真空浓缩设备.ppt

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1、第八章 真空浓缩设备,浓缩：从溶液中除去部分溶剂的单元操作，是一个传热传质过程。如除去果 蔬汁、牛奶等料液中的部分水。 目的：1、作为干燥、结晶处理的预处理； 2、提高产品质量； 3、提高产品的贮藏性； 4、减少产品的重量和体积，便于运输； 5、浓缩用作某些结晶操作的预处理； 6、提取果汁中的芳香物质 要求：食品料液中的营养成分如果糖、蛋白质、有机酸、维生素、果胶等属 热敏性很强的物质。 要求加热浓缩时：既要保持食品原料的色、香、味， 又要提高浓度； 要求工艺流程、设备选型、制造加工和具体操作较高。 发展方向：低温、快速、连续。,真空浓缩设备,真空浓缩的优点: 1、温度梯度大； 2、可用低压蒸

2、汽、真空浓缩操作是在较低的温度下进行的，设备与室内的温度差 小，减少了设备使用时的热量损失； 3、减少营养损失，提高食品质量， 真空浓缩降低了牛乳蒸发时的沸腾温度，可避 免其中的热敏性物料受高温影响而使产品质量下降。 4、沸点低、设备热损失少。 沸腾温度的降低，提高了加热蒸汽与沸腾流体之间的 温度差，增大了传热量，使蒸发过程加快，生产能力提高，为利用二次蒸汽、 节约能源创造了条件，如双效、多效浓缩及热泵等。 其不足之处主要在于： 1、由于真空浓缩必须设有真空系统，增加了附属设备及其动力消耗，相应的工程 投资也要增加； 2、由于液体的蒸发潜热随沸点降低而增加，所以真空浓缩的耗热量大。,真空浓缩设

3、备的分类,1.按加热蒸汽被利用的次数分为单效、双效、多效浓缩设备。 2.按浓缩料液的流程：单程式和循环式 其中循环式：自然循环与强制循环 3.按加热器的结构形式：盘管式、中央循环管式、升膜式、降膜式、刮板式浓缩 4.按操作的连续性：间歇式和连续式 一般间歇式多用于单效浓缩连续式则多应用于双效及多效浓缩。,中央循环管式浓缩器,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，加热蒸汽在管束间流动，由于中央循环管与加热管中的料液热程度不同，产生重度差，使液料经加热管而沸腾上升，在分离室内进行气液分离。二次蒸汽由顶部排出。料液经中央循环管下降，再进入加热管束，形成自然循

4、环，将水分蒸发。为了提高传热效率，管间可设若干挡板，形成蒸汽通道，,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,夹套式蒸发器,圆筒形夹套壳体、搅拌器、除沫器等组成,被浓缩的液料置入锅内，通过进入夹层内的蒸汽加热，并加搅拌，使水分在低压条件下蒸发。二次蒸汽从顶部排除。,适于果酱、蜜饯、糖浆、乳品、豆浆品

5、、食用胶等高粘度料液的浓缩,长管式,降膜式浓缩装置,料液经二次蒸汽预热后，由加热管束顶部，通过均分器，在重力作用下，沿加热管内壁成膜状下降，蒸汽从管外通过，间接对料液加热，所产生的汽液混合物进入分离室进行分离，二次蒸汽由顶部排出，浓缩液从底部卸出。连续作业，料液通过加热管后，即达浓缩要求。 特点：蒸发粘度较大的料液，且受热时间短，适于热敏性强的物料；料液在加热管内的沸点均匀且无静层效应，故有效温差较大，传热效果好；适于蒸发易生泡沫的物料；清洗方便；适于浓度较大，不易结晶结垢的物料。,升膜式蒸发器,结构组成：加热室、分离室和循环管等组成。 工作工程：工作时料液自加热室底部进入加热管 内。加热蒸汽

6、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。,刮板式薄膜浓缩设备,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

7、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： 大气式。 表面式。 低水位式。 喷射式。,附属装置-冷凝器2,附属装置-冷凝器3,蒸汽喷射泵,往复泵水环泵,多效真空浓缩设备,有几个蒸发器相连接，以生蒸汽加热的蒸发器为第一效，利用第一效产生的二次蒸汽加热的蒸发器为第二效，依次类推。 顺流式,一效和二效蒸发器的结构相同，内部出装有蒸发列管外，还有预热物料的螺线管。 物料流程是被浓缩的料液由平衡槽1，靠进料泵2，通过物料预热器14，被二效蒸发器3产生的二次蒸汽加热，一次经第二、一蒸发器内

8、的螺旋管被管外的蒸汽加热。进入杀菌器5，利用蒸汽间接加热杀菌，并保温一定时间；速后相继通过第一、二效蒸发、分离器，最后浓缩液从第二效分离器底部经出料泵9抽出。,芳香物质的回收设备,工作原理：利用原果汁的芳香物质在蒸发中易挥发的性质，在蒸发冷凝器中完成的。 工作过程：原果汁先送入下板组的通道中，被相隔通道内的蒸汽加热蒸发，提香后的浓缩液与含芳香物的水蒸汽由下板组上部流出，利用挡板改变方向，使其流向下方，气液进行分离，然后浓缩液由壳体底部排出；含芳香物的水蒸汽上升导入上板组的通道中，被相隔通道内的冷却水降温冷凝，形成芳香物的水溶液，从上板组的底部排出，而冷却水由上板组的上部排出。芳香物水溶液，经两

9、次蒸发冷凝才能制成较纯的芳香液。,真空浓缩设备流程1,单效。 多效:并（顺）流；逆流；平流。,真空浓缩设备流程2,冷冻浓缩,冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间的固液相平衡原理的一种浓缩方法。溶液在浓度上是有限度的。 冷冻浓缩基本原理：当溶液中所含浓度低于低共熔浓度时，则冷却结果表现为溶剂（水分）成晶体（冰晶）析出。随着溶剂成晶体析出的同时，余下溶液中的溶质浓度显然就提高了。 冷冻浓缩的优点：溶液中水分排除是通过冰晶的相际传递，所以可避免芳香物质因加热而挥发的损失。结冰操作要尽量避免局部过冷，分离操作要很好地加以控制。 冷冻浓缩的缺点：1.不具有杀菌灭酶作用；2.制品浓度不仅受低共熔浓度限制，也受冰晶

10、与浓缩液分离的难易程度影响。一般而言，浓度越高，粘度也越大，分离越困难。3.过程会造成溶质损失，且成本高。,冷冻浓缩的基本原理,稀溶液的相图如图1所示，横坐标表示溶液的浓度x，纵坐标表示溶液的温 度T。曲线DABCE是溶液的冰点线，D点是纯水的冰点，E是低共溶点。当 溶液的浓度增加时，其冰点是下降的(在一定的浓度范围内)。 某一稀溶 液起始浓度为xI，温度在AI点。对该溶液进行冷却降温，当温度降到冰点 线A点时，如果溶液中无“冰种”，则溶液并不会结冰，其温度将继续下降至 C点，变成过冷液体。过冷液体是不稳定液体，受到外界干扰(如振动)， 溶液中会产生大量的冰晶，并成长变大。此时，溶液的浓度增大

11、为x2，冰 晶的浓度为0(即纯水)。如果把溶液 中的冰粒过滤出来，即可达到浓缩 目的。这个操作过程即为冷冻浓缩。 当溶液的浓度大于低共溶点浓度XE 时，如果冷却溶液，析出的是溶质 ，使溶液变稀，这即是传统的结晶 操作。所以冷冻浓缩工艺与结晶工 艺是相反的。,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。,