[精选]第八章真空浓缩设备7944.pptx

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1、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。般指蒸发。真空浓缩：是指在负压条件下，以较低温度浓缩。有以下特真空浓缩：是指在负压条件下，以较低温度浓缩。有以下特点：点：(1)料液沸点低，浓缩速度大。料液沸点低，浓缩速度大。(2)可利用低压蒸汽作为热源可利用低压蒸汽作为热源(多效时多效时)。(3)不损害食品的营养成分。不损害食品的营养成分。(4)设备热耗减少。设备热耗减少。(5)增加真空系统，投资大，功力消耗大

2、。增加真空系统，投资大，功力消耗大。(6)沸点降低，蒸发潜热增大。沸点降低，蒸发潜热增大。第一节第一节 浓缩概述浓缩概述一、浓缩的目的1.除去水分，减少包装、运输费用2.提高浓度，增加贮藏性能3.干燥的预处理4.结晶的预处理第一节第一节 浓缩概述浓缩概述二二、分类、分类1.按操作方式分：按操作方式分：常压常压 真空真空 闪蒸闪蒸2.按二次蒸汽的利用分：按二次蒸汽的利用分：单效浓缩装置单效浓缩装置多效浓缩装置多效浓缩装置带有热泵的浓缩装置带有热泵的浓缩装置3.按料液流程分：按料液流程分：循环式：自然与强制循环。循环式：自然与强制循环。单程式：单程式：4.按加热器结构分：按加热器结构分：盘管式浓缩

3、器盘管式浓缩器中央循环管式浓缩器中央循环管式浓缩器升膜式浓缩器升膜式浓缩器-降膜式浓缩器降膜式浓缩器-片式浓缩器片式浓缩器-刮板式浓缩器刮板式浓缩器-外加热式浓缩器。外加热式浓缩器。夹套式蒸发器中小型浓缩设备。中小型浓缩设备。由圆筒形夹套壳体、搅拌器、除沫器等组成。由圆筒形夹套壳体、搅拌器、除沫器等组成。液液料料置置入入锅锅内内，通通过过蒸蒸汽汽加加热热，并并加加搅搅拌拌，使使水分在低压条件下蒸发。二次蒸汽从顶部排除。水分在低压条件下蒸发。二次蒸汽从顶部排除。主要技术参数主要技术参数蒸发量蒸发量 300Lh，蒸汽耗用量蒸汽耗用量 340kgh，蒸汽压力蒸汽压力196kPa，真空度真空度 829

4、88.0kPa。适适于于果果酱酱、蜜蜜饯饯、糖糖浆浆、乳乳品品、豆豆浆浆晶晶、食食用用胶始粘度料液的浓缩。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。又称中央循环管式浓缩锅。下下部部为为加加热热室室，上上部部为为分分离离室室。加加热热室室内内装装有有加加热热管管束束和和中中央央循循环环管管。中中央央循循环环管管的的截截面面积积较较大大，一一般般为为加加热热管管束束总总面面积积的的40以以上。上。工工作作时时料料液液在在管管内内流流动动，加加热热蒸蒸汽汽在在管管束束之之间间流流动动，由由于于中中央央循循环环管管与与加加热热管管中中的的料料液液受受热热程程度度不不同同，产产生生密密

5、度度差差，使使液液料料经经加加热热管管而而沸沸腾腾上上升升，然然后后在在分分离离室室内进行汽液分离。内进行汽液分离。二二次次蒸蒸汽汽由由顶顶部部排排出出。料料液液经经中中央央循循环环管管下下降降、回回流流，形形成成自自然然循环。浓缩后的制品由底部卸出。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。目前这类蒸发器糖厂应用广泛。图图82 中央循环管蒸发器中央循环管蒸发器A-加热蒸汽加热蒸汽 B-料液料液 C-二次蒸汽二次蒸汽 D-冷凝水冷凝水 E-完成液完成液1-中央循环管中央循环管 2-蒸发室蒸发室 3-除沫器除沫器 4-外壳外壳 5-换热管换热管加热室断面加热室断面图图83 加热室

6、断面图加热室断面图A-加热蒸汽加热蒸汽 1-加热蒸汽通道加热蒸汽通道2-料液上升通道料液上升通道 3-料液下降通道料液下降通道二、盘管式蒸发器亦亦称称盘盘管管式式浓浓缩缩锅锅，由由上上下下锅锅体体、加加热热盘盘管、汽液分离器等组成。管、汽液分离器等组成。在在锅锅体体内内装装有有四四个个加加热热盘盘管管，分分层层排排列列，管管内内通通入入蒸蒸汽汽，对对管管间间的的料料液液进进行行加加热热，使之沸腾蒸发。使之沸腾蒸发。料料液液分分批批入入锅锅内内进进行行浓浓缩缩。二二次次蒸蒸汽汽由由上上部排入汽液分离室，成品由锅底卸出。部排入汽液分离室，成品由锅底卸出。二二次次蒸蒸汽汽进进入入分分离离室室后后，因

7、因离离心心力力作作用用，使使夹夹带带的的液液滴滴与与不不凝凝气气体体分分离离，气气体体排排出出，被被分分离离后后的的料料液液经经回回流流管管回回入蒸蒸发发锅锅内内再再进行蒸发。进行蒸发。图图84 盘管式蒸发器盘管式蒸发器A-加热蒸汽加热蒸汽 B-冷凝水冷凝水 C-完成液完成液 D-二次蒸汽冷凝水二次蒸汽冷凝水 E-不凝气体不凝气体 F-冷却水进入端冷却水进入端 G-冷却水排出端冷却水排出端1-蒸发室蒸发室 2-气液分离器气液分离器 3-回液管回液管 4-观测口观测口 5-列管式冷凝器列管式冷凝器 6-加热蒸加热蒸汽分配器汽分配器 7-加热盘管加热盘管 8-水泵水泵 9-真空泵真空泵 10-料液

8、泵料液泵三、外加热式蒸发器图图85 外加热式自然循环蒸发器外加热式自然循环蒸发器A-加热蒸汽加热蒸汽 B-冷凝水冷凝水 C-料液料液 D-完成液完成液 E-二次蒸汽二次蒸汽1-蒸发室蒸发室 2-回流管回流管 3-滤网滤网 4-分离器分离器特征特征：加热室加热室、分离室分开。分离室分开。有有 强制循环式强制循环式、自然循环式。自然循环式。由由 加热器、分离器加热器、分离器、循环管组成。循环管组成。加热器有：加热器有：列管式列管式、板式板式。外加热板式强制循环蒸发器图图86 外加热板式强制循环蒸发器外加热板式强制循环蒸发器A-加热蒸汽加热蒸汽 B-冷凝水冷凝水 C-料液料液 D-完成液完成液 E-

9、二次蒸汽二次蒸汽冷凝水冷凝水 F-不凝气体不凝气体 G-冷却水进口冷却水进口 H-冷却水出口冷却水出口 1-板式换热器板式换热器 2-料泵料泵 3-贮料罐贮料罐 4-成品泵成品泵 5-分离器分离器 6-冷凝水泵冷凝水泵 7-水环式真空泵水环式真空泵 8-冷凝器冷凝器 板式蒸发器板式蒸发器优点是料液经过传热面的时间很短，仅优点是料液经过传热面的时间很短，仅2s，液流分布均匀，液流分布均匀，不易结不易结 垢。传热系数高，可达垢。传热系数高，可达10.4516.72MJ/M2h。料料液强制循环，可处理高粘度的料液。结构紧凑，节省加热蒸液强制循环，可处理高粘度的料液。结构紧凑，节省加热蒸汽耗量，拆卸清

10、洗方便，可用于牛奶、果汁，豆。蛋、糖汁，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。低盐酱油等多种食品的浓缩。四四、升膜式蒸发器、升膜式蒸发器由加热室、分离室和循环管等组成。由加热室、分离室和循环管等组成。料料液液自自加加热热室室底底部部进进入入加加热热管管内内。加加热热蒸蒸汽汽在在管管束束间间流流过过，料料液液在在加加热热管管中中部部开开始始沸沸腾腾迅迅速速汽汽化化。在在加加热热管管上上部部产产生生的的二二次次蒸蒸汽汽并并快快速速上上升升，流流速速可可达达100l60m/s。料料液液在在二二次次蒸蒸汽汽和和抽抽真真空空的的作作用用下下，沿沿管管内内壁壁成成

11、膜膜状状上上升升，并并不断被加热蒸发。不断被加热蒸发。有循环型、非循环型有循环型、非循环型这这种种蒸蒸发发器器的的优优点点是是占占地地面面积积小小，传传热热效效率率较较高高，料料液液受受热热时时间间短短，在在加加热热管管内内停停留留1020s。适适于于浓浓缩缩热热敏敏、易易起起泡泡和和粘粘度度低低的的液液料料。缺缺点点是是一一次次浓浓缩缩比比不不大大，进进料料量量需需要要很很好好控控制制、进进料料过过多多不不易易成成膜膜，过过少少则则易易断断膜膜干干壁壁影影响响产品质量。产品质量。图图87升膜式蒸发器升膜式蒸发器A-加热蒸汽加热蒸汽 B-完成液完成液 C-料液料液 D-冷凝水冷凝水 E-二次蒸

12、汽二次蒸汽1-换热管换热管 2-气液管气液管 3-分离器分离器五、降膜式蒸发器由加热管束、分离器等组成。由加热管束、分离器等组成。料料液液自自上上部部分分配配到到加加热热管管束束内内，成成膜膜状状流流下下，加加热热蒸蒸汽汽在在管管束束外外流流过过，完完成成换换热热后后料料液液进进入入汽液分离器分离。汽液分离器分离。这种蒸发器的特点：这种蒸发器的特点：由由重重力力作作用用降降膜膜，能能蒸蒸发发粘粘度度较较大大的的料料液液，受热时间短，适于热敏性强的物料；受热时间短，适于热敏性强的物料；料料液液的的沸沸点点均均匀匀，有有效效温温差差较较大大，传传热热效效果果好，节约蒸汽。好，节约蒸汽。由由于于蒸蒸

13、发发管管较较长长，液液料料沸沸腾腾时时所所生生成成的的泡泡沫沫易易在在管管壁壁上上受受热热破破裂裂，因因此此适适于于蒸蒸发发易易生生泡泡沫沫的物料；的物料；清洗方便；清洗方便；适用于浓度较大，不易结晶、结垢的物料。适用于浓度较大，不易结晶、结垢的物料。目目前前这这类类设设备备在在乳乳品品、果果汁汁等等食食品品工工业业中中应应用最广。用最广。六、刮板式蒸发器有立式、卧式两类。由加层圆筒、旋转刮板器、料液分配盘与驱动装置等组成。加热时间为23s。加热区域可分成几段，采用不同压力的蒸汽。一般直径为300500mm，刮板与加热 筒 内 壁 的 最 小 间 隙 为（1.5士0.3）mm。刮板的转速为 3

14、00 800rpm。这种蒸发器的特点是传热系数高，适于高粘度（最高达100Pa.s）的料液或含有悬浮颗粒的料液。第第三三节节 真空浓缩的附属装置真空浓缩的附属装置真空浓缩设备的附属装置主要包括：捕集器、真空浓缩设备的附属装置主要包括：捕集器、冷凝器、蒸汽喷射器和真空装置等。冷凝器、蒸汽喷射器和真空装置等。一、捕集器一、捕集器功能：防止蒸发过程形成的细微液滴被二次功能：防止蒸发过程形成的细微液滴被二次蒸汽带出，减少原料损失，同时防止污染。蒸汽带出，减少原料损失，同时防止污染。（一一）惯惯性性捕捕集集器器 它它是是在在二二次次蒸蒸汽汽流流的的通通道道上上设设置置若若干干挡挡板板，为为了了提提高高分

15、分离离效效果果，一一般般捕捕集集器器的的直直径径比比二二次次热热汽汽入入口口直直径径大大2.52.53 3倍。倍。（二二）离离心心型型捕捕集集器器 形形状状与与旋旋风风分分离离器器相相似似，液液滴滴在在离离心心力力的的作作用用下下被被甩甩到到壳壳壁壁，并并沿沿壁壁流回蒸发分离室内。二次蒸汽由顶部排出。流回蒸发分离室内。二次蒸汽由顶部排出。在在蒸蒸汽汽流流速速较较大大时时，分分离离效效果果较较好好，但但阻力亦较大。阻力亦较大。二、冷凝器功能：将二次蒸汽冷凝，并将其功能：将二次蒸汽冷凝，并将其中的不凝气体分离，以减轻真空中的不凝气体分离，以减轻真空系统容积负荷。系统容积负荷。（一）间接式冷凝器（一

16、）间接式冷凝器 亦称表面亦称表面式冷凝器，这种冷凝器是利用金式冷凝器，这种冷凝器是利用金属传热冷凝，二次蒸汽不接触冷属传热冷凝，二次蒸汽不接触冷却水，有列管式、板式等。却水，有列管式、板式等。特点是冷凝液可以回收利用，但特点是冷凝液可以回收利用，但传热效率低，使用较少。传热效率低，使用较少。（二）直接式冷凝器（二）直接式冷凝器 亦称混合亦称混合式冷凝器。分为逆流式和喷射式式冷凝器。分为逆流式和喷射式两种。两种。这种冷凝器利用二次蒸汽与冷却这种冷凝器利用二次蒸汽与冷却水直接接触冷凝。水直接接触冷凝。1逆流式冷凝器逆流式冷凝器 塔式冷凝器塔式冷凝器（a）喷淋塔式）喷淋塔式（b）填料塔式）填料塔式（

17、c）板塔式）板塔式图图813 几种塔式冷凝器示意图几种塔式冷凝器示意图A-二次蒸汽二次蒸汽 B-冷凝水冷凝水 C-回水回水 D-不凝气体不凝气体1-喷头喷头 2-填料层填料层 3-孔板孔板二、冷凝器2、喷射式冷凝器：利用喷射泵的原理，用高速水流抽、喷射式冷凝器：利用喷射泵的原理，用高速水流抽出二次蒸汽，兼有冷凝和抽真空双重作用。出二次蒸汽，兼有冷凝和抽真空双重作用。1、组成：由喷嘴，吸气室，混合室，扩散室等组成、组成：由喷嘴，吸气室，混合室，扩散室等组成2、优缺点：、优缺点：(1)兼有冷凝器及抽真空作用，故不必再配兼有冷凝器及抽真空作用，故不必再配 真空装置。真空装置。(2)结构简单，造价低廉

18、，冷凝器自身没有结构简单，造价低廉，冷凝器自身没有 机械运转部分不需经常检修。机械运转部分不需经常检修。(3)适用于抽吸腐蚀性气体。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。管水平方向可直接相连。(5)整个装置的功率消耗较小。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。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：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；排水管要求垂直，如必须曲折时，折角不大于45,转折不多于两次；各接口要求严密，避免泄漏

19、；连接扩散管出口的尾管长度，一般在2m以上，且不伸入循环水池之水中。三、真空装置(一)作用：保证系统的真空度，降低浓缩锅内压力，使料液在低温下沸腾。不凝气体来源：溶解于冷却水中的空气。料液中分解的气体。设备泄漏。(二)常用真空装置蒸汽喷射器往复式真空泵水环式真空泵水环式真空泵四、真空泵四、真空泵1.往复式真空泵2.水环式真空泵水环式真空泵（水环泵）这类泵结构简单。易于制造，操作可靠，转速较高，可与电机直联，内部不需润滑，可使排出气体免受污染，排气量较均匀，工作平稳可靠。但因高速运转，水的冲击使叶轮与轮壳磨损，造成真空度下降，需经常更换零件。效率较低，为 3050。真空度较低，为2.04.0kP

20、a。3.蒸汽喷射器蒸汽喷射泵的优点是抽气量大，真空度高，安装运行和维修蒸汽喷射泵的优点是抽气量大，真空度高，安装运行和维修简便，价廉，占地面积小。其缺点是要求蒸汽压力较高，蒸简便，价廉，占地面积小。其缺点是要求蒸汽压力较高，蒸汽量稳定，需要较长时间运转，才能达所需真空度。排出的汽量稳定，需要较长时间运转，才能达所需真空度。排出的气体还有微小压强。气体还有微小压强。第四节 多效真空浓缩设备图图819 三效降膜浓缩设备三效降膜浓缩设备1-预热器预热器 2-热压泵热压泵 3-一级蒸发器一级蒸发器 4-二级分离器二级分离器 5-一级分离器一级分离器 6-二级蒸发器二级蒸发器 7-三级蒸发器三级蒸发器

21、8-三级分离器三级分离器 9-主冷凝器主冷凝器 10-辅冷凝器辅冷凝器一、多效浓缩流程（a）顺流）顺流（b）逆流）逆流（c）平流）平流（d）混流）混流第四节 多效真空浓缩设备一、顺流式双效降膜真空浓缩设备一、顺流式双效降膜真空浓缩设备二、混流式三效降膜真空浓缩设备二、混流式三效降膜真空浓缩设备（一）组成与流程（一）组成与流程第五节第五节 芳香物质的回收设备芳香物质的回收设备一、工作原理一、工作原理 提取原果汁的芳香物质是利用其在蒸发中易挥发的性质，在蒸发冷凝器中完成的。该装置主要由两组板式换热器组成。工作时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

22、由下板组上部流出，利用挡板改变方向，使其流向下方，汽液进行分离，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，经两次蒸发冷凝，才能制成较纯的芳香液。二、组成和流程 图822所示为PAR22PARO1型芳香物质回收设备流程图。由三级板式蒸发冷凝器、预热器、两个螺旋管冷凝器、计量器和各种泵、阀构成。第六节第六节 冷冻浓缩设备冷冻浓缩设备 定义定义冷冻浓缩是将稀溶液中的水分冻结成冰晶，并去除这部分冰晶从而使溶液中的溶质浓度得到提高的浓缩方法。直接冷却式真空冷冻浓缩器直接冷

23、却式真空冷冻浓缩器直接冷却式结晶是指结晶热直接由溶直接冷却式结晶是指结晶热直接由溶液中一部分溶剂在真空条件下发液中一部分溶剂在真空条件下发生相变汽化，将另一部分物质的生相变汽化，将另一部分物质的热量带走，使其温度降低到冰点热量带走，使其温度降低到冰点以下结晶的浓缩方法。以下结晶的浓缩方法。图图824 真空冷冻浓缩器真空冷冻浓缩器1-真空冷却罐 2-循环泵 3-出料泵 4-循环管 5-冷凝器 6-三级蒸汽喷射泵 7-二级蒸汽喷射泵 8-一级蒸汽喷射泵图图825 冰晶分离塔及料液浓度分布冰晶分离塔及料液浓度分布1-融冰器 2-洗涤水 3-冰晶层 4-活塞 5-活塞杆 6-塔体2.内冷式冷冻浓缩设备

24、内冷式冷冻浓缩设备图图826 单级冷冻浓缩设备示意图单级冷冻浓缩设备示意图3.外冷式冷冻浓缩设备外冷式冷冻浓缩设备 图图827 外冷式冷冻浓缩试验装置外冷式冷冻浓缩试验装置图图828 外冷式冷冻浓缩试验装置外冷式冷冻浓缩试验装置（a）带有搅拌器的渐进冷冻浓缩试验装置（b）降膜冷冻浓缩试验装置第七节第七节 选选 型型一、选型要求和应考虑的因素一、选型要求和应考虑的因素 （一一）料料液液的的性性质质 包括成分组成、粘滞性、热敏性、发泡性、腐蚀性，是否含有固体、悬浮物、是否易结晶、结垢等。（二二）工工艺艺要要求求 包括处理量、蒸发量、料液和浓缩液的进出口的浓度和温度、连续作业和间歇作业等。（三三）产

25、产品品质质量量要要求求 符合卫生标准，色、香、味和营养成分等。（四四）当当地地资资源源条条件件 包括热源、气象、水质、水量和原料供给情况等。（五五）经经济济性性和和操操作作要要求求 包括厂房占地面积和高度、设备投资限额和传热效果、热能利用、操作和维修是否方便等。二、选型原则二、选型原则 （一）物料的粘度（一）物料的粘度 料液的原有粘度及蒸发过程中粘度不断增大，使物料流速降低，传热系数减少，生产能力下降，对这种物料，宜选强制循环型、刮板式或降膜式蒸发器。（二二）热热敏敏性性 对热敏性强的物料，浓缩时要求受热时间短、温度低，否则易引起分解或变质；一般宜选液料在器内停留时间短，真空度较高的薄膜蒸发器

26、，如片式、离心式的蒸发设备。若允许料液在较低温下，较长时间受热，或液料浓度较低，浓缩比不高时，可用盘管式真空蒸发器。（三三）结结垢垢性性 结垢是液料在浓缩过程中因粘度增大、悬浮的微粒积沉、局部焦化过热等因素所造成。结垢后，增加热阻，降低传热系数，甚至使作业无法运行。故宜选刮板式或强制循环型蒸发器。（四四）结结晶晶性性 若浓缩过程中有晶体析出，易沉积于传热面上，影响传热效果，宜选带搅拌的或强制循环型蒸发器。刮板式蒸发器亦适用。二、选型原则二、选型原则（五五）发发泡泡性性 有些液料在浓缩时产生大量汽泡，会污染附属装置，还造成液料的损失，故应考虑消除汽泡；一般采用升膜式、强制循环式蒸发器，因其液料的

27、流速大，具有破泡作用。此外标准式蒸发器装有较大的汽液分离室，亦可使用。对发泡严重的物料，可采用加人适当的消泡剂（黄油、植物油等）的方法。（六六）腐腐蚀蚀性性 液料的酸度高时，在蒸发中易对设备的金属部件产生腐蚀，宜用防腐蚀且导热性良好的蒸发器。（七七）蒸蒸发发量量 蒸发器生产能力的大小取决于传热速率，一般传热面积小时，宜选用搅拌式浓缩锅、单效膜式等蒸发器。传热面积大时，为减少蒸汽耗量，宜选用多效、膜式、离心式等蒸发设备。（八八）经经济济性性 浓缩设备的热能消耗较大，节能是选型的重要因素。从提高热能的经济性考虑，宜选用带蒸汽喷射器或多效蒸发器。第八节第八节 操作和检修操作和检修一、间歇式真空浓缩设

28、备的操作要点（一一）准准备备工工作作 首次使用设备前，必须熟悉有关图纸，了解设备的结构、管路阀门和仪表的操作规程；电机应装地线，传动部分应装保护罩。在吸人液料前，先将浓缩锅充分洗涤，并送入蒸汽，保持1530min进行杀菌；然后放出冷凝水，关闭所有阀门，向冷凝器中注人冷却水，同时启动真空装置，使真空度达规定的要求。（二二）开开始始运运行行 以盘管式蒸发器为例，一准备工作完成后，即可吸人液料，当液面浸过各层加热盘管后，顺次开启各排管的蒸汽阀门，通人蒸汽。开始时必须保持盘管中的蒸汽压力不要过高，防止料液中空气突然形成泡沫，造成液料损失；当料液处于稳定的沸腾状态时，再逐渐增加蒸汽量达到一定蒸汽压，同时

29、调进料阀门，使料液面保持恰恰能将最上层加热盘管完全浸没的高度。随着浓缩的进行、浓度和粘度逐渐增高，使蒸发速度减慢，这时需适当提高真空度，保持所规定的液料温度。（三三）停停止止运运行行 当液料达浓缩要求时，即关闭蒸汽阀，解除真空，卸出浓缩成品；然后向浓缩锅通水进行清洗。（四）常见的故障及产生原因（四）常见的故障及产生原因 1真空度过低 原因是接管、阀门漏泄或冷却水不足、水温过高或真空装置内部有故障。2沸腾突然停止 原因是平衡槽抽空、液料中进人空气或真空系统的工作中断。三、真空浓缩操作流程第二节 常用真空浓缩装置一、中央循环式(标准式)浓缩锅。(一)工作原理：料液由沸腾管和中央循环管加热，由于受热

30、产 生比重不同，形成自然循环，将水分蒸发。(二)主要结构1、加热器：由沸腾加热管，中央循环管，上下管板组成竖式 加热管束2、蒸发室：加热室上部的圆筒体。蒸发室有 观测孔、照明、仪表、取样装置等辅助部件。(三)特点：结构简单，操作方便，液面易控制。但清洗困难，循环效果差。二、盘管式浓缩罐1、加热器：盘管，45盘，每盘13圈。2、蒸发室：罐上部，配有除泡沫装置。3、抽真空：二级蒸汽喷射器。4、二次蒸汽排出：冷凝器，二级蒸汽喷射器特点：结构简单，操作方便，但传热面积小，原料受热时间长，生产效率低，清洗不便。三、薄膜式浓缩装置(一)升膜式蒸发器组成：垂直管束，分离室，循环管，水力喷射器。1、加热：在垂

31、直管束外通入蒸汽。2、蒸发：在垂直管束内二次蒸汽向上。3、抽真空：水力喷射器。4、二次蒸汽排出：分离器，泡沫捕集器，水力喷射器5、特点：占地少，热效高，短时加热，适合热敏，易起泡，低粘性料液。三、薄膜式浓缩装置(二)降膜式浓缩装置。结构：同升膜式相似。区别：料液从上部加入，在分布装置作用下，沿管壁成薄膜状流下。特点：占地面积小，热效高，受热时间短，适合浓度粘度大的料液，但设备高度高，料液均布难。三、薄膜式浓缩装置(三)离心式浓缩装置组成：锥体离心盘，料液分配管，真空泵，浓缩料吸管。1、加热：蒸汽由中心轴进入加热夹套内，冷凝水由离心力甩到周边后抽出。2、二次蒸汽：由锥体中心，在抽真空时排出。3、

32、料液：由锥体中心加入，在离心力作用下成膜浓缩后，甩到周边，由真空装置吸出。三、薄膜式浓缩装置(四)片式(板式)浓缩装置组成：板式加热器，汽液分离器，捕集器，蒸汽喷射压缩器，输料泵。1、加热：板式加热器2、分离：汽液分离器3、抽真空：蒸汽喷射器4、料液流动：输液泵特点：传热时间短，分布均匀，不易结垢，传热效率高，可处理高粘度物料，结构紧凑，装卸方便，清洗容易。三、薄膜式浓缩装置(五)刮板式蒸发器：型式：立式、卧式组成：加热筒(外侧)，旋转刮板，料液分配盘，驱动装置。1、加热：筒外侧蒸汽夹套2、分离：筒上部3、料液分配：经料液分配盘，在离心力和重力作用下，沿筒壁流下，由刮板刮成膜状。特点：蒸发时呈

33、薄膜状态，且不断更新液膜，总传热效率高，适于高粘度物料。第三节 蒸汽压缩和冷冻浓缩设备一、蒸汽压缩式浓缩设备功能：将二次蒸汽压缩，使其升压升温，再作为加热蒸汽。型式：蒸汽喷射式，机械压缩式。(一)热压泵 (蒸汽喷射器)组成：蒸汽室，喷嘴，扩压器，吸入室。原理：生蒸汽通过喷嘴，吸入二次蒸汽混合后作为加热蒸汽。加入蒸汽量：WHWFWBWF(1)抽气系数：WB/WF一、蒸汽压缩式浓缩设备带有热压泵的浓缩设备的操作注意事项：1、生蒸汽压力必须在7kg/cm2以上，否则达不到节省蒸汽的效果。2、生蒸汽压力保持稳定。3、经常检查喷嘴喉管的磨损，以防生蒸汽进入二次蒸汽管路。(二)机械式压缩装置原理：用机械式

34、压缩机将二次蒸汽 压缩成高压高温蒸汽。流程：二次蒸汽混合绝热压缩冷凝绝热压缩效率：=(i2i1)/(i3i1)100%加热蒸汽与二次蒸汽的温差：TT4T0二、热泵型蒸发器原理：将制冷机组的热端置入加热器，加热料液，用分离器分离二次蒸汽，将制冷机组的冷端置入冷凝器中，冷却二次蒸汽，不凝气由真空泵抽出。组成：压缩机，加热器，分离器，冷凝器，真空泵。特点：节约能耗，但投资费用大。三、冷冻浓缩设备原理：将料液中的水冷冻成固态的冰晶，再将冰晶从料液中分离。流程：原料冷却结晶再结晶分离洗涤刮冰溶冰。冷却结晶：将料液中的水冷却成很小的冰晶，送入再结晶器。再结晶：将小冰晶与大冰晶混合，保持温度恒定，则小冰晶溶

35、化，大冰晶增大，以便分离。分离：用开有小孔的活塞将固态冰晶从液体中分离。洗涤：洗去冰晶上粘附的液态原料。第四节 附助设备一、捕集器功能：防止蒸发过程形成的细微液滴被二次蒸汽带出，减少料液的损失，同时防止污染。型式：惯性型，离心型，表面型。(一)惯性捕集器：通过改变气流运动方向，使气液分离。特点：效果好，但阻力损失较大。(二)离心捕集器：使气流旋转，在离心力作用下使气液分离。(三)表面捕集器：使气流通过金属网或磁圈，将液态原理滤出。捕集器容器负荷：AW VB/VD二、冷凝器功能：将二次蒸汽冷凝，并将其中的不凝气体分离，以减轻真空系统容积负荷。(一)大气冷凝器(高水位冷凝器)：用水喷淋冷却二次蒸汽

36、。真空腿：平衡冷凝器真空负压的水柱，(二)表面冷凝器：用热交换器冷凝二次蒸汽，可回收冷凝液(三)低水位冷凝器：同高水位冷凝器，用抽水泵代替真空腿。二、冷凝器(四)喷射式冷凝器：用高速水流抽出二次蒸汽，兼有冷凝和抽真空双重作用。1、组成：由喷嘴，吸气室，混合室，扩散室等组成2、优缺点：(1)兼有冷凝器及抽真空作用，故不必再配 真空装置。(2)结构简单，造价低廉，冷凝器自身没有 机械运转部分不需经常检修。(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。(四)喷射式冷凝器3、安装注意：

37、(1)二次蒸汽的吸入管要尽量减少阻力损失。(2)从离心水泵至喷射器的冷水进入管路，应尽量减少管件，使阻力损失减小。(3)排水管要求垂直，无弯头，如必须曲折则不得多于两次。(4)各接口要求严密，避免泄漏。(四)喷射式冷凝器4、计算：(1)冷却水消耗量：由二次蒸汽冷凝放出的热量等于冷却水所吸收的热量得：WD(II0)/C(tK tH)(2)抽射系数 u0va/v，vaR Ga Ta/pa;u0k(pb/p0)1/21(3)喉管与喷嘴截面积 f2/f11.03pb/p0pb/p0(四)喷射式冷凝器冷却水通过喷嘴的流速 1 c(2 g H)1/2(4)排水管直径 d3d2(k1)1/2(5)喷嘴数目计

38、算：每喷嘴的水流量 v=3600 f1 1 喷嘴个数 nv/v三、真空装置(一)作用：保证系统的真空度，降低浓缩锅内压力，使料液在低温下沸腾。不凝气体来源：溶解于冷却水中的空气。料液中分解的气体。设备泄漏。(二)常用真空装置1、往复式真空泵：组成：机身，汽缸，活塞，曲轴，连杆，滑块，进排气阀。(1)湿室真空泵把冷凝器内的冷却水及不凝气体一起排出。(2)干式真空泵。2、水环式真空泵：3、水力喷射泵：三、真空装置三、真空装置4、蒸汽喷射泵。(1)工作原理及构造：它与水力喷射器相似，主要不同的是采用较高压力的水蒸气作动力源。它由喷嘴，混合室和扩散室组成。(2)操作注意事项：A.先打开中间冷凝器的冷却

39、水阀门;B.启动最后级蒸汽喷射泵，然后往前逐级启动;C.停车时先破坏浓缩罐内真空，然后慢慢关闭各级喷射泵以免冷水倒流;D.操作时注意冷凝器内冷却水的 喷出速度适当加减水量。(3)优缺点：抽气量大，真空度高，安装运行和维护方便，价格低，占地面积小。要求蒸汽压力较高及蒸汽气量要稳定，需要较长的时间运转，才能达到所需的真空度。第五节 真空浓缩设备工艺主要计算一、物料衡算(一)单效浓缩 由进出料溶质相等得：二次蒸汽量：WS(1B0/B1)kg/hr(二)多效浓缩1、二次蒸汽量：WS(1B0/Bn)kg/hr2、最终产品量：SnS B0/Bn3、最终料液浓度：BnSB0/(SW1W2Wn)二、热量衡算(

40、一)单效浓缩设备1、热能的消耗：Q总Q1Q2Q3Q4 (J/h)水分蒸发：Q1W L1第五节 真空浓缩设备主要工艺计算进料加热：Q2 S C(t1t2)浓缩器加热：Q3W1 C1(t1t2)散热损失：Q4(Q1Q2Q3)3%2、蒸汽消耗量：DQ总/(I1Ik)(二)多效浓缩1、自蒸发系数：nC(tn-1tn)/(intn C)即1kg料降温后以自身的热量所能蒸发二次蒸汽能力大小的指标。2、蒸发系数：an(Intk Ck)/(intn Cn)即1kg生蒸汽冷凝后放出的热量所能蒸发的二次蒸汽的量。若溶剂为水an1.0第五节 真空浓缩设备主要工艺计算3、蒸发水分量及第一效加热蒸汽量。第n效蒸发水分量

41、Wn。W1(D1a1S1)1W2 D2 a2(SW1)22 WnDnanS(W1W2Wn-1)n n若无额外蒸汽加入时。D2W1，D3W2，,DnWn-1上式简化为：W1a1D1b1，W2a2D2b2a2W1b2a2D1b2 同理：WnanD1bn第五节 真空浓缩设备主要工艺计算以上各式相加得：W=W1+W2+Wn=(a1+a2+an)D1+(b1+b2+b2)或：WAD1B第一效加入蒸汽量：D1(WB)/A三、传热面积计算(一)单效浓缩：FQ总/Kt(二)多效浓缩：F总Q总/Kt总t总多效浓缩有效温差。任何一效的热源蒸汽温度T必须高于料液温度t，即保持一定温差(Tt)，浓缩才能正常进行。第五

42、节 真空浓缩设备主要工艺计算各效温度差：第一效 t1=T1t1第二效 t2=T2t2 第 n 效 tn=Tntn若无温度下降，则下一效加热蒸汽的温度等于上一效二次蒸汽的温度。第五节 真空浓缩设备主要工艺计算即 t1=T2，t2=T3，tn-1=Tn所以 t总tt1+t2+tnT1tn实际上，由于各效间均有热量损失。所以：t总=t+总温度损失 =n+n+m-n 沸点升高 静压 管路 1、确定各效传热面积及有效温差分配(以三效为例)。F1t1Q1/K1，F2t2Q2/K2，F3t3Q3/K3一般取 F1F2F3所以 t1：t2：t3Q1/K1：Q2/K2：Q3/K3第五节 真空浓缩设备主要工艺计算

43、对于任意效x第五节 真空浓缩设备主要工艺计算2、确定各效沸点（通过压强或蒸发量）(1)假定各效蒸汽压强具有相等的压降设：P0第一效加热蒸汽的压强 Pk末效二次蒸汽的压强 P总压降 PP0Pk若有n效，每效的压降为PxPxP/n从Px可求出各效二次蒸汽的压强及温度，以三效为例：Px=P/3 P3 Px，P2P3+P/3，P1P2+P/3压强确定以后，即可求得沸点。第五节 真空浓缩设备主要工艺计算(2)假定各效水分蒸发量的比例二效：W1：W2=1：1.1三效：W1：W2：W3=1：1.1：1.2四效：W1：W2：W3：W4=1：1.1：1.2：1.3求出各效水分蒸发量Wi以后，则可计算个效料液浓度

44、，从而计算料液的沸点等。四、蒸发室直径及高度(一)蒸发室直径：d(4 W V0/3600 W0)1/2(二)蒸发室高度：1、蒸发空间的容积：VW/02、蒸发室截面积：FW/(36000W0)d2/43、蒸发室高度：HV/F4V/d2 例题：蒸发能力为1200公斤/小时的单效浓缩锅，采用盘管式加热器，试求浓缩锅基本工艺尺寸。已知水蒸汽量W1200公斤/小时；加热蒸汽1个大气压；真空度不低于660mmHg，牛乳性质：B012，温度5060，浓缩后B142。解：1、物料计算 处理量 浓缩乳生量 16801200480 公斤/小时 2、热量计算 Q1WL112002376.62851920 千焦/小时

45、 Q20 Q3Q15 Q1.05Q12994516 千焦/小时 蒸汽消耗量 D=Q/L1357.1 公斤/小时 3、传热面积计算 FQ/Kt K10501.163 w/m2K 加热蒸汽温度 t119.6 溶液沸点温度t1，真空度为660mmHg时，水的沸点温度tp051 平均浓度 （1242）/2 27，n1 静压变化 Prh/2=1050kg/m30.8m/20.042 atm 真空度 660mmHg0.13 atm料液中间压力 P10.130.0420.172 atm对应的料液中间温度 t P0+P=56.5 真空度为0.13atm时，二次蒸汽的温度，t P0 51 压力变化引起的温度损失 n56.5515.5料液的蒸发温度 t 1=5115.557.5 FQ/Kt 2994516/4.1861050(119.657.5)11m2 3、浓缩锅尺寸计算 浓缩锅直径 d0(4 W V0/3600 W0)1/2 v011.2 m3/kg r0=1/v0=1/11.20.089 kg/m3 W0=(4.26/r0)1/33.62 m/s 代入得 d01.145m 排管的传热面积 F1（d1d2）（2R2b）2.22 m2 5 F1 11.1 m2