系统第6页，共115页，编辑于2022年，星期三l真空蒸发浓缩设备特点n n优点：优点：（1 1）在真空状态下料液的沸点降低，加速了水分蒸发，避免了）在真空状态下料液的沸点降低，加速了水分蒸发，避免了料液的高温处理，适合于处理热敏性物料。料液的高温处理，适合于处理热敏性物料。（2 2）热源可以采用低压蒸汽或废热蒸汽。）热源可以采用低压蒸汽或废热蒸汽。（3 3）由于料液的沸点较低，使浓缩设备的热损失减少。）由于料液的沸点较低，使浓缩设备的热损失减少。（4 4）对料液起加热杀菌作用，有利于食品的保藏。）对料液起加热杀菌作用，有利于食品的保藏。n n缺点：缺点：（1 1）须有抽真空系统，从而增加附属机械设备及动力。）须有抽真空系统，从而增加附属机械设备及动力。（2 2）由于蒸发潜热随沸点降低而增大，所以热能消耗大。）由于蒸发潜热随沸点降低而增大，所以热能消耗大。第7页，共115页，编辑于2022年，星期三一、蒸发器（一）（一）夹套式蒸发器（二）（二）盘管式蒸发器（三）外加热式蒸发器外加热式蒸发器（四）长管式蒸发器（五）（五）刮板式蒸发器（六）板式蒸发器板式蒸发器（七）（七）离心薄膜蒸发器离心薄膜蒸发器l蒸发器是真空蒸发浓缩系统的主体，由加热室与分离室两部分构成，食品料液在此受到加热发生汽化，产生浓缩液和二次蒸汽。l食品物料蒸发浓缩往往需要考虑其热敏性、结垢性、发泡性、结晶性、黏滞性等特点，要求的浓缩程度也不一致，因此蒸发器有多种形式。l蒸发器的分类第8页，共115页，编辑于2022年，星期三l蒸发器的分类 蒸发器按料液流程可分为循环式（有自然循环式与强制循环式之分）和单程式；按加热器结构可分为夹套式、盘管式、中央循环管式、升膜式、降膜式、片式、刮板式、离心外加热式浓缩器等。第9页，共115页，编辑于2022年，星期三（一）夹套式蒸发器l l又称为搅拌式真空浓缩锅，属于间歇又称为搅拌式真空浓缩锅，属于间歇式中小型食品浓缩设备。式中小型食品浓缩设备。l l如图如图8.18.1所示，主要由圆筒形夹套壳所示，主要由圆筒形夹套壳体、犁刀式搅拌器、汽液分离器等体、犁刀式搅拌器、汽液分离器等组成。组成。l l被浓缩的料液投入锅内，通过供入夹被浓缩的料液投入锅内，通过供入夹套内的蒸汽进行加热，在搅拌器的强套内的蒸汽进行加热，在搅拌器的强制性翻动下，料液形成对流而受到较制性翻动下，料液形成对流而受到较为均匀的加热，并释放出二次蒸汽。为均匀的加热，并释放出二次蒸汽。二次蒸汽从上部抽出。二次蒸汽从上部抽出。l l夹套式蒸发器的特点夹套式蒸发器的特点第10页，共115页，编辑于2022年，星期三l夹套式蒸发器的特点 这种蒸发器的加热面积小，料液温度不均衡，加热时间长，料液通道宽，通过强制搅拌加强了加热器表面料液的流动，减少了加热死角，适宜于果酱、炼乳等高黏度料液的浓缩。第11页，共115页，编辑于2022年，星期三（二）盘管式蒸发器l l结构l l工作过程l l特点第12页，共115页，编辑于2022年，星期三l结构n n如图如图8.28.2所示，主要由盘管所示，主要由盘管加热器、蒸发室、泡沫捕集加热器、蒸发室、泡沫捕集器、进出料阀及各种控制仪器、进出料阀及各种控制仪表所组成。表所组成。n n锅体为立式圆筒密闭结构，锅体为立式圆筒密闭结构，上部空间为蒸发室，下部空上部空间为蒸发室，下部空间为间为加热室。n n泡沫捕集器为离心式，安装于泡沫捕集器为离心式，安装于浓缩锅的上部外侧。泡沫捕集浓缩锅的上部外侧。泡沫捕集器中心立管与真空系统连接。器中心立管与真空系统连接。第13页，共115页，编辑于2022年，星期三n加热室 加热室设有加热室设有3535组组加热盘管，分层排列，加热盘管，分层排列，每盘每盘1313圈，各组盘管圈，各组盘管分别装有可单独操作的分别装有可单独操作的加热蒸汽进口及冷凝水加热蒸汽进口及冷凝水出口，进出口布置有两出口，进出口布置有两种，如图种，如图8.38.3所示。所示。第14页，共115页，编辑于2022年，星期三l工作过程n n工作时，料液沿锅体切线方向通过进料管进入锅内。外层盘管工作时，料液沿锅体切线方向通过进料管进入锅内。外层盘管间料液受热后体积膨胀而上浮，盘管中部位的料液，因受热相间料液受热后体积膨胀而上浮，盘管中部位的料液，因受热相对较少，密度大，自然下降回流。从而形成了料液沿外层盘管对较少，密度大，自然下降回流。从而形成了料液沿外层盘管间上升，又沿盘管中心下降回流的自然循环。蒸发产生的二次间上升，又沿盘管中心下降回流的自然循环。蒸发产生的二次蒸汽从浓缩锅上部中央排出，二次蒸汽中夹带的料液雾滴在捕蒸汽从浓缩锅上部中央排出，二次蒸汽中夹带的料液雾滴在捕集器的作用下被分离下降流回锅中。当浓缩锅内的物料浓度经集器的作用下被分离下降流回锅中。当浓缩锅内的物料浓度经检测达到要求时，即可停止加热，打开锅底出料阀出料。检测达到要求时，即可停止加热，打开锅底出料阀出料。n n操作过程中，不得往露出液面的盘管内通蒸汽，只有液料淹没操作过程中，不得往露出液面的盘管内通蒸汽，只有液料淹没后才能通蒸汽。由于盘管结构尺寸较大，加热蒸汽压力不宜过后才能通蒸汽。由于盘管结构尺寸较大，加热蒸汽压力不宜过高，一般为高，一般为0.71.0MPa0.71.0MPa。第15页，共115页，编辑于2022年，星期三l盘管式蒸发器的特点n n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，：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。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。n n缺点缺点：传热面积小，液料对流循环差，易结垢；料液受热时间长，在一定程度：传热面积小，液料对流循环差，易结垢；料液受热时间长，在一定程度上对产品质量有影响。上对产品质量有影响。第16页，共115页，编辑于2022年，星期三（三）外加热式蒸发器l分类l操作过程l优缺点l用途第17页，共115页，编辑于2022年，星期三l分类n n外加热式蒸发器的特征是加热室和分离室分开。n n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。第18页，共115页，编辑于2022年，星期三强制循环外蒸发器强制循环外蒸发器如图如图8.48.4（1 1）所示，）所示，主要由列管式加热器、主要由列管式加热器、分离室和循环泵等构分离室和循环泵等构成。需要指出的是，成。需要指出的是，这种蒸发器的加热器，这种蒸发器的加热器，除了如图中所示可水除了如图中所示可水平安装以外，还可以平安装以外，还可以垂直安装或倾斜安装。垂直安装或倾斜安装。第19页，共115页，编辑于2022年，星期三 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。第20页，共115页，编辑于2022年，星期三l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。图8.4（2）所示的自然循环蒸发器，也可在浓缩液出口处加接管与出料离心泵相连。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。第21页，共115页，编辑于2022年，星期三l优缺点n n优点：蒸发器的加热室与分离室分开后，可调节两者之间：蒸发器的加热室与分离室分开后，可调节两者之间的距离和循环速度，使料液在加热室中不沸腾，而恰在高出的距离和循环速度，使料液在加热室中不沸腾，而恰在高出加热管顶端处沸腾，加热管不易被析出的晶体所堵塞；分离加热管顶端处沸腾，加热管不易被析出的晶体所堵塞；分离室独立分开后，形式上可以做成离心分离式，从而有利于改室独立分开后，形式上可以做成离心分离式，从而有利于改善雾沫分离条件；此外，还可以由几个加热室合用一个分离善雾沫分离条件；此外，还可以由几个加热室合用一个分离室，提高了操作的灵活性；自然循环外加热式蒸发器的循环室，提高了操作的灵活性；自然循环外加热式蒸发器的循环速度较大，可达速度较大，可达1.5 m/s1.5 m/s，而用泵强制循环的蒸发器，循环速度，而用泵强制循环的蒸发器，循环速度还要大；这种蒸发器的检修、清洗也较方便。还要大；这种蒸发器的检修、清洗也较方便。n n缺点：溶液反复循环，在设备中平均停留时间较长，对热敏性物：溶液反复循环，在设备中平均停留时间较长，对热敏性物料不利。料不利。第22页，共115页，编辑于2022年，星期三l用途这种蒸发器可用于对热敏性和风味成分保留要求不高的产品浓缩，如用于喷雾干燥前牛乳和蛋白水解液等的浓缩。第23页，共115页，编辑于2022年，星期三（四）长管式蒸发器l l对热敏性成分保留有较严要求的产品，应当采用单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程式蒸发器，料液只通过其加热室一次即达到需要的浓度。的浓度。l l一般结构特点与类型一般结构特点与类型1.1.升膜式蒸发器2.2.降膜式蒸发器第24页，共115页，编辑于2022年，星期三l一般结构特点与类型n n长管式蒸发器一般采用内径2550mm，长径比为100150 100150 的长管制成。的长管制成。n n由于长径比大，单位体积料液的受热面积较大，因而，料液进入加热器后很快汽化而使浓缩液呈膜状在管内移动，因此这种蒸发器也是典型的膜式蒸发器。n n长管式蒸发器可以分为升膜式、降膜式和升降膜式蒸发器(图8.5)8.5)。第25页，共115页，编辑于2022年，星期三第26页，共115页，编辑于2022年，星期三1.升膜式蒸发器l l结构如图结构如图8.58.5（1 1）所示。）所示。l l蒸汽由加热器上部引入，而物料由下部进入，因此蒸蒸汽由加热器上部引入，而物料由下部进入，因此蒸汽与物料在加热器内呈逆流。汽与物料在加热器内呈逆流。l l由于从下面进料，所以为防止静压效应引起的由于从下面进料，所以为防止静压效应引起的沸点升高，进入蒸发器的料液温度应控制在接沸点升高，进入蒸发器的料液温度应控制在接近沸点。近沸点。l l工作过程工作过程l l特点特点第27页，共115页，编辑于2022年，星期三l工作过程 预热后接近沸点的料液从加热室底部进入，自下而上流预热后接近沸点的料液从加热室底部进入，自下而上流动。在加热作用和减压状态下，部分料液迅速气化，产生二动。在加热作用和减压状态下，部分料液迅速气化，产生二次蒸汽，并以次蒸汽，并以80200m/s80200m/s的速度带动浓缩液沿管内壁成膜状上升。在加热室顶部，达到所需浓度的浓缩液与二次蒸汽的混合物，以较高的速度进入分离室，在离心力作用下两者产生分离，浓缩液从分离室底部排出，二次蒸汽则从顶部排出。第28页，共115页，编辑于2022年，星期三l特点n n优点：料液在加热室内停留时间很短，传热系数高，适用优点：料液在加热室内停留时间很短，传热系数高，适用于热敏性料液浓缩；高速二次蒸汽具有良好的破沫作用，于热敏性料液浓缩；高速二次蒸汽具有良好的破沫作用，故尤其适用于易起泡沫的料液。故尤其适用于易起泡沫的料液。n n缺点：一次浓缩比不够大，因此一般组成双效或多效流缺点：一次浓缩比不够大，因此一般组成双效或多效流程使用；由于薄膜料液的上升必须克服自身重力与管壁程使用；由于薄膜料液的上升必须克服自身重力与管壁的摩擦阻力，故的摩擦阻力，故不适用于处理高黏度、易结垢或易结晶不适用于处理高黏度、易结垢或易结晶不适用于处理高黏度、易结垢或易结晶不适用于处理高黏度、易结垢或易结晶的溶液。的溶液。的溶液。的溶液。第29页，共115页，编辑于2022年，星期三2.降膜式蒸发器l l结构如图结构如图8.58.5（2 2）所示，其分）所示，其分离室位于加热室的下方。加热室离室位于加热室的下方。加热室项部有布膜器（又称料液分布器项部有布膜器（又称料液分布器），其作用是使料液在加热管内均，其作用是使料液在加热管内均匀成膜并阻止二次蒸汽上升。匀成膜并阻止二次蒸汽上升。l l 工作过程工作过程l l特点特点 第30页，共115页，编辑于2022年，星期三l料液布膜器 这种蒸发器操作关键是使料液在加热管内均匀布膜。图这种蒸发器操作关键是使料液在加热管内均匀布膜。图8.68.6为几种常用的布为几种常用的布膜器。图中（膜器。图中（1 1）的导流管是有螺旋形沟槽的圆柱体；（）的导流管是有螺旋形沟槽的圆柱体；（2 2）的导流管下端锥体端）的导流管下端锥体端面向内凹入，以免液体再向中央聚集；（面向内凹入，以免液体再向中央聚集；（3 3）是利用加热管上端管口的齿缝来分流液体；）是利用加热管上端管口的齿缝来分流液体；（4 4）是靠管子上端的旋液器分流液体。）是靠管子上端的旋液器分流液体。第31页，共115页，编辑于2022年，星期三l工作过程 液体在重力作用下经料液分布器进入加热管，然后沿管内壁成液体在重力作用下经料液分布器进入加热管，然后沿管内壁成液膜状向下流动，由于单位体积料液的受热面积大，所以料液很快液膜状向下流动，由于单位体积料液的受热面积大，所以料液很快沸腾汽化，又由于向下加速，克服的流动阻力比升膜式小，产生的沸腾汽化，又由于向下加速，克服的流动阻力比升膜式小，产生的二次蒸汽能以很高的速度带动料液下降，所以传热效果好。汽液混二次蒸汽能以很高的速度带动料液下降，所以传热效果好。汽液混合物进入蒸发分离室进行分离，二次蒸汽由分离室顶部排出，浓缩合物进入蒸发分离室进行分离，二次蒸汽由分离室顶部排出，浓缩液则由底部抽出。降膜式的料液经蒸发后，流下的液体基本达到需液则由底部抽出。降膜式的料液经蒸发后，流下的液体基本达到需要的浓度。要的浓度。第32页，共115页，编辑于2022年，星期三l特点（1 1）加热蒸汽与料液呈并流方式。）加热蒸汽与料液呈并流方式。（2 2）蒸发时间短，为单流型，适用于热敏性料液浓缩。）蒸发时间短，为单流型，适用于热敏性料液浓缩。（3 3）不适于高黏度的料液浓缩。）不适于高黏度的料液浓缩。（4 4）大多以双效或多效形式组成蒸发设备，以提高浓缩比。）大多以双效或多效形式组成蒸发设备，以提高浓缩比。（5 5）不适用于处理易结晶或易结垢的溶液。）不适用于处理易结晶或易结垢的溶液。第33页，共115页，编辑于2022年，星期三（五）刮板式蒸发器l l也称刮板式薄膜蒸发器，是利用外加动力的膜式蒸发器。也称刮板式薄膜蒸发器，是利用外加动力的膜式蒸发器。l l结构l l特点第34页，共115页，编辑于2022年，星期三l结构n n主体由刮板式加热器（参见第七章内容）与分离室主体由刮板式加热器（参见第七章内容）与分离室构成。构成。n n分离室与加热器制成一体，在加热室与分离室的分分离室与加热器制成一体，在加热室与分离室的分界面处设浓缩料液引出口，二次蒸汽则自分离室引界面处设浓缩料液引出口，二次蒸汽则自分离室引出。出。n n分离室也可加热室分开，如右图所示。浓缩液分离室也可加热室分开，如右图所示。浓缩液与二次蒸汽一起流入分离室，在此浓缩液从底与二次蒸汽一起流入分离室，在此浓缩液从底部流出，而二次蒸汽则从左上侧引出。部流出，而二次蒸汽则从左上侧引出。n n根据刮板加热器轴线的取向，这种加热器有立式根据刮板加热器轴线的取向，这种加热器有立式和卧式两种类型，但以立式为多。和卧式两种类型，但以立式为多。第35页，共115页，编辑于2022年，星期三l特点n n优点：处理黏度高达处理黏度高达50100Pas的黏性料液时仍的黏性料液时仍能保持较高的传热速率。故特别适用于浓缩糖含量高、能保持较高的传热速率。故特别适用于浓缩糖含量高、蛋白含量高的物料，如鸡蛋、蜂蜜和麦芽汁等料液。蛋白含量高的物料，如鸡蛋、蜂蜜和麦芽汁等料液。n n缺点：设备加工精度要求高，生产能力小。因而一般用于后道浓缩。第36页，共115页，编辑于2022年，星期三（六）板式蒸发器l l结构结构l l降膜式板式蒸发器降膜式板式蒸发器 l l升膜式板式蒸发器l l升降膜式板式蒸发器升降膜式板式蒸发器 l l特点特点第37页，共115页，编辑于2022年，星期三第38页，共115页，编辑于2022年，星期三l结构n n主要由板式加热器与分离室组合而成。主要由板式加热器与分离室组合而成。n n加热器的总体结构与组合方式与本书第七章介绍的板式换热器加热器的总体结构与组合方式与本书第七章介绍的板式换热器的类似，但一般直接利用蒸汽或二次蒸汽进行加热。的类似，但一般直接利用蒸汽或二次蒸汽进行加热。n n根据料液与蒸汽在加热板上的流动方向，根据料液与蒸汽在加热板上的流动方向，板式蒸发器的加热板板式蒸发器的加热板有升膜式、降膜式两种结构有升膜式、降膜式两种结构。出于加热蒸汽分布和产品分布均匀要。出于加热蒸汽分布和产品分布均匀要求，它们的换热板结构与普通板式热交换器的换热板有所不同，主求，它们的换热板结构与普通板式热交换器的换热板有所不同，主要是供产品进出和加热介质进出的开孔大小、数量、形状位置不同。要是供产品进出和加热介质进出的开孔大小、数量、形状位置不同。第39页，共115页，编辑于2022年，星期三l降膜式板式蒸发器n n构成如图构成如图8.98.9图所示。图所示。n n加热板全为降膜式。加热板全为降膜式。n n料液从加热器左上侧进入后分两路料液从加热器左上侧进入后分两路均匀地分布在各加热片上。均匀地分布在各加热片上。n n料液流道两侧为加热蒸汽室，料液流道两侧为加热蒸汽室，也从加热板上方进入，因此，也从加热板上方进入，因此，与产品流向相同，为并流（情与产品流向相同，为并流（情况与长管降膜式蒸发器类似）。况与长管降膜式蒸发器类似）。n n浓缩液二次蒸汽混合物通过加热浓缩液二次蒸汽混合物通过加热器下方的通道出来，进入分离器器下方的通道出来，进入分离器后两者分离，浓缩液从分离器下后两者分离，浓缩液从分离器下方引出，二次蒸汽则从上方引出。方引出，二次蒸汽则从上方引出。第40页，共115页，编辑于2022年，星期三l升膜式板式蒸发器n n结构与降膜式的类似，只是所用的加热板全为升膜式，结构与降膜式的类似，只是所用的加热板全为升膜式，并且稀料液与加热蒸汽的走向为逆流，情形与长管升膜并且稀料液与加热蒸汽的走向为逆流，情形与长管升膜式蒸发器的类似。式蒸发器的类似。n n浓缩液二次蒸汽混合物通过上方的通道从加热器出来，进入分离器后两者分离。第41页，共115页，编辑于2022年，星期三l升降膜式板式蒸发器n n结构较为特殊，分别由升膜板、降膜板和蒸汽板交替叠成。结构较为特殊，分别由升膜板、降膜板和蒸汽板交替叠成。n n由蒸汽板、升膜板、蒸汽板、降膜板和蒸汽板构成一个蒸发单元，由蒸汽板、升膜板、蒸汽板、降膜板和蒸汽板构成一个蒸发单元，一个加热器的蒸发单元数根据产量而进行调整。一个加热器的蒸发单元数根据产量而进行调整。n n这种蒸发器中，料液输入口及浓缩液这种蒸发器中，料液输入口及浓缩液-二次蒸汽混合的输出口均位于二次蒸汽混合的输出口均位于加热器的下方。混合物从加热器出来后在分离器分离成浓缩液和加热器的下方。混合物从加热器出来后在分离器分离成浓缩液和二次蒸汽。二次蒸汽。第42页，共115页，编辑于2022年，星期三l特点传热系数高；物料停留时间短（数秒），适用于热敏性物料；物料停留时间短（数秒），适用于热敏性物料；体积小，加热面积可随意调整，易清洗；体积小，加热面积可随意调整，易清洗；因一次通过的浓缩比不高，因此常常构成二效或三效式蒸发系统；密封垫圈易老化而泄漏，使用压力有限。密封垫圈易老化而泄漏，使用压力有限。第43页，共115页，编辑于2022年，星期三（七）离心薄膜蒸发器l离心薄膜蒸发器是一种利用锥形蒸发面高速旋转时产生的离心力使料液成膜及流动的高效蒸发设备。l结构l工作过程l特点第44页，共115页，编辑于2022年，星期三l结构n n其结构如图其结构如图8.108.10所示。所示。n n真空壳体内设置一高速旋转的转鼓，转真空壳体内设置一高速旋转的转鼓，转鼓由锥形空心碟片叠装而成。鼓由锥形空心碟片叠装而成。n n碟片间保持有一定加热蒸发空间，空心夹层碟片间保持有一定加热蒸发空间，空心夹层内通加热蒸汽，外圆径向开有与外界连接的内通加热蒸汽，外圆径向开有与外界连接的通孔，供加热蒸汽进入和冷凝水离开。通孔，供加热蒸汽进入和冷凝水离开。n n碟片的下外表面为工作面，故整机具有碟片的下外表面为工作面，故整机具有较大的工作面，外圈开有环形凹槽和较大的工作面，外圈开有环形凹槽和轴向通孔，定向叠装后形成浓缩液环轴向通孔，定向叠装后形成浓缩液环形聚集区和连续的轴向通道。形聚集区和连续的轴向通道。n n转鼓上部为浓缩液聚集槽，插有浓缩液转鼓上部为浓缩液聚集槽，插有浓缩液引出管。引出管。第45页，共115页，编辑于2022年，星期三l工作过程n n料液经真空壳体上的分配管穿过叠锥转鼓的中心部，注入旋转圆锥的下面。料液经真空壳体上的分配管穿过叠锥转鼓的中心部，注入旋转圆锥的下面。注入后很快展成厚注入后很快展成厚0.1mm0.1mm的液膜，在的液膜，在1s1s左右的时间内沿加热面流过。因液左右的时间内沿加热面流过。因液膜很薄，水分很快汽化。膜很薄，水分很快汽化。n n二次蒸汽通过叠锥中央逸出到机壳内，然后排出。浓缩液则聚集于圆锥外缘二次蒸汽通过叠锥中央逸出到机壳内，然后排出。浓缩液则聚集于圆锥外缘内侧的一组圆环内，经竖向孔道引至叠锥上方的排料室，最后由固定于机壳内侧的一组圆环内，经竖向孔道引至叠锥上方的排料室，最后由固定于机壳上的排料管排出。上的排料管排出。n n蒸汽从下部进入，经空心轴至叠锥外缘的汽室，然后流经圆环上的小孔进入锥形元件蒸汽从下部进入，经空心轴至叠锥外缘的汽室，然后流经圆环上的小孔进入锥形元件之间的空间，蒸汽在圆锥表面冷凝，且一旦形成水滴，立即被离心力甩向外锥体排出，之间的空间，蒸汽在圆锥表面冷凝，且一旦形成水滴，立即被离心力甩向外锥体排出，故不存在冷凝液膜，减小了传热热阻，传热系数可达故不存在冷凝液膜，减小了传热热阻，传热系数可达 8000W/(m 8000W/(m2 2 K K）。）。第46页，共115页，编辑于2022年，星期三l特点n n结构紧凑、传热效率高、蒸发面积大、料液受热时问很短、具有很强的蒸发能力，特别适合果汁和其它热敏性液体食品的浓缩。n n由于料液呈极薄的膜状流动，流动阻力大，而流动的推动力仅为离心力，故不适用于黏度大、易结晶、易结垢物料的浓缩。n n设备结构比较复杂，造价较高，传动系统的密封易泄漏，影响高真空。第47页，共115页，编辑于2022年，星期三二、真空蒸发浓缩系统的辅助设备l l真空蒸发浓缩系统的主要设备是蒸发器，但它必须与适当的附属设备配合，才真空蒸发浓缩系统的主要设备是蒸发器，但它必须与适当的附属设备配合，才能在真空状态下对料液进行正常的蒸发浓缩操作。能在真空状态下对料液进行正常的蒸发浓缩操作。l l真空蒸发浓缩系统的辅助设备通常有进料缸、物料泵、冷凝器、真空泵、蒸汽再压缩泵真空蒸发浓缩系统的辅助设备通常有进料缸、物料泵、冷凝器、真空泵、蒸汽再压缩泵等。蒸发器与这些辅助设备进行适当的配合，可以得到不同形式的真空蒸发浓缩系统。等。蒸发器与这些辅助设备进行适当的配合，可以得到不同形式的真空蒸发浓缩系统。（一）（一）进料缸（二）（二）泵泵（三）（三）冷凝器（四）（四）间接式换热器间接式换热器第48页，共115页，编辑于2022年，星期三（一）进料缸l l进料缸用于稀料液的缓冲暂存。稀料液通过进料管进入缸体。缸内的液位由进料缸用于稀料液的缓冲暂存。稀料液通过进料管进入缸体。缸内的液位由浮球阀控制维持相对稳定。系统浓缩液的输出一般装有支路，当浓度达不到浮球阀控制维持相对稳定。系统浓缩液的输出一般装有支路，当浓度达不到要求时由此支路管回流到进料缸，重新与稀料液混合后再进行蒸发浓缩。另要求时由此支路管回流到进料缸，重新与稀料液混合后再进行蒸发浓缩。另外当浓缩操作结束后，进料缸通入清水后也可作为就地清洗的清水缸用。外当浓缩操作结束后，进料缸通入清水后也可作为就地清洗的清水缸用。l l进料缸与蒸发器之间一般利用管路连接就可进料，前提是必须克服料液流动进料缸与蒸发器之间一般利用管路连接就可进料，前提是必须克服料液流动阻力，否则需加泵，例如对于升膜式蒸发器，系统的真空度不足使料液引入阻力，否则需加泵，例如对于升膜式蒸发器，系统的真空度不足使料液引入到蒸发器的顶部，因此必须由泵提供动力。到蒸发器的顶部，因此必须由泵提供动力。l l加工过程简单的生产线，尤其是产量不大的间歇式生产线，不一定设进料缸，可直接加工过程简单的生产线，尤其是产量不大的间歇式生产线，不一定设进料缸，可直接将前道工序的料罐作为进料缸用。将前道工序的料罐作为进料缸用。第49页，共115页，编辑于2022年，星期三（二）泵真空蒸发系统中所用的泵有以下三类：1.物料泵2.冷凝水排除泵3.真空泵 第50页，共115页，编辑于2022年，星期三1.物料泵l l真空蒸发浓缩系统处于负压状态，因此，连续蒸发操作真空蒸发浓缩系统处于负压状态，因此，连续蒸发操作时，浓缩液的出料一般要用泵抽吸完成。时，浓缩液的出料一般要用泵抽吸完成。l l所用的泵可以用离心泵，但多用正位移泵。l l除了强制循环式蒸发器中的循环泵以外，多效蒸发系统中，除了强制循环式蒸发器中的循环泵以外，多效蒸发系统中，上一效蒸发器出来的浓缩液进入下一效蒸发器，一般也上一效蒸发器出来的浓缩液进入下一效蒸发器，一般也须用泵输送。须用泵输送。第51页，共115页，编辑于2022年，星期三2.冷凝水排除泵l l此类泵用于排除负压状态加热器中加热蒸汽产生的冷凝水。此类泵用于排除负压状态加热器中加热蒸汽产生的冷凝水。l l当蒸发器的加热器与真空系统相连，进入加热器的蒸汽（生蒸汽、当蒸发器的加热器与真空系统相连，进入加热器的蒸汽（生蒸汽、二次蒸汽或两者的混合物）均可通过适当形式的调节控制，成为二次蒸汽或两者的混合物）均可通过适当形式的调节控制，成为负压状态（负压状态的蒸汽对应的温度低于负压状态（负压状态的蒸汽对应的温度低于100100）。此时加热）。此时加热器的冷凝水也为负压，必须通过离心泵抽吸才能排出加热器。器的冷凝水也为负压，必须通过离心泵抽吸才能排出加热器。第52页，共115页，编辑于2022年，星期三3.真空泵l l真空泵为蒸发系统提供所需的真空度。真空泵为蒸发系统提供所需的真空度。l l通常采用的真空泵形式有复往式真空泵、水环式真空泵、蒸汽喷射泵通常采用的真空泵形式有复往式真空泵、水环式真空泵、蒸汽喷射泵和水力喷射泵等。和水力喷射泵等。l l除了水力喷射泵以外，其它形式的真空泵一般接在冷凝器后面。除了水力喷射泵以外，其它形式的真空泵一般接在冷凝器后面。l l真空泵的另一个作用是排除系统中产生的不凝性气体。系统的真空泵的另一个作用是排除系统中产生的不凝性气体。系统的不凝性气体主要来自二次蒸汽，直接式冷凝器用的冷却水也夹不凝性气体主要来自二次蒸汽，直接式冷凝器用的冷却水也夹带不凝性气体。因此，除了与冷凝器相连接以外，真空泵还与带不凝性气体。因此，除了与冷凝器相连接以外，真空泵还与再利用二次蒸汽作加热剂的加热器相连。再利用二次蒸汽作加热剂的加热器相连。第53页，共115页，编辑于2022年，星期三（三）冷凝器l l作用作用:对系统产生的二次蒸汽冷凝，同时使其中的不凝结气体分离，对系统产生的二次蒸汽冷凝，同时使其中的不凝结气体分离，以减轻后面真空系统的负荷，维持系统所要求的真空度。以减轻后面真空系统的负荷，维持系统所要求的真空度。l l冷凝器一般以水为冷却介质，对于以水为溶剂的料液，真空冷凝器一般以水为冷却介质，对于以水为溶剂的料液，真空蒸发系统中多采用直接式（混合式）冷凝器。而对于需要回蒸发系统中多采用直接式（混合式）冷凝器。而对于需要回收芳香成分的料液，则需要采用间接式冷凝器。对于含有机收芳香成分的料液，则需要采用间接式冷凝器。对于含有机溶剂的料液（如乙醇提取液），为了回收有机溶剂，也需要溶剂的料液（如乙醇提取液），为了回收有机溶剂，也需要采用间接式冷凝器。采用间接式冷凝器。l l无论是间接式还是直接式冷凝器，均有不凝性气体排出口与真空泵相无论是间接式还是直接式冷凝器，均有不凝性气体排出口与真空泵相连。连。l l在真空度要求不高的蒸发系统中，可用水力喷射泵来对二次蒸在真空度要求不高的蒸发系统中，可用水力喷射泵来对二次蒸汽进行冷凝，同时将系统的不凝性气体抽走。汽进行冷凝，同时将系统的不凝性气体抽走。第54页，共115页，编辑于2022年，星期三（四）间接式换热器l l间接式热交换器对稀料液进行杀菌或预热，这种热交换间接式热交换器对稀料液进行杀菌或预热，这种热交换器可由生蒸汽也可以用二次蒸汽加热。器可由生蒸汽也可以用二次蒸汽加热。l l这些换热器可以为单程列管式换热器，单独用生蒸汽加热；这些换热器可以为单程列管式换热器，单独用生蒸汽加热；l l或与蒸发器的列管式换热器并联，用相同的负压蒸汽进行加热；l l还可以盘管状结构通过蒸发器列管式加热器的壳体。第55页，共115页，编辑于2022年，星期三第56页，共115页，编辑于2022年，星期三第57页，共115页，编辑于2022年，星期三第58页，共115页，编辑于2022年，星期三第59页，共115页，编辑于2022年，星期三第60页，共115页，编辑于2022年，星期三三、典型真空浓缩系统1.单效降膜式真空浓缩系统2.顺流式双效真空降膜浓缩设备3.混流式三效降膜真空浓缩设备4.混流式四效降膜真空浓缩设备第61页，共115页，编辑于2022年，星期三1.单效降膜式真空浓缩系统l系统构成：以图8.11所示的德国 WIEGDN单效降膜式真空浓缩设备为例。该系统适用于牛乳的浓缩。它具有能量消耗少、操作稳定、清洗方便等特点。l系统特点l工作过程第62页，共115页，编辑于2022年，星期三第63页，共115页，编辑于2022年，星期三l系统特点n n主要由降膜式蒸发器、蒸汽喷射器（热泵）、料液泵（离心泵和螺杆泵）、水主要由降膜式蒸发器、蒸汽喷射器（热泵）、料液泵（离心泵和螺杆泵）、水泵、真空泵及贮液筒等组成。泵、真空泵及贮液筒等组成。n n降膜式蒸发器所有加热管束使用同一加热蒸汽，但管束内部分隔为加热面积大小不降膜式蒸发器所有加热管束使用同一加热蒸汽，但管束内部分隔为加热面积大小不同的两部分，同时冷凝器设置于加热器外侧的夹套内，结构紧凑。同的两部分，同时冷凝器设置于加热器外侧的夹套内，结构紧凑。n n系统中的热泵用来将部分二次蒸汽压缩后作为加热蒸汽使用；同时，通过系统中的热泵用来将部分二次蒸汽压缩后作为加热蒸汽使用；同时，通过在进料缸内引入冷凝水管道及在分离室内设置夹套预热装置，对原料进行在进料缸内引入冷凝水管道及在分离室内设置夹套预热装置，对原料进行预热，回收了冷凝水和二次蒸汽的残留热量，提高了能量利用效率。预热，回收了冷凝水和二次蒸汽的残留热量，提高了能量利用效率。第64页，共115页，编辑于2022年，星期三l工作过程n n原料牛乳从贮料筒经流量计进入分离器，利用二次蒸汽间接加热，原料牛乳从贮料筒经流量计进入分离器，利用二次蒸汽间接加热，蒸发部分水分；然后由料液泵送至加热器第一部分加热管束顶部，蒸发部分水分；然后由料液泵送至加热器第一部分加热管束顶部，经分布器使其均匀地流入各加热管内，呈膜状向下流动，同时受经分布器使其均匀地流入各加热管内，呈膜状向下流动，同时受热蒸发；经第一部分加热管束蒸发浓缩后的牛乳，由料液泵送入热蒸发；经第一部分加热管束蒸发浓缩后的牛乳，由料液泵送入第二部分加热管束进一步加热蒸发，达到浓度后的浓缩牛乳由螺第二部分加热管束进一步加热蒸发，达到浓度后的浓缩牛乳由螺杆泵送出。杆泵送出。n n经分离器排出的二次蒸汽，一部分由蒸汽喷射器增压后送入加热经分离器排出的二次蒸汽，一部分由蒸汽喷射器增压后送入加热器作为加热蒸汽使用，另一部分进入位于加热室外侧夹套内的冷器作为加热蒸汽使用，另一部分进入位于加热室外侧夹套内的冷凝器，在冷却水盘管作用下冷凝成水，并与加热器内的冷凝水汇凝器，在冷却水盘管作用下冷凝成水，并与加热器内的冷凝水汇合在一起，由冷凝水泵送出。合在一起，由冷凝水泵送出。n n节流孔板节流孔板a a、b b、c c、d d用于流量控制所需的在线流量检测。用于流量控制所需的在线流量检测。第65页，共115页，编辑于2022年，星期三2.顺流式双效真空降膜浓缩设备 l l结构组成l l工作过程l l适用性及特点第66页，共115页，编辑于2022年，星期三l结构组成n n某顺流式双效真空浓缩设备流程如图8.12所示，它主要由一、二效蒸发器、热泵、杀菌器、水力喷射器、预热器、液料泵等构成。n n一、二效蒸发器结构相同，内部除蒸发管束外，还设有一、二效蒸发器结构相同，内部除蒸发管束外，还设有预热盘管。预热盘管。n n杀菌器为列管结构。杀菌器为列管结构。第67页，共115页，编辑于2022年，星期三l工作过程n n工作时，料液由泵从平衡槽抽出，通过由二效蒸发器二次蒸汽加热的预热器，然后依工作时，料液由泵从平衡槽抽出，通过由二效蒸发器二次蒸汽加热的预热器，然后依次经二效、一效蒸发器内的盘管进一步预热。预热后的料液在列管式杀菌杀菌次经二效、一效蒸发器内的盘管进一步预热。预热后的料液在列管式杀菌杀菌（86928692），并在保持管内保持），并在保持管内保持24s 24s；随后相继通过一效蒸发器（加热温度；随后相继通过一效蒸发器（加热温度 839083