浓缩设备汇总学习教案.pptx

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1、第一节第一节 概述概述(i sh) 一、浓缩的概念 浓缩是从溶液中除去部分溶剂的单元操作，是溶质(rngzh)和溶剂均匀混合液的部分分离过程。 浓缩过程中，水分在物料内部借对流扩散作用从液相内部达液相表面而后除去，最低水分含量约为30%（质量），一般为稳定状态的过程。1gjuyk第1页/共234页第一页，共234页。 浓缩方法从原理上说分为：平衡浓缩和非平衡浓缩两种物理方法。 （1）平衡浓缩 是利用两相在分配上的某种差异而获得溶质(rngzh)和溶剂分离的方法，如蒸发浓缩和冷冻浓缩即属此法。其中蒸发是利用溶剂和溶质(rngzh)挥发度的差异，从而获得一个有利的汽液平衡条件，达到分离的目的，在实

2、践上是利用加入热能使部分溶剂汽化，并将此汽化水分从余下的被浓缩溶液中分离出去，这种方法目前仍然是食品工业最广泛应用的一种浓缩方法。2gjuyk第2页/共234页第二页，共234页。 冷冻浓缩是利用有利的液固平衡条件，冷冻浓缩时，部分水分因放热而结冰，而后用机械( jxi)方法将浓缩液与冰晶分离。蒸发和冷冻浓缩，两相都是直接接触的，故称平衡浓缩。3gjuyk第3页/共234页第三页，共234页。 （2）非平衡浓缩 是利用半透膜来分离(fnl)溶质和溶剂的过程，两相用膜隔开，因此分离(fnl)不是两相的直接接触，故称非平衡浓缩。利用半透膜的方法不仅可以分离(fnl)溶质和溶剂，而且也可以分离(fn

3、l)各种不同大小的溶质，因此，统称为膜分离(fnl)。4gjuyk第4页/共234页第四页，共234页。二、浓缩(nn su)的目的 1.除去食品中大量水分，减少包装，贮藏和运输费用。 例如，100T含5%固形物的番茄榨出汁浓缩至含固形物28%的番茄酱，重量减至18吨，体积缩小与此相同。这样可大大降低包装，贮藏和运输费用。 2.提高(t go)制品浓度，增加制品的保藏性。 用浓缩方法提高(t go)制品的糖分或盐分可使水分的活度降低，使制品达到微生物学上安全的程度，延长制品的有效保藏期。5gjuyk第5页/共234页第五页，共234页。 3.浓缩经常( jngchng)用作干燥或更安全的脱水的

4、预处理过程。 这种情况特别适用于原液含大量水分，而用浓缩法排除这部分水分比用干燥法更为节约时，如制造奶粉时，牛奶先经预浓缩至固形物45%52%以后再进行干燥。 4.浓缩用作某些结晶操作的预处理过程。6gjuyk第6页/共234页第六页，共234页。三、食品物料(w lio)蒸发浓缩的特点： 料液的性质对蒸发有很大的影响，特别是食品多属生物系统的物料，比一般化工遇到的物料更为复杂多变，在选择和设计(shj)蒸发器时，要充分认识这种影响。食品物料的蒸发浓缩具有如下几方面的特点： 7gjuyk第7页/共234页第七页，共234页。 1.热敏性 生物系统的物料多由蛋白质、脂肪、糖浆、维生素以及其他许多

5、色、香、味成分所组成，这些(zhxi)物质在高温下或长期受热时受破坏，变性、氧化等作用，从而降低产品的质量。 所以，许多食品的蒸发要严格考虑加热温度和加热时间，加热温度和加热时间是不可分割的。食品蒸发的安全性与此二因素同时相关，这就是“温时结合”的概念，即把温度和时间作为统一体来考虑。8gjuyk第8页/共234页第八页，共234页。 从食品蒸发的安全性看，力求“低温短时”，但还要考虑工艺上的经济性。在保证食品质量的前提下，为提高生产能力，常采用“高温短时”蒸发。由于料液的沸点(fidin)与外压有关，低温相应就是低压，所以真空蒸发是食品工业蒸发应用的显著特点之一。 为了缩短蒸发操作时的加热时

6、间，一方面必须缩小料液在蒸发器内的平均停留时间，另一方面，还要解决局部性的停留时间问题。关于这一点，目前已发现长管膜式蒸发器在物料停留时间问题上具有很大的优点，从而在食品工艺上获得广泛的应用。9gjuyk第9页/共234页第九页，共234页。 2.腐蚀性 特别是酸性(sun xn)食品，如果汁、蔬菜汁的浓缩，设计蒸发器必须考虑腐蚀性问题，对于食品，即使是轻度的腐蚀，其所引起污染往往为产品规格所不允许。一般蒸发器接触液体部分多采用不锈钢结构。10gjuyk第10页/共234页第十页，共234页。 3.粘稠性 许多食品含有丰富的蛋白质、糖份、果胶等成分，其粘稠性较高。 高 粘 性 物 料 的 蒸

7、发 ， 首 先 从 流 体 动 力 学 观 点(gundin)看，有一个层流倾向问题，即使物料受到强烈的搅拌，传热附近总存在不能忽视的层流内层，这就会严重影响传热的速率。同时，由于上述原因，也还会产生结垢，局部停留时间等一系列问题。 料液的粘稠性随浓度而增加，随着蒸发的进行，料液的粘度也必然逐渐增加，所以蒸发过程中的传热速率预期也逐渐降低。对于粘性制品的蒸发，一般采用由外力强制的循环或搅拌措施。 11gjuyk第11页/共234页第十一页，共234页。 4.结垢性： 蛋白质、糖、果胶等受热过度会产生变性、结块、焦化等现象。通常在传热(chun r)面附近，物料温度最高。发生这种现象就会在传热(

8、chun r)壁上形成污垢，严重影响传热(chun r)速率. 解决结垢问题的积极措施就是提高液速，经验证明，在其他条件相同时，提高液速，可显著减轻污垢的形成，这是由于高液速的洗刷作用所致。因此在可能发生严重结垢现象的情况下，采用强制循环法是有效的。另外，对不可避免的结垢问题，必须有定期的清理措施。12gjuyk第12页/共234页第十二页，共234页。 5.泡沫性 某些食品物料沸腾时要形成稳定的泡沫，特别是真空蒸发和液层静压高的场合下更为显著。 泡沫易被二次蒸汽带走，一方面污染其他加热设备，另一方面，增加产品的损失，严重时会造成不能操作。 一般，可使用表面(biomin)活性剂以控制泡沫的形

9、成，也可用各种机械装置以消灭泡沫。 13gjuyk第13页/共234页第十三页，共234页。 6.易挥发成分 不少液体食品含有芳香成分和风味成分，其挥发性比较大。料液蒸发时，这些成分将随同蒸汽一起逸出，影响浓缩(nn su)制品的质量. 低温浓缩(nn su)虽然可减少香味成分的损失，但更完善的方法是要取回收措施，回收后再掺入制品中。 14gjuyk第14页/共234页第十四页，共234页。四、对蒸发设备(shbi)的要求 1.工艺上的要求 1）适应物料性质，符合工艺要求和食品卫生； 2）保证达到要求的浓度； 2.热能利用上的要求 合理使用加热蒸汽和二次蒸汽，降低( jingd)全厂耗汽量和燃

10、料耗用量。15gjuyk第15页/共234页第十五页，共234页。 3.设备结构的要求 1）在一定容积内尽量增大其加热面积，以减少金属( jnsh)耗量和占地面积； 2）蒸发效能好，具有较高的传热系数，热能利用率高； 3）结构简单，制造、安装、维修和清洗方便；16gjuyk第16页/共234页第十六页，共234页。五、真空浓缩设备(shbi)的分类 （一）根据加热蒸气(zhn q)被利用的次数分 1.单效浓缩装置 2.多效浓缩装置 3.带有热泵的浓缩装置17gjuyk第17页/共234页第十七页，共234页。1.单效浓缩(nn su)装置18gjuyk第18页/共234页第十八页，共234页。

11、 2.多效浓缩装置 3.带有热泵的浓缩装置 食品工厂的多效浓缩装置，一般采用双效、三效，有时，还常有热泵装置，效数增加，有利于节约热能，但设备投资费用增加，所以效数的确定，必须全面分析(fnx)，细致考虑。 19gjuyk第19页/共234页第十九页，共234页。（二）根据(gnj)料液的流程分 1.循环式 2.单程式(chngsh)20gjuyk第20页/共234页第二十页，共234页。（三）根据加热器结构(jigu)型式分 1.盘管式浓缩器 2.中央(zhngyng)循环式浓缩器 3.升膜式浓缩器 4.降膜式浓缩器 5.板式浓缩器 6.刮板式浓缩器21gjuyk第21页/共234页第二十一

12、页，共234页。六 真空浓缩装置操作(cozu)流程 1.单效真空浓缩装置： 是由一台浓缩罐、冷却器和真空泵组成(z chn)的。目前，果酱类生产中，采用这种流程较多。22gjuyk第22页/共234页第二十二页，共234页。2.多效真空浓缩(nn su)流程 1）并流法 2) 逆流法 3) 平流法 4) 混流 5) 有额外蒸汽(zhn q)引用的多效蒸发流程 23gjuyk第23页/共234页第二十三页，共234页。1）并流法： 溶液与蒸汽的流动方向(fngxing)相同，即均由第一效顺序至末效。24gjuyk第24页/共234页第二十四页，共234页。 特点： 原料液由泵泵入一效罐。由于蒸

13、发(zhngf)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； 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，供一小部分水分汽化（自蒸发(zhngf)），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，影响传热（末效蒸发(zhngf)困难）。 (但高浓度料液处于低温)对浓缩热敏食品是有利的。 25gjuyk第25页/共234页第二十五页，共234页。2)逆流(nli)法： 此法料液和蒸汽流动方向相反，即原料由最后一效进入，依次(yc)用泵送入前效，最后的浓缩制品从一效排出。蒸汽由一效进入，一效汁汽进入二效，最后一效汁汽进入冷

14、凝器。 26gjuyk第26页/共234页第二十六页，共234页。 特点： 随着料液向前流动，浓度愈来愈高，而蒸发温度也愈来愈高。故黏度增加没有顺流的显著。这对改善循环条件，提高传热系数有利。 但高温加热面上浓溶液的局部(jb)过热有引起结焦和营养物质破坏的危险。 效间料液流动要用泵，没有自蒸发，水分蒸发量稍减。 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。 27gjuyk第27页/共234页第二十七页，共234页。3)平流(pn li)法： 此法每效都平行送入原料液和排出成品。蒸汽的流向由一效至末效依次流动。 此流程适用(shyng)于在蒸发过程中伴有结晶析出的溶液。 28g

15、juyk第28页/共234页第二十八页，共234页。4)混流 顺逆流并用。此法对黏度相当高的料液很有用处。 特点：在料液黏度 随 浓 度 显 著(xinzh)增加的场合下，可采用混流。29gjuyk第29页/共234页第二十九页，共234页。5)有额外蒸汽引用的多效蒸发(zhngf)流程 在多效蒸发流程中，有时将一效的二次蒸汽引出(yn ch)一部分用作预热蒸发器的进料，或用做其他的加热目的。这种中间抽出的二次蒸汽，称为额外蒸汽。 30gjuyk第30页/共234页第三十页，共234页。第二节第二节 真空真空(zhnkng)浓缩设备浓缩设备 一、标准式浓缩(nn su)罐 二、盘管式浓缩(nn

16、 su)罐 三、夹套加热室带搅拌单效浓缩(nn su)装置 四、膜式浓缩(nn su)罐31gjuyk第31页/共234页第三十一页，共234页。一、标准(biozhn)式浓缩罐 （一）作用原理：料液经过加热管加热，水分汽化，料液比重变小(bin xio)，而中央降液管中料液没被加热至沸腾（料液比重较大）。由于传热产生重度差，形成物料在加热管和降液管中的循环，将水分蒸发，达到浓缩的目的。而加热蒸汽释放出潜热后，变成水，从底部排出管排出。32gjuyk第32页/共234页第三十二页，共234页。（二）结构(jigu) 由加热( ji r)室和蒸发室组成。 1.加热( ji r)室： 由加热( j

17、i r)管、中央降液管和上下管板组成。 中央降液管的作用 形成内循环，它的内截面积是加热( ji r)管总内截面积的0.25倍。 上下管板的作用 将物料和蒸汽分开。33gjuyk第33页/共234页第三十三页，共234页。34gjuyk第34页/共234页第三十四页，共234页。 1）管子在管板上的排列 有三种方式：三角形排列、正方形排列和同心圆排列。因为三角形排列装的管数多，而且为错列，所以多用等边三角形排列法。管子中心(zhngxn)距约为管子外径的1.3倍。35gjuyk第35页/共234页第三十五页，共234页。 2）管子在管板上固定的方法 : 管子与管板的固定方法是蒸发罐中列管式加热

18、器制造中的最重要的问题。这不仅是由于管子数量多而耗费(hofi)工时多，更重要的是必须保证管子和管板连接牢固而不发生泄漏，否则会给生产及操作带来严重故障。 目前采用的固定方法一般为胀接法和焊接法两种，在高温高压时，有时采用胀接加焊接的办法。 36gjuyk第36页/共234页第三十六页，共234页。 （1）胀接法 胀接法或称胀管法，是利用胀管器挤压在伸入管板孔中的管子端部，使管子端部发生塑性变形，孔板同时发生弹性变形。取去胀管器后，管板孔弹性收缩，管子与管板间就产生一定的挤压力，紧密(jnm)地贴在一起而达到紧固密封的目的。图84表示胀管前后管径增大和受力情况。37gjuyk第37页/共234

19、页第三十七页，共234页。 胀接法一般多用在压力低于40公斤厘米2和温度低于300的条件下。高温时不宜采用，因为高温使管子与管板产生蠕变，胀接应(jiyng)力松驰而引串连接处泄漏。蒸发罐的加热面积较大，而管径较小，因而都用胀接。38gjuyk第38页/共234页第三十八页，共234页。 （2）焊接法 当温度高于300或压力高于40公斤厘米2时，一般采用焊接法。 焊接法的优点是在高温高压，下仍能保持连接的紧密性 ； 孔 板 加 工 的 要 求(yoqi)低，可节约孔的加工工时；焊接工艺比胀管工艺简便，在压力不太高时可使用较薄的管板。因此焊接法已得到越来越广泛的采用。39gjuyk第39页/共2

20、34页第三十九页，共234页。 但焊接法由于在焊接接头处产生的热应力可能造成应力腐蚀和破裂，同时管子与管板孔间存在间隙，如图85所示，这些间隙中流体不流动，容易造成“间隙腐蚀”。为了消除(xioch)这一间隙，可考虑先胀管然后再焊，但这样做法实际上很少采用。 40gjuyk第40页/共234页第四十页，共234页。 3）管板与壳体的连接 管板与壳体的连接方式通常有两种：一是不可拆的连接；另一种(y zhn)是可拆的连接。 常采用不可拆的连接方式，而可拆的连接结构复杂，很少采用。 不可拆的连接方式是两端管板直接焊接在壳体上；也有把管板延伸到圆周外兼作法兰的。 41gjuyk第41页/共234页第

21、四十一页，共234页。42gjuyk第42页/共234页第四十二页，共234页。 4）蒸汽(zhn q)通道或挡板 对于直径大于3米的蒸发器，如果只有一个蒸汽(zhn q)进口，则蒸汽(zhn q)在汽鼓内不易分布均匀，往往形成蒸汽(zhn q)流动的呆滞区域，积聚着不凝气，从而降低了蒸发效能。43gjuyk第43页/共234页第四十三页，共234页。 对于直径大于3米的蒸发器，为了提高传热效果(xiogu)，在管间可增加若干挡板或留有蒸汽通道，有助于蒸汽均匀分布。蒸汽进入蒸汽通道后,再分布汽鼓的其它区域，要比不留蒸汽通道的分布好。44gjuyk第44页/共234页第四十四页，共234页。45

22、gjuyk第45页/共234页第四十五页，共234页。 同时，配合不凝结气体排出(pi ch)管的合理布置，有利用加热蒸汽均匀分配，冷凝水的及时排出(pi ch)。46gjuyk第46页/共234页第四十六页，共234页。5）不凝气的排除(pich)与排气管的装置 蒸发罐所用的加热蒸汽，不管是第一效所用的蒸汽或其它各效所用的汁汽,都或多或少地夹带有一些不凝缩的气体。 这些不凝气的来源有几方面：(1)溶解于入炉水中的空气，但数量不多；(2)溶解于物料中的气体及有机物分解而释放出来的气体混入汁汽中；(3)从罐体的各接口(ji ku)、阀门及视镜处漏入的空气，这是不凝气的最主要来源。蒸发罐的真空度愈

23、大，漏人的气体也愈多。 也就是说，从第一效至最后一效，汁汽中的不凝气的含量是逐效递增的。 47gjuyk第47页/共234页第四十七页，共234页。 如果不把进入汽鼓中的不凝气有效地排除，将会积聚在汽鼓内部，在很短时间内，就会使蒸发(zhngf)罐的蒸发(zhngf)能力大大下降。这是由于加热蒸汽中含有不凝气体时,管壁上形成一层气膜,其传热系数大大降低之故。 给热系数的降低不仅是由于不凝气的导热系数较小，而且由于不凝气的存在，降低了蒸汽的分压，从而降低了加热蒸汽的温度所致。 因此，在加热室的设计中，应考虑到把不凝气充分排除。 48gjuyk第48页/共234页第四十八页，共234页。 对于用蒸

24、汽加热的加热室，例如第一效蒸发(zhngf)罐加热蒸汽压力比大气压力为高，不凝气的含量又比较少，可在远离进口的地方安装一根排气管把不凝气排至大气。49gjuyk第49页/共234页第四十九页，共234页。 对于用汁汽加热的其他(qt)各效的加热室，一般必须在几个地方安装几根排气管。这种排气管应选择在不凝气集中积聚的地方。 可以按照加热室中管子排列的方式及蒸汽流动的情况确定排气点。这不仅对不凝气体排除较好，且加快蒸汽的流速。50gjuyk第50页/共234页第五十页，共234页。 空气比蒸汽重，一般积聚于加热室的下部，而氨气比蒸汽稍轻，积聚于加热室的上部。为了把重量不同的不凝气排出，应在不同的高

25、度设排气管。 为要排出不凝性气体，必须要有一个压力差。在真空状态下排气系统有较大(jio d)的压力差，排气管可接至同一效的汁汽室。51gjuyk第51页/共234页第五十一页，共234页。52gjuyk第52页/共234页第五十二页，共234页。 有些厂把各效的不凝性气管全部接到末效的真空管去。这种排气系统有较大的压力差，但被不凝气带走的蒸汽量较多，是其缺点。 排气管的尺寸(ch cun)，应逐效增大。53gjuyk第53页/共234页第五十三页，共234页。6）汽凝水的排除(pich) 蒸汽在汽鼓中冷凝，释出汽化潜热，使糖汁加热蒸发。已凝结的汽凝水必须及时地、完全地排出，否则会有部分汽凝水

26、积存在汽鼓内，减少了有效的加热面积，这不但影响(yngxing)蒸发效能，而且对管子起腐蚀作用。 54gjuyk第54页/共234页第五十四页，共234页。 汽凝水的排出，应尽可能靠近下管板的地方，能低于下管板更好。这样可把汽鼓中的汽凝水全部排出，避免了汽 鼓 内 积 水 。 排 出 口 通 常 安 装(nzhung)在汽鼓下方。55gjuyk第55页/共234页第五十五页，共234页。 汽凝水排出口的数目，视蒸发(zhngf)罐的直径而定，直径小的两根，直径大的用四根。 汽凝水从排出口流出的速度不应大于0.6米秒，可按此确定排水口的截面。56gjuyk第56页/共234页第五十六页，共234

27、页。2.蒸发(zhngf)室 在加热室上方有一定空间，保证料液有足够(zgu)的蒸发空间，便于汽液进行分离，防止料液被二次蒸汽带走，故有一定的高度要求，即不应小于从沸腾表面被蒸汽带出液滴升高的距离，理论上还没有确切的计算方法，另外，还要考虑清洗、维修加热管的需要，一般取加热面长的1.11.5倍。57gjuyk第57页/共234页第五十七页，共234页。(三)特点(tdin) 结构简单( jindn),制造容易,操作可靠,积垢的清除也较方便. 传热系数较高. 由于物料在罐内循环,物料在罐内停留时间长,影响产品质量. 汽鼓中央装有大直径的降液管,使汽鼓的结构不够紧凑.58gjuyk第58页/共23

28、4页第五十八页，共234页。二、盘管式浓缩(nn su)罐 1.工作原理及结构 工作原理 它是乳品厂较早采用的一种真空单 效 浓 缩 装 置(zhungzh)。在罐体内有盘管，管内通加热蒸汽，对物料加热。59gjuyk第59页/共234页第五十九页，共234页。 盘管一般由45组分层排列，每组有1-3圈。盘管的蒸汽进口和凝结水出口有两种形式： 盘管多采用(ciyng)扁平椭圆形截面，以减少罐内流体自然循环阻力，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。 60gjuyk第60页/共234页第六十页，共234页。2.特点(tdin) （1）结构简单，操作方便，易于控制; （

29、2）可根据料液量，可任意开启各排管的加热蒸汽，以满足操作需要； （3）锅内物料浓度均匀，特别适用于粘度(zhn d)高的物料浓缩； （4）间歇出料，物料受热时间长，对产品质量有影响; （5）设备体积较大，清洗不便，尤其结垢清洗更困难.61gjuyk第61页/共234页第六十一页，共234页。三、夹套加热(ji r)室带搅拌单效浓缩装置 在下锅体外壁有一夹套，在夹套间通入加热蒸汽，对锅内料液进行浓缩，同时通过横卧在下锅体的搅拌器不断进行搅拌。 搅拌以强化流动，不断更新加热面外的料液 ，从而提高浓缩效果和保证(bozhng)产品质量，搅拌转速为1020rpm,搅拌器上有四个浆叶，浆叶与加热面的距离

30、为510mm。62gjuyk第62页/共234页第六十二页，共234页。 优点：结构( jigu)简单，操作控制容易 缺点：加热面积小，生产能力低，不能连续生产。 63gjuyk第63页/共234页第六十三页，共234页。四、膜式浓缩(nn su)罐 上述几种浓缩罐，溶液在罐内停留时间比较长，对热敏性物料易产生(chnshng)分解变质。 膜式罐的特点是，溶液通过加热罐的速度快，或只通过加热管一次，不做循环，溶液在加热罐壁上呈膜状蒸发速度快（液体在罐内只停留几秒或几十秒），但传热效率高，对处理热敏性物料特别适宜。现已成为国内外广泛应用的先进蒸发设备。其形式较多，如升膜式、降膜式、刮板式、离心式

31、、和薄板式等，下面着重介绍升膜式、降膜式。64gjuyk第64页/共234页第六十四页，共234页。1.升膜式浓缩(nn su)罐 2)工作原理 原料由加热室下部进料进入加热管内，加热管外部通入加热蒸汽，将热量传给管内的料液，气凝结为水，料液被加热沸腾，便迅速汽化，所产生的二次蒸汽及料液，在管内高速上升（常压下，管的出口处二次蒸汽速度为20-50m/s，在 减 压 真 空 状 态 下 ， 可 达 1 0 0 -160m/s），气泡在上升过程中体积增大，很快就充满了整根管子。这些快速流动(lidng)的蒸汽泡将料液贴管内壁拉成薄膜状，形成液膜而沿管子内壁上升。浓液被高速上升的二次蒸气所带动,沿管

32、内壁成膜状上升不断被加热蒸发。65gjuyk第65页/共234页第六十五页，共234页。 这样料液从加热器底部至管子(gun zi)顶部出口处，逐渐被浓缩，浓缩液以较高的速度以切线方向进入蒸汽分离室，浓缩液从分离器底部排出，二次蒸汽从顶部排出，也有的将浓缩液的一部分通过循环泵，再进入加热器底部，继续浓缩。66gjuyk第66页/共234页第六十六页，共234页。 1)结构( jigu) 由加热室、二次蒸汽分离室及循环管组成。67gjuyk第67页/共234页第六十七页，共234页。 一般料液在管中的长度只达管子高的1/41/5。 加热管的直径、长度选择要适当，一般长管式管长为68m短管长为34

33、m。管径为3050mm，管长与管径之比l/d100150。加热器安装于分离(fnl)室外侧，便于检修。68gjuyk第68页/共234页第六十八页，共234页。 操作时要注意控制进料量和温差。 如果进液量过多，加热蒸汽不足，则管子的下部积液过多，会形成液柱上升而不能形成液膜。失去液膜蒸发的特点。使传热效果(xiogu)大大下降。 如果进液量过少，会发生断膜干壁，结焦现象。温差过大，蒸发量过大，亦产生结焦。从而降低传热效果(xiogu)。 69gjuyk第69页/共234页第六十九页，共234页。 3)特点 (1)料液在管内上升速度快，液膜薄，传热系数高（达20003000w/m ）. (2)

34、静压影响小，温差损失小。 (3) 物料在管内停留时间短，从而减少了热敏性料液分解的危险，产品质量好。 ( 4 ) 料 液 在 管 内 速 度 较 高 ， 能 防 止 结 垢 的 形 成 及 粘 性 料 液 的 沉 淀(chndin)。 (5)管子长清洗不便，操作较难。70gjuyk第70页/共234页第七十页，共234页。 (6)蒸汽出口速度快，雾沫夹带严重。 (7)要求有较大的温差，沸点进料，以产生大量(dling)蒸汽推动的膜攀升。 (8)对罐内液位变动很敏感。入料、真空、操作等必须很稳定，否则会结焦或不能形成液膜。 不适宜黏度较大的溶液浓缩。（薄膜料液的上升必须克服其重力与管壁的磨擦力阻

35、力） 因此，升膜式罐虽然有很多优点。但仍没有广泛应用。71gjuyk第71页/共234页第七十一页，共234页。2.降膜式浓缩(nn su)罐 降膜式蒸发罐是在升膜式罐的基础上发展起来的。 1）工作过程 料液同加热器顶部加入，液体在重力作用下，沿管内壁成液膜状向下流动，液膜被加热蒸汽加热蒸发，汽体迅速脱离加热面（液膜），沿管子向下流动，汽液进入蒸发分离(fnl)室，进行分离(fnl)，二次蒸汽由分离(fnl)室顶部排出，浓缩液则由底部抽出。72gjuyk第72页/共234页第七十二页，共234页。 2）构造 主要由分配室、成膜装置、加热室和分离(fnl)（汁汽）室构成。 73gjuyk第73页

36、/共234页第七十三页，共234页。（1）成膜装置(zhungzh) 为了使料液能均匀分布于各加热管，沿管内壁流下，所以在管的顶部或管内安装降膜分离器（成膜器）。 成膜装置是降膜蒸发器的最主要的部件，成膜装置对提供其传热效果(xiogu)有很大的作用，但增加清洗管子的困难。 其型式有（在管子的端部设置加料分布装置）：74gjuyk第74页/共234页第七十四页，共234页。 1导流管为一有螺旋形沟槽的圆柱体。 2导流管下部是圆锥体，此锥体底部内凹，以免沿锥体面流下的液体(yt)再向中央聚集。倒锥体导流装置。 3分布器（齿形导流装置） 依靠齿缝使液体(yt)沿加热管内壁成水膜状流下。 4分配板式

37、导流装置 一个多孔板，孔的位置正好交错于加热管口。75gjuyk第75页/共234页第七十五页，共234页。 （2）降膜式浓缩罐加热管径，管长，管子排列方法和管子的固定方法： 一般加热管的直径采用3050mm（但不宜采用直径小于20mm的管子。因为(yn wi)过细清洗困难，过粗体积大，传热面积小），管壁厚为1.52mm。 加热管的长度，根据设备的型式而定，循环式的一般管长取34mm对单程的（即不循环的），因经蒸发后，流下的液体基本达到需要的浓度，所以管子要有足够的长度，才能保证传热效果，一般管长取68m。76gjuyk第76页/共234页第七十六页，共234页。 加热管的排列方法，有正三角形

38、和同心圆排列法。 管子的固定，有胀管法和焊接法，多为前者，便于(biny)换管。 管子间距：胀管法 t1.31.5d外 焊接法 t1.25 d外 加热室的内径： D内t（b-1）+4d外 b-管板直径方向的管数 d外-管子外径77gjuyk第77页/共234页第七十七页，共234页。3）特点(tdin)： （1）物料停留时间短（45S），更能保证产品质量，更适宜粘度较多的料液浓缩。 （2）管壁生成气泡易脱离加热( ji r)面（因液膜由汁汽的推动而沿壁迅速流下）（膜薄），故传热效果好，且垢层生成慢。 （3）液量必须控制足够大且均匀，否则易蒸干，降低传热效果。78gjuyk第78页/共234页第

39、七十八页，共234页。第三节第三节 真空真空(zhnkng)浓缩装置浓缩装置的附属设备的附属设备 真空浓缩装置的附属设备主要(zhyo)包括：捕集器、冷凝器、水力喷射器、蒸汽喷射泵和真空泵。79gjuyk第79页/共234页第七十九页，共234页。一、捕集器 它安装在浓缩罐的蒸发室顶部或侧面。其作用是防止(fngzh)蒸发过程中细小液滴被二次蒸汽带走，以减少料液损失，污染管路和次效的加热面。80gjuyk第80页/共234页第八十页，共234页。 捕集器的类型有：惯性型、离心型和表面型三大类。 对捕集器的要求： 1）有足够(zgu)的接触表面，或产生足够(zgu)的离心力，或适当改变其流向流速

40、，能够分离和捕捉汁汽中的雾沫。 2）能够顺利除去捕集的液体，且回流管必有液封（因为捕集器中的压强比罐中稍低）。 3）汁汽通过的阻力小，压强损失小。 4）易于拆洗，没有死角，结构简单，尺寸小，金属消耗少。 81gjuyk第81页/共234页第八十一页，共234页。（一） 惯性(gunxng)型捕集器 它是在二次蒸汽流经的管道上，在其内设置若干档板，使带有液滴的二次蒸汽，多次突然改变方向。同时与档板碰撞。由于液滴惯性(gunxng)较大，在突然改受流向时，便从气流中甩去，从而与气体分离。 82gjuyk第82页/共234页第八十二页，共234页。 为了提高分离效果(xiogu)，一般捕集器的直径比

41、二次蒸汽的直径大2.53倍。 阻力损失较大。 汽流速度较大时，捕汁效果(xiogu)尚好。 83gjuyk第83页/共234页第八十三页，共234页。（二）离心(lxn)型捕集器形状(xngzhun)与旋风分离器相似。带有液滴的二次蒸汽沿分离器壳壁成切线方向导入，使气流产生回转运动，液滴在离心力作用下被甩到分离器的壁上，沿壁流下回蒸发器。二次蒸汽由顶部排出。84gjuyk第84页/共234页第八十四页，共234页。 与惯性型相似，只有在蒸汽速度很快（一般1230m/s），真空操作时为6070m/s）时，操作性能才较好。阻力损失(snsh)较大（一般为40100mmHg柱）85gjuyk第85页

42、/共234页第八十五页，共234页。（三） 表面(biomin)型捕集器 在捕集器内装有多层金属丝或瓷环。当二次蒸汽(zhn q)通过网时，液滴被黏附在网上。 特点：是汽速较小，但清洗较困难。所以食品行业中用的少。 特点是汽速较小，但清洗较困难，所以食品行业中用的少。86gjuyk第86页/共234页第八十六页，共234页。（四） 捕集器容积负荷(fh)计算 A（WVB）/VD（m /hm ） （单位时间内，单位捕集室体积所能处理的二次蒸汽体积量） 式中：W水的蒸发量，即二次蒸汽量（Kg/h） VB二次蒸汽比容（m /kg） VD捕集室的容积(rngj)（m ） 一般离心式捕集器A400045

43、00m /hm ,其他类型的为A800012000 m /hm。87gjuyk第87页/共234页第八十七页，共234页。二、冷凝器 作用：将真空浓缩罐所排出的二次蒸汽进行冷凝形成真空，并将其中不凝结气体分离排出，使浓缩罐获得足够低的压力和沸点。 冷凝器按冷凝方式可分为(fn wi)： 表面式蒸汽与冷水不接触，类似单程换热器。 接触式又称混合式，蒸汽与冷水直接混合。88gjuyk第88页/共234页第八十八页，共234页。 接触式又分为： 干式(n sh)不凝结气体与冷水分别排除，不凝结气由机械泵抽走。如隔板式冷凝器。 湿式不凝结气和冷水一起排出。如水喷射冷凝器。 89gjuyk第89页/共2

44、34页第八十九页，共234页。（一） 大气(dq)式冷凝器（隔板式冷凝器） 1. 构造 它是一个(y )有圆锥形顶、底的圆筒，在内部不同高度上交错装有38层圆缺形隔板（越往上，板距越小，因为汽量减少）。每块隔板的边缘上装有可调的溢流堰。 冷水进入一个(y )圆柱形容器，然后入冷凝器，以防冷水进入时产生脉冲波动。 90gjuyk第90页/共234页第九十页，共234页。2. 工作(gngzu)原理 冷水从最高一层板进入，经过溢流堰，如瀑布一样逐板淋下，二次蒸汽从最下一块板的下面上升与水接触( jich)冷却凝缩，热水（冷凝水）从底部的气压管排出，不凝结气经分水器，用真空泵排出。 91gjuyk第

45、91页/共234页第九十一页，共234页。 注意(zh y)： 冷凝器底部的斜度对冷凝器的稳定操作有很大的影响。 据资料介绍，具70锥 形 底 的 冷 凝 器 较30锥形底的冷凝器所处理的水量可增加一倍，而无“架桥”现象发生，真空稳定。 92gjuyk第92页/共234页第九十二页，共234页。 当斜度较小时，例如小于30，进入气压管的水流会在入口处形成“架桥”现象，即水把气压管中液面上方(shn fn)的蒸汽阻住，使它不能向上 流 动 ， 而 形 成 “ 汽 袋 ” 。 当 “ 汽 袋 ” 上 方(shn fn)的积水不断增加时，水压也不断增加，当水压增加到一定程度时，“汽袋”被压破（此时可

46、研制汽锤声），随着积聚在上面的水迅速流入气压管中，引起真空突然升高，这种现象不断出现时，真空就会波动。93gjuyk第93页/共234页第九十三页，共234页。 气 压 管 宜 垂 直 ， 最 好 不 要 作 9 0 角 的 转 弯 ， 以 免(ymin)增加排水的阻力。角度小于45，且转弯处应在液面下，以免(ymin)增加排水的阻力。（否则，在转弯处有“架桥”现象发生）。94gjuyk第94页/共234页第九十四页，共234页。95gjuyk第95页/共234页第九十五页，共234页。3. 冷凝器的计算(j sun) （1）冷却水量计算 可通过(tnggu)冷凝器的热量衡算得： D（i-c水

47、t）=WC水(t -t ) （水热焓可用水温表示，且不考虑不凝气的热量及热损失） （Kg/h） 式中：D进入冷凝器的蒸汽量（Kg/h） i蒸汽热焓（J/Kg） t 冷水温度（） t 冷凝水温度（） W冷水耗量（Kg/h）水水CtttCiDW)()(12296gjuyk第96页/共234页第九十六页，共234页。 （2）冷凝器尺寸的确定 直径(zhjng)：可根据蒸汽量和蒸汽去冷凝器内通过自由截面的速度（为55m/s）求出自由截面积。自由截面积取总截面积的6075% 式中：d-冷凝器筒体直径(zhjng)（m） D冷凝的蒸汽量（Kg/h） -蒸汽密度（Kg/cm3） V-蒸汽流速（m/s），取1

48、5- 20VDd3600497gjuyk第97页/共234页第九十七页，共234页。 隔板宽度B： mm 冷凝器高度： 可根据隔板数和隔板距离来确定。而隔板的数目，是按冷却水的出口温度而定，一般(ybn)为6-7块。隔板间距可参阅有关资料。 502dB98gjuyk第98页/共234页第九十八页，共234页。 各接管(jigun)直径可按下列流速计算，二次蒸汽流速4050m/s，不凝气体流速15m/s；冷水流速1m/s；气压管中流速0.3m/s。 关于不凝气体的计算（对混合式）： Gh=0.000025（D+W）+0.01D （Kg/h） 或：VH=0 .010.002（D+W）0.8D （m

49、3/h） 式中：GH-不凝气体的重量流量 （Kg/h） VH-不凝气体体积流量 （m3/h） W-冷水量 （Kg/h） D-二次蒸汽量 （Kg/h） 99gjuyk第99页/共234页第九十九页，共234页。 气压(qy)长度与直径： 气压(qy)的高度取决于冷凝中的真空度 因为P=P-B+H/13.6 所以H=13.6B（m） 一般H10.5m 气压(qy)管的直径按水流流速V=0.3m/s计算 100gjuyk第100页/共234页第一百页，共234页。 排水池的大小： 1）气压管末端离开水底部应不少于气压管的直径(zhjng). 2）因需气压管要浸入水池深度为1m时，则水池的水量，应比冷

50、凝器、分离器和气压管的容积大50% .101gjuyk第101页/共234页第一百零一页，共234页。（二）水喷射(pnsh)冷凝器 1.结构 结构如右图，它由喷嘴(pnzu)（多个）、喷嘴(pnzu)座、水室、汽室、混合室、喉管、扩压管和尾管组成。 102gjuyk第102页/共234页第一百零二页，共234页。2.工作(gngzu)原理 工作时，借助离心水泵的动力，将水压入喷嘴，由于喷嘴断面积小，以高速（1530m/s）射入混合室及扩散室，后进入排水管中。这样在喷嘴出口处，形成低压区域，因此会不断吸入二次蒸汽，由于二次蒸汽与冷水之间，有一定温度差，两者进行热交换后，二次蒸汽凝结为冷凝水，同