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第十章第十章 浓缩设备浓缩设备浓缩正趋向低温、快速、连续的方向开展。浓缩正趋向低温、快速、连续的方向开展。浓缩浓缩是从溶液中除去局部溶剂的单元操作，是浓缩浓缩是从溶液中除去局部溶剂的单元操作，是溶质和溶剂均匀混合液的局部别离过程。溶质和溶剂均匀混合液的局部别离过程。在浓缩操作中，物料中液体汽化所生成的蒸汽称在浓缩操作中，物料中液体汽化所生成的蒸汽称为二次蒸汽，以区别于加热蒸汽。二次蒸汽必须为二次蒸汽，以区别于加热蒸汽。二次蒸汽必须不断地用冷凝等方法加以去除，否则，蒸汽和料不断地用冷凝等方法加以去除，否则，蒸汽和料液渐渐趋于平衡，将使蒸发操作无法进行。液渐渐趋于平衡，将使蒸发操作无法进行。第一节第一节 概述概述平衡浓缩平衡浓缩非平衡浓缩非平衡浓缩冷冻浓缩冷冻浓缩 蒸发浓缩蒸发浓缩 常压蒸发常压蒸发真空浓缩真空浓缩食品浓缩的目的食品浓缩的目的 作为枯燥的预处理，以降低产品的加工热耗。作为枯燥的预处理，以降低产品的加工热耗。提高产品质量。提高产品质量。提高产品的保藏性。提高产品的保藏性。减少产品的体积和重量，便于运输。减少产品的体积和重量，便于运输。浓缩用作某些结晶操作的预处理。浓缩用作某些结晶操作的预处理。提取果汁中的芳香物质。提取果汁中的芳香物质。浓缩方法从原理上分为平衡浓缩和非平衡浓缩两种物浓缩方法从原理上分为平衡浓缩和非平衡浓缩两种物理方法。理方法。1平衡浓缩平衡浓缩利利用用两两相相在在分分配配上上的的某某种种差差异异而而获获得得溶溶质质和和溶溶剂剂别别离离的的方方法法，如蒸发浓缩和冷冻浓缩即属此法。如蒸发浓缩和冷冻浓缩即属此法。蒸发浓缩蒸发浓缩采采用用浓浓缩缩设设备备把把物物料料加加热热，使使物物料料中中易易挥挥发发局局部部水水分分在在其其沸沸点点温温度度下下不不断断地地由由液液态态变变为为汽汽态态，并并将将汽汽化化时时产产生生的的二二次次蒸蒸汽汽不不断断排排除除，从从而而使使制制品品浓浓度度不不断断提提高高，直直至至到到达达浓浓度度要要求求。这这种种方法目前仍然是食品工业最广泛应用的一种浓缩方法。方法目前仍然是食品工业最广泛应用的一种浓缩方法。真空蒸发浓缩真空蒸发浓缩利利用用真真空空蒸蒸发发或或机机械械别别离离等等方方法法到到达达物物料料浓浓缩缩，一一般般在在在在18.8kPa下下，以以蒸蒸汽汽间间接接加加热热方方式式，对对物物料料加加热热，使使其其在在低低温温下下沸腾蒸发。沸腾蒸发。2非平衡浓缩非平衡浓缩是是利利用用半半透透膜膜来来别别离离溶溶质质和和溶溶剂剂的的过过程程，两两相相用用膜膜隔隔开开，因因此此别别离离不不是是两两相相的的直直接接接接触触，故故称称非非平平衡衡浓浓缩缩。利利用用半半透透膜膜的的方方法法不不仅仅可可以以别别离离溶溶质质和和溶溶剂剂，而而且且也也可可以以别别离离各各种不同大小的溶质，因此，统称为膜别离。种不同大小的溶质，因此，统称为膜别离。冷冻浓缩冷冻浓缩利利用用有有利利的的液液固固平平衡衡条条件件，冷冷冻冻浓浓缩缩时时，局局部部水水分分因因放放热热而结冰，而后用机械方法将浓缩液与冰晶别离。而结冰，而后用机械方法将浓缩液与冰晶别离。蒸发和冷冻浓缩，两相都是直接接触的，故称平衡浓缩。蒸发和冷冻浓缩，两相都是直接接触的，故称平衡浓缩。浓缩设备的分类及特点浓缩设备的分类及特点蒸蒸发发浓浓缩缩设设备备一一般般由由蒸蒸发发器器、冷冷凝凝器器和和抽抽气气泵泵等等部部件件组组成成。根据不同的分类依据可分成不同类型。根据不同的分类依据可分成不同类型。根据蒸发面上的压力分为根据蒸发面上的压力分为常常压压蒸蒸发发浓浓缩缩设设备备 溶溶剂剂气气化化后后直直接接排排入入大大气气，蒸蒸发发面面上上为为常常压压，其其设设备备结结构构简简单单、投投资资少少、维维修修方方便便，但但蒸蒸发发速率较低。速率较低。真真空空蒸蒸发发浓浓缩缩设设备备 溶溶剂剂从从蒸蒸发发面面上上气气化化后后进进入入负负压压状状态，速度较快。态，速度较快。循环式循环式 单程式单程式真空浓缩设备的分类真空浓缩设备的分类根据加热蒸汽被利用的次数根据加热蒸汽被利用的次数单效浓缩设备单效浓缩设备多效浓缩设备多效浓缩设备带有热泵的浓缩设备带有热泵的浓缩设备按料液的流程按料液的流程按料液蒸发时的分布状态按料液蒸发时的分布状态非膜式非膜式薄膜式薄膜式盘管式浓缩器中、央循环管式浓缩器盘管式浓缩器中、央循环管式浓缩器蒸发器：升膜式、降膜式、片式、刮板式、离心式蒸发器：升膜式、降膜式、片式、刮板式、离心式特点：水分蒸发快、蒸发面积大、热利用率高，结构较复杂。特点：水分蒸发快、蒸发面积大、热利用率高，结构较复杂。自然循环式自然循环式 强制循环式强制循环式1、加热蒸汽与沸腾液体之间的温度差、加热蒸汽与沸腾液体之间的温度差t可以增大。可以增大。2、可利用压强较低的蒸汽作为加热蒸汽。、可利用压强较低的蒸汽作为加热蒸汽。3、由于低温浓缩，有利于食品溶液进行浓缩，减少体积及、由于低温浓缩，有利于食品溶液进行浓缩，减少体积及重量，便于运输及储存。重量，便于运输及储存。4、由于溶液沸点较低，使浓缩设备的热损失减少。、由于溶液沸点较低，使浓缩设备的热损失减少。5、对料液起加热杀菌作用，有利于食品保藏。、对料液起加热杀菌作用，有利于食品保藏。真空浓缩特点真空浓缩特点1、由于真空浓缩，须有抽真空系统，从而增加附属机械设、由于真空浓缩，须有抽真空系统，从而增加附属机械设备及动力。备及动力。2、由于蒸发潜热随沸点降低而增大，所以热量消耗大。、由于蒸发潜热随沸点降低而增大，所以热量消耗大。优点：优点：缺乏之处：缺乏之处：1传热效果好，热能利用率高，即传热系数高和传热效果好，热能利用率高，即传热系数高和有效温度差大。有效温度差大。2结构紧凑、操作方便。结构紧凑、操作方便。3汽液别离效果好。汽液别离效果好。4设备性能适应食品料液的性质，符合生产工艺设备性能适应食品料液的性质，符合生产工艺要求和食品卫生。要求和食品卫生。5易于制造、检修、清洗。易于制造、检修、清洗。6具有足够的机械强度，金属消耗量少，耐腐蚀。具有足够的机械强度，金属消耗量少，耐腐蚀。对浓缩设备的要求对浓缩设备的要求 单效升膜式蒸发器单效升膜式蒸发器属于液膜式浓缩器，液体沿管壁成膜状流动，进行连续属于液膜式浓缩器，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。蒸发，液体在浓缩器停留时间较短，约几秒至几十秒。一一 单效浓缩设备单效浓缩设备一结构一结构 由多根垂直管束的加热器体和一个蒸发别离室及循环管组由多根垂直管束的加热器体和一个蒸发别离室及循环管组成。为自然循环式。成。为自然循环式。管内料液的加热与蒸汽分为三局部：最低局部管内完全充管内料液的加热与蒸汽分为三局部：最低局部管内完全充满料液，热量靠对流传递；料液在中间局部开始产生蒸汽泡并满料液，热量靠对流传递；料液在中间局部开始产生蒸汽泡并上升；在管上局部由于膨胀的二次蒸汽而产生强的上升力，使上升；在管上局部由于膨胀的二次蒸汽而产生强的上升力，使料液成薄膜状在管内上升，在管顶部成喷雾状，以较高速度进料液成薄膜状在管内上升，在管顶部成喷雾状，以较高速度进入气液别离器，在离心力的作用下使气液别离。入气液别离器，在离心力的作用下使气液别离。结构特点结构特点工作原理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，浓缩液从蒸发别离室底部排出。汽从顶部排出，浓缩液从蒸发别离室底部排出。本卷须知本卷须知注意进料量、温度、黏度对成膜的影响。注意进料量、温度、黏度对成膜的影响。特点特点结构简单，制造方便，占地面积及空间体积小，投结构简单，制造方便，占地面积及空间体积小，投资少，经济实用。减少了热敏性料液的分解，形成泡资少，经济实用。减少了热敏性料液的分解，形成泡沫少，适用于易起泡的料液；能防治结垢，适用于果沫少，适用于易起泡的料液；能防治结垢，适用于果汁及乳制品的生产。汁及乳制品的生产。单效降膜式蒸发器单效降膜式蒸发器结构结构汽液别离器汽液别离器液体分布器液体分布器加热器加热器工作过程工作过程料液从顶部进入加热料液从顶部进入加热器内，在降膜分布器器内，在降膜分布器的作用下，均匀地进的作用下，均匀地进人加热管中，受二次人加热管中，受二次蒸汽的快速流动和本蒸汽的快速流动和本身重力作用物料沿管身重力作用物料沿管内壁呈膜状自然向下内壁呈膜状自然向下流动，并受热不断蒸流动，并受热不断蒸发浓缩发浓缩料液分布器料液分布器作用：使料液均匀地分布作用：使料液均匀地分布到各加热管到各加热管型式型式筛板或喷嘴筛板或喷嘴导流管导流管旋液喷头旋液喷头特点特点由于利用液膜的重力作用降膜，故由于利用液膜的重力作用降膜，故能蒸发粘度较大的料液，且受热时能蒸发粘度较大的料液，且受热时间短，适于热敏性强的物料间短，适于热敏性强的物料料液的沸点均匀，有效温差较大，料液的沸点均匀，有效温差较大，传热效果好，节约蒸汽传热效果好，节约蒸汽 由于蒸发管较长，液料沸腾时所由于蒸发管较长，液料沸腾时所生成的泡沫易在管壁上受热破裂，生成的泡沫易在管壁上受热破裂，因此适于蒸发易生泡沫的物料；因此适于蒸发易生泡沫的物料；清洗方便；适于浓度较大，不易清洗方便；适于浓度较大，不易结晶、结垢的物料结晶、结垢的物料 主要用于果酱、果汁、炼乳等的生产主要用于果酱、果汁、炼乳等的生产中央循环管式蒸发器中央循环管式蒸发器一作用原理一作用原理 食品料液经过由食品料液经过由沸腾管和中央循环管所沸腾管和中央循环管所组成的竖式管加热面进组成的竖式管加热面进行加热，由于传热产生行加热，由于传热产生重度差，形成了自然循重度差，形成了自然循环，而将其水分蒸发，环，而将其水分蒸发，从而到达浓缩目的。从而到达浓缩目的。二主要构造二主要构造1.加热器加热器由沸腾管及中央循环管、中央循环管和上下管板所组成的竖由沸腾管及中央循环管、中央循环管和上下管板所组成的竖式加热管束组成。式加热管束组成。中央循环管和沸腾加热管一般采用胀管法或焊接法固定在上中央循环管和沸腾加热管一般采用胀管法或焊接法固定在上下管板上，组成一个竖式加热管束。料液在管内流动，加热下管板上，组成一个竖式加热管束。料液在管内流动，加热蒸汽在管束间流动。蒸汽在管束间流动。中央循环管是位于加热器中央的一根直径较大的管子，截面中央循环管是位于加热器中央的一根直径较大的管子，截面积为总加热管束总面积的积为总加热管束总面积的40%-50%，材料为不锈钢或其他，材料为不锈钢或其他耐腐蚀材料。耐腐蚀材料。为提高传热效果，可在管间增设假设干挡板或抽去几排加热为提高传热效果，可在管间增设假设干挡板或抽去几排加热管，形成蒸汽通道，同时配合不凝性气体排出管的合理分管，形成蒸汽通道，同时配合不凝性气体排出管的合理分布，有利于加热蒸汽均匀分布，从而提高传热及冷凝效果。布，有利于加热蒸汽均匀分布，从而提高传热及冷凝效果。2.蒸发室蒸发室加热室上部的圆筒体，连接在加热体上部。料液经加热加热室上部的圆筒体，连接在加热体上部。料液经加热汽化产生的二次蒸汽中夹带有大量的液滴，直接冷凝造汽化产生的二次蒸汽中夹带有大量的液滴，直接冷凝造成料液损失，在多效浓缩时还会将下效加热室污染，并成料液损失，在多效浓缩时还会将下效加热室污染，并降低传热效果，所以蒸发室要具有一定的高度和空间。降低传热效果，所以蒸发室要具有一定的高度和空间。一般为加热管长度的一般为加热管长度的1.1-1.5倍。倍。蒸发室外侧有视镜、人孔、洗水、照明、仪表、取样等蒸发室外侧有视镜、人孔、洗水、照明、仪表、取样等装置。在顶部又捕集器，以对二次蒸汽夹带的汁液进装置。在顶部又捕集器，以对二次蒸汽夹带的汁液进行别离，保证二次蒸汽的洁净，减少料液的损失。二行别离，保证二次蒸汽的洁净，减少料液的损失。二次蒸汽由顶部的二次蒸汽出口排出。次蒸汽由顶部的二次蒸汽出口排出。三三特点特点优点：优点：结构简单、操作方便、传热效果好、锅内液面容易控制、结构简单、操作方便、传热效果好、锅内液面容易控制、投资费用少；投资费用少；缺点：缺点：清洗检修较麻烦，黏度大时循环效果较差、循环速度低、清洗检修较麻烦，黏度大时循环效果较差、循环速度低、且因料液循环使蒸发器中溶液浓度总是接近于完成液浓且因料液循环使蒸发器中溶液浓度总是接近于完成液浓度，黏度较大，影响传热效果。度，黏度较大，影响传热效果。盘管式蒸发器盘管式蒸发器1.工工作作原原理理及及结结构构它它是是乳乳品品厂厂较较早早采采用用的的一一种种真真空空单单效效浓浓缩缩装装置置。在在罐罐体体内内有有盘盘管管，管管内内通通加加热热蒸蒸汽汽，对物料加热。对物料加热。盘盘管管一一般般由由45组组分分层层排排列列，每每组组有有1-3圈圈。盘盘管管的的蒸蒸汽汽进进口口和凝结水出口有两种形式：和凝结水出口有两种形式：盘盘管管多多采采用用扁扁平平椭椭圆圆形形截截面面，以以减减少少罐罐内内流流体体自自然然循循环环阻阻力力，而且便于清洗。而且便于清洗。各层盘管单独用阀门控制，可根据料液面来调节加热面。各层盘管单独用阀门控制，可根据料液面来调节加热面。设备工作时，料液自切线方向进入锅内。加热蒸汽在盘设备工作时，料液自切线方向进入锅内。加热蒸汽在盘管内对管外的料液进行加热，其受热后体积膨胀，密度减小，管内对管外的料液进行加热，其受热后体积膨胀，密度减小，因浮力使料液上升，到达液面时气化，使其浓度提高，密度增因浮力使料液上升，到达液面时气化，使其浓度提高，密度增大。但浓缩盘管中心处的料液，相对来说距加热管较远，与同大。但浓缩盘管中心处的料液，相对来说距加热管较远，与同一液位的料液相比，其密度较大，呈下降趋势，故受热蒸发的一液位的料液相比，其密度较大，呈下降趋势，故受热蒸发的那局部料液不但密度大，而且液位又高，必向盘管中心处下落，那局部料液不但密度大，而且液位又高，必向盘管中心处下落，从而形成了料液自锅壁及盘管处上升，又沿盘管中心向下的反从而形成了料液自锅壁及盘管处上升，又沿盘管中心向下的反复循环状态。产生的二次蒸汽，从浓缩锅上部中央，以切线方复循环状态。产生的二次蒸汽，从浓缩锅上部中央，以切线方向进入别离器，在离心力的作用下，料液微粒与蒸汽别离，二向进入别离器，在离心力的作用下，料液微粒与蒸汽别离，二次蒸汽则上升进入冷凝器，经冷凝器冷凝成水而排除。次蒸汽则上升进入冷凝器，经冷凝器冷凝成水而排除。2盘管式的工作原理盘管式的工作原理 3.特点特点优点：结构简单、制造方便、操作稳定、易于控制；盘管为优点：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，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。盘管内加热蒸汽通断及其压力，以满足生产或操作的需要。缺点：传热面积小，液料对流循环差，易结垢；料液受热时缺点：传热面积小，液料对流循环差，易结垢；料液受热时间长，在一定程度上对产品质量有影响。间长，在一定程度上对产品质量有影响。食品厂大量使用的浓缩装置食品厂大量使用的浓缩装置结构特点结构特点下下锅锅体体底底部部有有一一夹夹套套，在在夹夹套套内内通通入入蒸蒸汽汽加加热热浓浓缩缩物物料料，锅锅体体内内装装有有搅搅拌拌器器，搅搅拌拌器器上上有有4片片桨桨叶叶，通通过过其其搅搅拌拌可可以以使使锅锅内内壁壁外外表表被被加加热热的的物物料料层层不不断断更更换换，使使水水蒸蒸气气蒸蒸发发，上锅体的二次蒸汽出口处接有汽液别离器。上锅体的二次蒸汽出口处接有汽液别离器。夹套加热带搅拌浓缩器夹套加热带搅拌浓缩器工作原理工作原理工工作作时时，先先通通入入加加热热蒸蒸汽汽赶赶走走锅锅内内空空气气，再再启启动动抽抽真真空空装装置置，造造成成锅锅内内真真空空将将物物料料吸吸入入锅锅内内，到到达达容容量量要要求求后后，开开启启蒸蒸汽汽阀阀门门，使使蒸蒸汽汽进进入入夹夹套套加加热热，同同时时开开启启搅搅拌拌器器，不不断断搅搅拌拌强强化化流流动动，不不断断更更新新加加热热面面外外的的物物料料，使使其其均均匀匀浓缩，产生的二次蒸汽不断抽出，以保证锅内的真空度。浓缩，产生的二次蒸汽不断抽出，以保证锅内的真空度。优点优点结构简单，操作方便。结构简单，操作方便。缺点缺点加热面积小，生产能力低，不能连续生产。加热面积小，生产能力低，不能连续生产。适用于浓料液和黏度大的料液增浓，如果酱、适用于浓料液和黏度大的料液增浓，如果酱、蜜饯、炼乳。蜜饯、炼乳。多效真空浓缩设备操作流程大致可分为顺流、逆流、平多效真空浓缩设备操作流程大致可分为顺流、逆流、平流、混流和额外蒸汽运用流、混流和额外蒸汽运用。二二 多效浓缩设备多效浓缩设备在蒸发生产中，二次蒸气的产量较大，且含大量的潜热，在蒸发生产中，二次蒸气的产量较大，且含大量的潜热，故应将其回收加以利用，假设将二次蒸气通人另一蒸发器的故应将其回收加以利用，假设将二次蒸气通人另一蒸发器的加热室，只要后者的操作压强和溶液沸点低于原蒸发器中的加热室，只要后者的操作压强和溶液沸点低于原蒸发器中的操作压强和沸点，则通入的二次蒸气仍能起到加热作用，这操作压强和沸点，则通入的二次蒸气仍能起到加热作用，这种操作方式即为多效蒸发。种操作方式即为多效蒸发。在多效蒸发操作中，蒸发温度是逐级降低的，其多效操在多效蒸发操作中，蒸发温度是逐级降低的，其多效操作的压力是自动分配的，且逐级降低。作的压力是自动分配的，且逐级降低。1并流法：并流法：溶溶液液与与蒸蒸汽汽的的流流动动方方向向相相同同，即即均均由由第第一一效效顺顺序序至末效。至末效。特点：特点：原料液由泵泵入一效罐。由于蒸发室压力由一效至末效依原料液由泵泵入一效罐。由于蒸发室压力由一效至末效依次递减，故料液在效间流动不需用泵；次递减，故料液在效间流动不需用泵；由于料液沸点依效序递降，因而当前效料液进入后效时，由于料液沸点依效序递降，因而当前效料液进入后效时，便在降温的同时放出其显热，供一小局部水分汽化自蒸发便在降温的同时放出其显热，供一小局部水分汽化自蒸发，可产生更多蒸汽，节省蒸汽，可产生更多蒸汽，节省蒸汽;由于后效溶液浓度较前效大，且温度低，使传热系数降低，由于后效溶液浓度较前效大，且温度低，使传热系数降低，影响传热末效蒸发困难。影响传热末效蒸发困难。但高浓度料液处于低温但高浓度料液处于低温对浓缩热敏食品是有利的。对浓缩热敏食品是有利的。2逆流法：逆流法：此法料液和蒸汽流此法料液和蒸汽流动方向相反，即原料由动方向相反，即原料由最后一效进入，依次用最后一效进入，依次用泵送入前效，最后的浓泵送入前效，最后的浓缩制品从一效排出。蒸缩制品从一效排出。蒸汽由一效进入，一效汁汽由一效进入，一效汁汽进入二效，汽进入二效，最后，最后一效汁汽进入冷凝器。一效汁汽进入冷凝器。特点：特点：随随着着料料液液向向前前流流动动，浓浓度度愈愈来来愈愈高高，而而蒸蒸发发温温度度也也愈愈来来愈愈高高。故故黏黏度度增增加加没没有有顺顺流流的的显显著著。这这对对改改善善循循环环条件，提高传热系数有利。条件，提高传热系数有利。但但高高温温加加热热面面上上浓浓溶溶液液的的局局部部过过热热有有引引起起结结焦焦和和营营养养物质破坏的危险。物质破坏的危险。效间料液流动要用泵，没有自蒸发，水分蒸发量稍减。效间料液流动要用泵，没有自蒸发，水分蒸发量稍减。适宜处理黏度随温度和浓度变化较大的溶液，不宜处适宜处理黏度随温度和浓度变化较大的溶液，不宜处理热敏性物料。理热敏性物料。3平流法：平流法：此此法法每每效效都都平平行行送送入入原原料料液液和和排排出出成成品品。蒸蒸汽汽的的流流向向由由一一效效至至末效依次流动。末效依次流动。此此流流程程适适用用于于在在蒸蒸发发过过程程中中伴伴有有结结晶晶析析出出的溶液的溶液。4混流混流顺顺逆逆流流并并用用。此此法法对对黏黏度度相相当当高高的料液很有用处。的料液很有用处。特特点点：在在料料液液黏黏度度随随浓浓度度显显著著增增加加的的场场合合下下，可可采用混流。采用混流。5有额外蒸汽引用的多效蒸发流程有额外蒸汽引用的多效蒸发流程在在多多效效蒸蒸发发流流程程中中，有有时时将将一一效效的的二二次次蒸蒸汽汽引引出出一一局局部部用用作作预预热热蒸蒸发发器器的的进进料料，或或用用做做其其他他的的加加热热目目的的。这这种种中中间间抽抽出出的的二二次次蒸蒸汽汽，称称为为额额外外蒸蒸汽。汽。多效浓缩的效数多效浓缩的效数1.实际耗气量大于理论值实际耗气量大于理论值2.设备费用增加设备费用增加3.蒸发器有效传热温差的极限蒸发器有效传热温差的极限多效浓缩中所采用的效数是受限制的，原因大致有：多效浓缩中所采用的效数是受限制的，原因大致有：典型多效真空浓缩设备典型多效真空浓缩设备1.双效升膜式浓缩设备双效升膜式浓缩设备2.双效降膜式浓缩设备双效降膜式浓缩设备3.三效降膜式浓缩设备三效降膜式浓缩设备4.四效降膜式浓缩设备四效降膜式浓缩设备1.双效升膜式浓缩设备双效升膜式浓缩设备 l结构组成结构组成l工作过程工作过程l适用性及特点适用性及特点2.双效降膜式浓缩设备双效降膜式浓缩设备 l结构组成结构组成l工作过程工作过程l适用性及特点适用性及特点l结构组成结构组成某顺流式双效真空浓缩设备流程如图某顺流式双效真空浓缩设备流程如图8.128.12所示所示 ，它主要由一、二效蒸发器、热泵、杀菌器、水力喷它主要由一、二效蒸发器、热泵、杀菌器、水力喷射器、预热器、液料泵等构成。射器、预热器、液料泵等构成。一、二效蒸发器结构相同，内部除蒸发管束外，还一、二效蒸发器结构相同，内部除蒸发管束外，还设有预热盘管。设有预热盘管。杀菌器为列管结构。杀菌器为列管结构。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备杀菌段杀菌段 86869292预热预热预热预热预热预热l工作过程工作过程工作工作时时，料液由，料液由泵泵从平衡槽抽出，通从平衡槽抽出，通过过由二效蒸由二效蒸发发器二次蒸汽加器二次蒸汽加热热的的预热预热器，然后依次器，然后依次经经二效、一效蒸二效、一效蒸发发器内的器内的盘盘管管进进一步一步预热预热。预热预热后的料液在列管式后的料液在列管式杀杀菌器菌器杀杀菌菌8692，并在保持管内，并在保持管内保持保持24s；随后相；随后相继继通通过过一效蒸一效蒸发发器加器加热热温度温度 8390，蒸，蒸发发温度温度7075、二效蒸、二效蒸发发器加器加热热温度温度6874，蒸，蒸发发温度温度4852，最后由出料，最后由出料泵泵抽出。抽出。生蒸汽生蒸汽500kPa经经分汽包分分汽包分别别向向杀杀菌器、一效蒸菌器、一效蒸发发器和器和热压泵热压泵供汽。一效蒸供汽。一效蒸发发器器产产生的二次蒸汽，一局部通生的二次蒸汽，一局部通过热压泵过热压泵作作为为一效一效蒸蒸发发器的加器的加热热蒸汽，其余的被蒸汽，其余的被导导入二效蒸入二效蒸发发器作器作为为加加热热蒸汽。二蒸汽。二效蒸效蒸发发器器产产生的二次蒸汽，先通生的二次蒸汽，先通过预热过预热器，在器，在对对料液料液进进行行预热预热的的同同时时受到冷凝，余下二次蒸汽与不凝性气体一起由水力受到冷凝，余下二次蒸汽与不凝性气体一起由水力喷喷射器冷射器冷凝抽出。各凝抽出。各处处加加热热蒸汽蒸汽产产生的冷凝水由生的冷凝水由泵泵抽出。抽出。贮贮槽内的酸碱洗槽内的酸碱洗涤涤液用于液用于设备设备的就地清洗。的就地清洗。l适用性及特点适用性及特点该设备适用于牛乳、果汁等热敏性料液的浓缩，效该设备适用于牛乳、果汁等热敏性料液的浓缩，效果好，质量高，蒸汽与冷却水的消耗量较低，并配有就果好，质量高，蒸汽与冷却水的消耗量较低，并配有就地清洗装置，使用、操作方便。地清洗装置，使用、操作方便。主要技术参数主要技术参数 生产能力水分蒸发量为生产能力水分蒸发量为1200kg1200kgh h；杀菌条件为杀菌条件为86869292保温保温24s24s；一一效效加加热热温温度度为为83839090；一一效效蒸蒸发发温温度度为为70707575；二二效效加加热热温温度度为为68687474；二二效效蒸蒸发发温温度度48485252；物料受热时间为物料受热时间为3min3min；蒸蒸汽汽压压力力表表压压为为500kPa500kPa；蒸蒸汽汽消消耗耗量量为为 620kg620kgh h；冷却水耗量为冷却水耗量为12t/h12t/h。单元操作：蒸发双效降膜式浓缩机双效降膜式浓缩机 主要用于奶、果汁的浓缩主要用于奶、果汁的浓缩蒸发量：蒸发量：2400 kg/h 1效效 2效效 料液料液温度：温度：73 48 0C加热加热温度：温度：84 70 0C加热加热面积面积：23.6 12.2 m2成品浓度成品浓度：45503.3.三效降膜式浓缩设备三效降膜式浓缩设备 l结构组成结构组成l工作过程工作过程l适用性及特点适用性及特点食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l结构组成结构组成如图如图8.138.13所示，全套设备包括三个降膜式所示，全套设备包括三个降膜式蒸发器、混合式冷凝器、料液平衡槽、热压泵、蒸发器、混合式冷凝器、料液平衡槽、热压泵、液料泵和水环式真空泵等，其中第二效蒸发器为液料泵和水环式真空泵等，其中第二效蒸发器为组合蒸发器组合蒸发器。l工作过程工作过程平衡槽内固形物含量平衡槽内固形物含量12%的料液由泵抽吸供料，经预热器预的料液由泵抽吸供料，经预热器预热后，先进入第一效蒸发器蒸发温度热后，先进入第一效蒸发器蒸发温度70，通过降膜受热蒸，通过降膜受热蒸发，进入第一效别离器别离出的初步浓缩料液，由循环液料泵送发，进入第一效别离器别离出的初步浓缩料液，由循环液料泵送入第三效蒸发器蒸发温度入第三效蒸发器蒸发温度57。从第三效别离器出来的浓缩。从第三效别离器出来的浓缩液由循环液料泵送入第二效蒸发器蒸发温度液由循环液料泵送入第二效蒸发器蒸发温度44，最后由出，最后由出料泵从第二效别离器将浓缩液固形物含量料泵从第二效别离器将浓缩液固形物含量48%抽吸排出，其抽吸排出，其中不合格产品送回平衡槽。中不合格产品送回平衡槽。生蒸汽首先被引入第一效蒸发器和与第一效蒸发器连通的预热器；生蒸汽首先被引入第一效蒸发器和与第一效蒸发器连通的预热器；第一效蒸发器产生的二次蒸汽，一局部通过与生蒸汽混合的第一效蒸发器产生的二次蒸汽，一局部通过与生蒸汽混合的热压泵增压后作为第一效蒸发器和预热器的加热蒸汽使用：第二热压泵增压后作为第一效蒸发器和预热器的加热蒸汽使用：第二效别离器所产生的二次蒸汽，被引入第三效蒸发器作为热源蒸汽；效别离器所产生的二次蒸汽，被引入第三效蒸发器作为热源蒸汽；第三效别离器处的二次蒸汽导入冷凝器，经与冷却水混合冷凝后第三效别离器处的二次蒸汽导入冷凝器，经与冷却水混合冷凝后由冷凝水泵排出。各效产生的不凝气体均进入冷凝器，由水环式由冷凝水泵排出。各效产生的不凝气体均进入冷凝器，由水环式真空泵抽出。真空泵抽出。l适用性及特点适用性及特点该套设备适用于牛乳等热敏性料液的浓缩，料液受该套设备适用于牛乳等热敏性料液的浓缩，料液受热时间短、蒸发温度低、处理量大，蒸汽消耗量低。例热时间短、蒸发温度低、处理量大，蒸汽消耗量低。例如，处理鲜乳如，处理鲜乳3600-4000kg/h，每蒸发，每蒸发1kg水仅需水仅需0.267kg生蒸汽，比单效蒸发节约生蒸汽生蒸汽，比单效蒸发节约生蒸汽76%，比双效蒸发节约，比双效蒸发节约46。三效真空浓缩机三效真空浓缩机 主要用于果酱的浓缩主要用于果酱的浓缩蒸发量：蒸发量：12000 kg/h 1效效 2效效 3效效料液料液温度：温度：72 57 42 0C加热加热温度：温度：143 72 57 0C加热加热面积面积：15 200 150 m2成品浓度成品浓度：528l图图8.14所示为一混流式四效降膜真空浓缩设备流程，所示为一混流式四效降膜真空浓缩设备流程，用于牛乳的杀菌与浓缩。用于牛乳的杀菌与浓缩。l牛乳首先经预热后进行杀菌，然后顺序经由第四效、牛乳首先经预热后进行杀菌，然后顺序经由第四效、第一效、第二效和第三效蒸发器进行浓缩。第一效、第二效和第三效蒸发器进行浓缩。l采用了多个蒸发器夹套内的预热器，并增设有闪蒸冷采用了多个蒸发器夹套内的预热器，并增设有闪蒸冷却器用于牛乳杀菌后的降温。却器用于牛乳杀菌后的降温。l二次蒸汽的冷凝采用效率较高的混合式冷凝器。二次蒸汽的冷凝采用效率较高的混合式冷凝器。4.4.四效降膜式浓缩设备四效降膜式浓缩设备 l一般情形一般情形l基本原理基本原理l冷冻浓缩的特点冷冻浓缩的特点l冷冻浓缩相关设备冷冻浓缩相关设备一、一、冷却结晶设备冷却结晶设备二、二、冰与浓缩液的别离设备冰与浓缩液的别离设备三、三、冷冻浓缩设备的装置系统冷冻浓缩设备的装置系统三三 冷冻浓缩设备冷冻浓缩设备将将溶溶液液中中的的一一局局部部水水以以冰冰的的形形式式析析出出，并并将将其其从从液液相中别离出去，从而使溶液浓缩的方法相中别离出去，从而使溶液浓缩的方法定义定义特别适用于浓缩热敏性液态食品、生物制药、要特别适用于浓缩热敏性液态食品、生物制药、要求保存天然色香味的高档饮料及中药汤剂等求保存天然色香味的高档饮料及中药汤剂等 l冷冻浓缩的基本原理冷冻浓缩的基本原理 水溶液均有如图水溶液均有如图8.15所所示的平衡关系冻结曲线示的平衡关系冻结曲线。利用冰与水溶液之间。利用冰与水溶液之间的固的固-液相平衡原理，使低液相平衡原理，使低于低共熔点浓度的溶液冷于低共熔点浓度的溶液冷却，其结果表现为溶剂却，其结果表现为溶剂水呈晶体冰晶析出；水呈晶体冰晶析出；将冰晶与母液别离后，即将冰晶与母液别离后，即得到增浓的溶液。得到增浓的溶液。l冷冻浓缩的特点冷冻浓缩的特点优点：由于是在低温下对溶液的浓缩，因而，对热敏性优点：由于是在低温下对溶液的浓缩，因而，对热敏性物料，尤其是食品物料、生物活性物质的浓缩非常有利；冷物料，尤其是食品物料、生物活性物质的浓缩非常有利；冷冻浓缩中溶剂水的排除不是通过加热蒸发，而是依靠从溶液冻浓缩中溶剂水的排除不是通过加热蒸发，而是依靠从溶液到冰晶的相际传递，因此，可防止生物活性物质的变性失活到冰晶的相际传递，因此，可防止生物活性物质的变性失活和低沸点的芳香物质成分因挥发造成的损失。和低沸点的芳香物质成分因挥发造成的损失。缺点：浓缩比较低，物料最终浓度不超过其低共熔浓度；缺点：浓缩比较低，物料最终浓度不超过其低共熔浓度；晶液的别离技术要求高，且溶液的黏度越大，别离越困难，晶液的别离技术要求高，且溶液的黏度越大，别离越困难，冰晶的夹带损失也越大；成品中的微生物活性未能受到抑制，冰晶的夹带损失也越大；成品中的微生物活性未能受到抑制，加工后仍需采用加热等后处理或需要冷冻贮藏；生产成本较加工后仍需采用加热等后处理或需要冷冻贮藏；生产成本较高。高。l冷冻浓缩相关设备冷冻浓缩相关设备冷冻浓缩主要包括料液冷却结晶和冰晶与浓缩液冷冻浓缩主要包括料液冷却结晶和冰晶与浓缩液别离两步，因而冷冻浓缩设备主要也由冷却结晶设备和别离两步，因而冷冻浓缩设备主要也由冷却结晶设备和冰晶悬浮液别离设备两大局部组成。冰晶悬浮液别离设备两大局部组成。l冷冻浓缩的一般情形冷冻浓缩的一般情形冷冻浓缩是使溶液中的一局部水以冰的形式析出，并将其从冷冻浓缩是使溶液中的一局部水以冰的形式析出，并将其从液相中别离出去，从而使溶液浓缩的方法。液相中别离出去，从而使溶液浓缩的方法。冷冻浓缩特别有利于热敏性食品的浓缩，具有以下优点：低冷冻浓缩特别有利于热敏性食品的浓缩，具有以下优点：低温操作、气液界面小、微生物增殖少、溶质劣化及挥发性芳温操作、气液界面小、微生物增殖少、溶质劣化及挥发性芳香成分损失可控制在极低的水平等。香成分损失可控制在极低的水平等。浓缩的制品或直接作为成品，或作为冷冻枯燥过程中的半成浓缩的制品或直接作为成品，或作为冷冻枯燥过程中的半成品使用。品使用。一、一、冷却结晶设备冷却结晶设备l冷冻浓缩中的冷却结晶设备实现两个功能：冷却除去结冷冻浓缩中的冷却结晶设备实现两个功能：冷却除去结晶热和进行结晶。晶热和进行结晶。l根据冷却方法可分为直接冷却式结晶器和间接冷却式结根据冷却方法可分为直接冷却式结晶器和间接冷却式结晶器，间接式又可分为内冷式结晶器与外冷式结晶器。晶器，间接式又可分为内冷式结晶器与外冷式结晶器。一一直接冷却式真空结晶器直接冷却式真空结晶器二二内冷式结晶器内冷式结晶器三三外冷式结晶器外冷式结晶器一一直接冷却式真空结晶器直接冷却式真空结晶器l直接冷却式结晶是指结晶热直接由溶液中发生汽化相直接冷却式结晶是指结晶热直接由溶液中发生汽化相变为另一局部物质带走的结晶方法。发生汽化的物质变为另一局部物质带走的结晶方法。发生汽化的物质可以是水，也可以是制冷剂。可以是水，也可以是制冷剂。l局部水真空蒸发的结晶器局部水真空蒸发的结晶器 l直接冷却式真空结晶器的特点直接冷却式真空结晶器的特点 l应用举例应用举例l局部水真空蒸发的结晶器局部水真空蒸发的结晶器工作原理：真空状态下局部水分从溶液中吸收热量发生汽工作原理：真空状态下局部水分从溶液中吸收热量发生汽化，而溶液中另一局部水则因热量的除去而结晶成冰。这化，而溶液中另一局部水则因热量的除去而结晶成冰。这种局部水汽化，局部水结冰的过程基本可使体系的温度保种局部水汽化，局部水结冰的过程基本可使体系的温度保持稳定。例如，在绝对压力持稳定。例如，在绝对压力 267Pa直接冷却式结晶器中，溶直接冷却式结晶器中，溶液所对应的沸腾温度约为液所对应的沸腾温度约为-3，此时每蒸发掉，此时每蒸发掉1kg水需要吸水需要吸收的蒸发潜热可使收的蒸发潜热可使7.14kg的水结晶成冰。的水结晶成冰。直接冷却比间接冷却有两大明显的优点。首先，它省掉了直接冷却比间接冷却有两大明显的优点。首先，它省掉了冷却面，不用昂贵的刮板式换热器。其次，如果能将低压冷却面，不用昂贵的刮板式换热器。其次，如果能将低压力二次蒸汽再压缩提高其绝对压力，并利用别离到的冰晶力二次蒸汽再压缩提高其绝对压力，并利用别离到的冰晶对此压缩后的二次蒸汽进行冷凝，还可进一步降低能耗。对此压缩后的二次蒸汽进行冷凝，还可进一步降低能耗。l直接冷却式真空结晶器的特点直接冷却式真空结晶器的特点设备费和能耗相对较低。设备费和能耗相对较低。由于减压蒸发时，芳香物也损失了，以致浓缩液质量由于减压蒸发时，芳香物也损失了，以致浓缩液质量较差。较差。对于多数果汁，如果能用吸收器吸收芳香物，就能减对于多数果汁，如果能用吸收器吸收芳香物，就能减少芳香物的损失。少芳香物的损失。l应用举例应用举例图图8.16为一种具有芳香物回收的为一种具有芳香物回收的真空结晶装置。真空结晶装置。料液进入真空结晶器后，在料液进入真空结晶器后，在267Pa绝对压强下局部蒸发，局部水分成为绝对压强下局部蒸发，局部水分成为冰晶。冰晶。从结晶器出来的冰晶悬浮液经别从结晶器出来的冰晶悬浮液经别离器别离后，冰晶排出，浓缩液从顶离器别离后，冰晶排出，浓缩液从顶部进入吸收器。部进入吸收器。而从真空结晶器出来的带芳香物而从真空结晶器出来的带芳香物的蒸汽先经冷凝器除去水分后，从底的蒸汽先经冷凝器除去水分后，从底部进入吸收器。在吸收器内，浓缩液部进入吸收器。在吸收器内，浓缩液与芳香物的惰性气体逆流流动，芳香与芳香物的惰性气体逆流流动，芳香物被浓缩液吸收，然后惰性气体由吸物被浓缩液吸收，然后惰性气体由吸收器顶部排出，而吸收了芳香物的浓收器顶部排出，而吸收了芳香物的浓缩液从吸收器底部排出。缩液从吸收器底部排出。二二内冷式结晶器内冷式结晶器这类结晶器有两种：这类结晶器有两种：l产生几乎完全固化悬浮液的结晶器产生几乎完全固化悬浮液的结晶器l产生可泵送浆料的结晶器产生