1、食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備一、教學(xué)目標(biāo) 1.了解濃縮的基本原理和主要做法； 2. 了解幾類設(shè)備的工作原理和系統(tǒng)組成。二、教學(xué)重點(diǎn) 五、教學(xué)課時 幾類設(shè)備的介紹 4學(xué)時三、教學(xué)難點(diǎn) 六、教學(xué)練習(xí)(linx) 各種特點(diǎn)的理解 P243. 2.3.4. 四、教學(xué)方法 自測題 講述法第1頁/共115頁第一頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)第八章 濃縮(nn su)設(shè)備l濃縮與食品加工l食品工業(yè)中的濃縮設(shè)備l第一節(jié) 真空蒸發(fā)濃縮設(shè)備第二節(jié)冷凍濃縮設(shè)備l本章(bn zhn)小結(jié) 思考題 自測題第2頁/共115頁第二頁，

2、共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l濃縮(nn su)與食品加工 濃縮是除去食品料液中部分水分的單元操作，在食品加工中有著重要的地位。例如鮮乳、果蔬榨取得到的原汁、植物性提取液（如咖啡、茶）、生物處理（酶解、發(fā)酵）分離液等均含有大量的水分，為便于(biny)運(yùn)輸、貯存、后續(xù)加工以及方便使用等，往往需要進(jìn)行濃縮。第3頁/共115頁第三頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l食品工業(yè)(sh pn n y)的濃縮設(shè)備 食品濃縮可以采用真空蒸發(fā)濃縮設(shè)備、冷凍濃縮設(shè)備和膜濃縮設(shè)備等。 目前(mqin)，食品工業(yè)使用最廣泛的濃縮設(shè)備是真空蒸發(fā)濃縮設(shè)備。

3、冷凍濃縮設(shè)備對于含熱敏性和揮發(fā)性成分料液的濃縮有很大吸引力。 膜濃縮設(shè)備本質(zhì)上是膜分離設(shè)備，本章不作介紹，可參見本書第四章內(nèi)容。第4頁/共115頁第四頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備第一節(jié)真空蒸發(fā)濃縮(nn su)設(shè)備l 真空蒸發(fā)濃縮設(shè)備主要由蒸發(fā)器、冷凝器及真空系統(tǒng)等構(gòu)成。具體形式較多，主要差異表現(xiàn)在蒸發(fā)器的形式和效數(shù)、二次蒸汽利用以及操作(cozu)連續(xù)性等方面。l 真空蒸發(fā)濃縮設(shè)備特點(diǎn)l 一、蒸發(fā)器l 二、真空蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的輔助設(shè)備l 三、典型真空濃縮系統(tǒng)第5頁/共115頁第五頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)l真空蒸

4、發(fā)濃縮設(shè)備(shbi)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）在真空狀態(tài)下料液的沸點(diǎn)降低，加速了水分蒸發(fā)，避免了料液的高溫處理，適合于處理熱敏性物料。 （2）熱源可以采用低壓蒸汽或廢熱蒸汽。（3）由于料液的沸點(diǎn)較低，使?jié)饪s設(shè)備的熱損失減少。（4）對料液起加熱殺菌作用，有利于食品的保藏。缺點(diǎn)(qudin)：（1）須有抽真空系統(tǒng)，從而增加附屬機(jī)械設(shè)備及動力。 （2）由于蒸發(fā)潛熱隨沸點(diǎn)降低而增大，所以熱能消耗大。 第6頁/共115頁第六頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備一、蒸發(fā)器（一）夾套式蒸發(fā)器（二）盤管式蒸發(fā)器（三）外加熱式蒸發(fā)器（四）長管式蒸發(fā)器（五）刮板(u bn)式蒸發(fā)器（六）板

5、式蒸發(fā)器（七）離心薄膜蒸發(fā)器l 蒸發(fā)器是真空蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的主體，由加熱室與分離室兩部分構(gòu)成，食品料液在此受到加熱發(fā)生汽化，產(chǎn)生(chnshng)濃縮液和二次蒸汽。l 食品物料蒸發(fā)濃縮往往需要考慮其熱敏性、結(jié)垢性、發(fā)泡性、結(jié)晶性、黏滯性等特點(diǎn)，要求的濃縮程度也不一致，因此蒸發(fā)器有多種形式。 l 蒸發(fā)器的分類第7頁/共115頁第七頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)l蒸發(fā)器的分類(fn li) 蒸發(fā)器按料液流程可分為循環(huán)式（有自然循環(huán)式與強(qiáng)制循環(huán)式之分）和單程式；按加熱器結(jié)構(gòu)可分為夾套式、盤管式、中央(zhngyng)循環(huán)管式、升膜式、降膜式、片式、刮板式、離

6、心外加熱式濃縮器等。 第8頁/共115頁第八頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)（一）夾套式蒸發(fā)器l又稱為攪拌式真空(zhnkng)濃縮鍋，屬于間歇式中小型食品濃縮設(shè)備。l如圖8. 1所示，主要由圓筒形夾套殼體、犁刀式攪拌器、汽液分離器等組成。l被濃縮的料液投入鍋內(nèi)，通過供入夾套內(nèi)的蒸汽進(jìn)行加熱，在攪拌器的強(qiáng)制性翻動下，料液形成對流而受到較為均勻的加熱，并釋放出二次蒸汽。二次蒸汽從上部抽出。l夾套式蒸發(fā)器的特點(diǎn)第9頁/共115頁第九頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l夾套式蒸發(fā)器的特點(diǎn)(tdin) 這種蒸發(fā)器的加熱面積小，

7、料液溫度不均衡( jnhng)，加熱時間長，料液通道寬，通過強(qiáng)制攪拌加強(qiáng)了加熱器表面料液的流動，減少了加熱死角，適宜于果醬、煉乳等高黏度料液的濃縮。第10頁/共115頁第十頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備（二）盤管式蒸發(fā)器l結(jié)構(gòu)(jigu)l工作過程l特點(diǎn)第11頁/共115頁第十一頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)l結(jié)構(gòu)(jigu) 如圖8. 2所示，主要由盤管加熱器、蒸發(fā)室、泡沫捕集器、進(jìn)出料閥及各種控制儀表所組成。 鍋體為立式圓筒密閉結(jié)構(gòu)，上部空間為蒸發(fā)室，下部空間為加熱室。 泡沫捕集器為離心式，安裝于濃縮(nn

8、su)鍋的上部外側(cè)。泡沫捕集器中心立管與真空系統(tǒng)連接。第12頁/共115頁第十二頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)n加熱(ji r)室 加熱室設(shè)有加熱室設(shè)有3535組加熱盤管組加熱盤管(pn un)(pn un)，分層排列，每盤分層排列，每盤1313圈，圈，各組盤管各組盤管(pn un)(pn un)分分別裝有可單獨(dú)操作的加別裝有可單獨(dú)操作的加熱蒸汽進(jìn)口及冷凝水出熱蒸汽進(jìn)口及冷凝水出口，進(jìn)出口布置有兩種，口，進(jìn)出口布置有兩種，如圖如圖8. 38. 3所示。所示。第13頁/共115頁第十三頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(sh

9、bi)l工作(gngzu)過程 工作時，料液沿鍋體切線方向通過進(jìn)料管進(jìn)入鍋內(nèi)。外層盤管間料液受熱后體積膨脹而上浮，盤管中部位的料液，因受熱相對較少，密度(md)大，自然下降回流。從而形成了料液沿外層盤管間上升，又沿盤管中心下降回流的自然循環(huán)。蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽從濃縮鍋上部中央排出，二次蒸汽中夾帶的料液霧滴在捕集器的作用下被分離下降流回鍋中。當(dāng)濃縮鍋內(nèi)的物料濃度經(jīng)檢測達(dá)到要求時，即可停止加熱，打開鍋底出料閥出料。 操作過程中，不得往露出液面的盤管內(nèi)通蒸汽，只有液料淹沒后才能通蒸汽。由于盤管結(jié)構(gòu)尺寸較大，加熱蒸汽壓力不宜過高，一般為0.71.0MPa。第14頁/共115頁第十四頁，共115頁。食品

10、工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l盤管式蒸發(fā)器的特點(diǎn)(tdin) 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)(jigu)簡單、制造方便、操作穩(wěn)定、易于控制；盤管為扁圓形截面，液料流動阻力小，通道大，適于黏度較高的液料；由于加熱管較短，管壁溫度均勻，冷凝水能及時排除，傳熱面利用率較高；便于根據(jù)料液的液面高度獨(dú)立控制各層盤管內(nèi)加熱蒸汽通斷及其壓力，以滿足生產(chǎn)或操作的需要。 缺點(diǎn)：傳熱面積小，液料對流循環(huán)差，易結(jié)垢；料液受熱時間長，在一定程度上對產(chǎn)品質(zhì)量有影響。 第15頁/共115頁第十五頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)（三）外加熱式蒸發(fā)器l分類(fn li)l操作過程l優(yōu)缺點(diǎn)l用

11、途第16頁/共115頁第十六頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)l分類(fn li) 外加熱式蒸發(fā)器的特征是加熱室和分離室分開(fn ki)。 根據(jù)物料在加熱室與分離室間循環(huán)的方式，可分為強(qiáng)制循環(huán)式和自然循環(huán)式兩種。第17頁/共115頁第十七頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備強(qiáng)制循環(huán)(xnhun)外蒸發(fā)器如圖8. 4（1）所示，主要由列管式加熱器、分離室和循環(huán)(xnhun)泵等構(gòu)成。需要指出的是，這種蒸發(fā)器的加熱器，除了如圖中所示可水平安裝以外，還可以垂直安裝或傾斜安裝。第18頁/共115頁第十八頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jx

12、i)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備 自然循環(huán)外蒸發(fā)器如圖8. 4（2）所示。除無循環(huán)泵以外，基本構(gòu)成與強(qiáng)制循環(huán)式相同。但加熱( ji r)室只能垂直安裝。 第19頁/共115頁第十九頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l操作過程 兩種外加熱式蒸發(fā)器均可以連續(xù)方式(fngsh)操作，也可以間歇方式(fngsh)操作。連續(xù)操作時，最初的一段時間為非穩(wěn)定期，這時不出料，當(dāng)循環(huán)內(nèi)料液濃度達(dá)到預(yù)定濃度時，通過離心泵抽吸出料。圖8. 4（2）所示的自然循環(huán)蒸發(fā)器，也可在濃縮液出口處加接管與出料離心泵相連。間歇操作時，最終出料的體積不得小于加熱室與分離室最少能循環(huán)的容積。第20頁/共115頁

13、第二十頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：蒸發(fā)器的加熱室與分離室分開后，可調(diào)節(jié)兩者之間的距離和循環(huán)速度，使料液在加熱室中不沸騰，而恰在高出加熱管頂端處沸騰，加熱管不易被析出的晶體所堵塞；分離室獨(dú)立分開后，形式(xngsh)上可以做成離心分離式，從而有利于改善霧沫分離條件；此外，還可以由幾個加熱室合用一個分離室，提高了操作的靈活性；自然循環(huán)外加熱式蒸發(fā)器的循環(huán)速度較大，可達(dá)1.5 m/s，而用泵強(qiáng)制循環(huán)的蒸發(fā)器，循環(huán)速度還要大；這種蒸發(fā)器的檢修、清洗也較方便。 缺點(diǎn)：溶液反復(fù)循環(huán)，在設(shè)備中平均停留時間較長，對熱敏性物料不利。第21頁/共115頁第二

14、十一頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l用途(yngt)這種蒸發(fā)器可用于對熱敏性和風(fēng)味(fngwi)成分保留要求不高的產(chǎn)品濃縮，如用于噴霧干燥前牛乳和蛋白水解液等的濃縮。第22頁/共115頁第二十二頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)（四）長管式蒸發(fā)器l對熱敏性成分保留有較嚴(yán)要求的產(chǎn)品，應(yīng)當(dāng)采用單程式蒸發(fā)器，料液只通過其加熱室一次即達(dá)到需要(xyo)的濃度。l一般結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與類型l升膜式蒸發(fā)器l降膜式蒸發(fā)器第23頁/共115頁第二十三頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l一般(ybn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與類型 長管式蒸

15、發(fā)器一般采用內(nèi)徑2550mm，長徑比為100150 的長管制成。 由于長徑比大，單位體積(tj)料液的受熱面積較大，因而，料液進(jìn)入加熱器后很快汽化而使?jié)饪s液呈膜狀在管內(nèi)移動，因此這種蒸發(fā)器也是典型的膜式蒸發(fā)器。 長管式蒸發(fā)器可以分為升膜式、降膜式和升降膜式蒸發(fā)器(圖8.5)。第24頁/共115頁第二十四頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備第25頁/共115頁第二十五頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備1.升膜式蒸發(fā)器l結(jié)構(gòu)如圖8.5（1）所示。l蒸汽由加熱器上部引入，而物料由下部進(jìn)入，因此(ync)蒸汽與物料在加熱器內(nèi)呈逆流。l由

16、于從下面進(jìn)料，所以為防止靜壓效應(yīng)引起的沸點(diǎn)升高，進(jìn)入蒸發(fā)器的料液溫度應(yīng)控制在接近沸點(diǎn)。l工作過程l特點(diǎn)第26頁/共115頁第二十六頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l工作(gngzu)過程 預(yù)熱后接近沸點(diǎn)的料液從加熱室底部進(jìn)入，自下而上流動。在加熱作用和減壓狀態(tài)下，部分料液迅速氣化，產(chǎn)生二次蒸汽，并以80200m/s的速度帶動(didng)濃縮液沿管內(nèi)壁成膜狀上升。在加熱室頂部，達(dá)到所需濃度的濃縮液與二次蒸汽的混合物，以較高的速度進(jìn)入分離室，在離心力作用下兩者產(chǎn)生分離，濃縮液從分離室底部排出，二次蒸汽則從頂部排出。第27頁/共115頁第二十七頁，共115頁。食

17、品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l特點(diǎn)(tdin) 優(yōu)點(diǎn)：料液在加熱室內(nèi)停留時間很短，傳熱系數(shù)高，適用于熱敏性料液濃縮；高速二次蒸汽具有良好的破沫作用，故尤其適用于易起泡沫的料液。 缺點(diǎn)：一次濃縮比不夠大，因此一般組成雙效或多效流程使用；由于薄膜料液的上升必須克服自身(zshn)重力與管壁的摩擦阻力，故不適用于處理高黏度、易結(jié)垢或易結(jié)晶的溶液。第28頁/共115頁第二十八頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備2.降膜式蒸發(fā)器l 結(jié)構(gòu)如圖8. 5（2）所示，其分離室位于加熱室的下方。加熱室項部有布膜器（又稱料液分布器），其作用是使料液在加熱管內(nèi)均勻( jnyn)

18、成膜并阻止二次蒸汽上升。l 工作過程l 特點(diǎn) 第29頁/共115頁第二十九頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l料液布膜器 這種蒸發(fā)器操作關(guān)鍵是使料液在加熱管內(nèi)均勻布膜。圖8. 6為幾種常用的布膜器。圖中（1）的導(dǎo)流管是有螺旋形溝槽的圓柱體；（2）的導(dǎo)流管下端錐體端面向內(nèi)凹入，以免液體再向中央聚集(jj)；（3）是利用加熱管上端管口的齒縫來分流液體；（4）是靠管子上端的旋液器分流液體。第30頁/共115頁第三十頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l工作(gngzu)過程 液體在重力作用下經(jīng)料液分布器進(jìn)入加熱管，然后沿管內(nèi)壁成液膜狀向下流動，由于單

19、位體積料液的受熱面積大，所以料液很快沸騰汽化，又由于向下加速，克服的流動阻力比升膜式小，產(chǎn)生的二次蒸汽能以很高的速度帶動料液下降，所以傳熱效果好。汽液混合物進(jìn)入蒸發(fā)分離室進(jìn)行分離，二次蒸汽由分離室頂部排出，濃縮液則由底部抽出。降膜式的料液經(jīng)蒸發(fā)后，流下的液體基本( jbn)達(dá)到需要的濃度。第31頁/共115頁第三十一頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l特點(diǎn)(tdin)（1）加熱蒸汽與料液呈并流方式(fngsh)。（2）蒸發(fā)時間短，為單流型，適用于熱敏性料液濃縮。（3）不適于高黏度的料液濃縮。（4）大多以雙效或多效形式組成蒸發(fā)設(shè)備，以提高濃縮比。（5）不適用于處理易結(jié)

20、晶或易結(jié)垢的溶液。第32頁/共115頁第三十二頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備（五）刮板(u bn)式蒸發(fā)器l 也稱刮板式薄膜蒸發(fā)器，是利用外加(wiji)動力的膜式蒸發(fā)器。l 結(jié)構(gòu)l 特點(diǎn)第33頁/共115頁第三十三頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l結(jié)構(gòu)(jigu) 主體由刮板式加熱器（參見第七章內(nèi)容）與分離室構(gòu)成。 分離室與加熱器制成一體(yt)，在加熱室與分離室的分界面處設(shè)濃縮料液引出口，二次蒸汽則自分離室引出。 分離室也可加熱室分開，如右圖所示。濃縮液與二次蒸汽一起流入分離室，在此濃縮液從底部流出，而二次蒸汽則從左上側(cè)引出。

21、根據(jù)刮板加熱器軸線的取向，這種加熱器有立式和臥式兩種類型，但以立式為多。第34頁/共115頁第三十四頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l特點(diǎn)(tdin)優(yōu)點(diǎn)：處理黏度(nind)高達(dá)50100Pas的黏性料液時仍能保持較高的傳熱速率。故特別適用于濃縮糖含量高、蛋白含量高的物料，如雞蛋、蜂蜜和麥芽汁等料液。缺點(diǎn)：設(shè)備加工精度要求高，生產(chǎn)能力小。因而一般用于后道濃縮。第35頁/共115頁第三十五頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)（六）板式(bnsh)蒸發(fā)器l結(jié)構(gòu)l降膜式板式(bnsh)蒸發(fā)器 l升膜式板式(bnsh)蒸發(fā)器l

22、升降膜式板式(bnsh)蒸發(fā)器 l特點(diǎn)第36頁/共115頁第三十六頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備第37頁/共115頁第三十七頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)l結(jié)構(gòu)(jigu) 主要由板式加熱器與分離室組合而成。 加熱器的總體結(jié)構(gòu)與組合方式與本書第七章介紹的板式換熱器的類似，但一般直接利用蒸汽或二次蒸汽進(jìn)行( jnxng)加熱。 根據(jù)料液與蒸汽在加熱板上的流動方向，板式蒸發(fā)器的加熱板有升膜式、降膜式兩種結(jié)構(gòu)。出于加熱蒸汽分布和產(chǎn)品分布均勻要求，它們的換熱板結(jié)構(gòu)與普通板式熱交換器的換熱板有所不同，主要是供產(chǎn)品進(jìn)出和加熱介質(zhì)進(jìn)

23、出的開孔大小、數(shù)量、形狀位置不同。第38頁/共115頁第三十八頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l降膜式板式(bnsh)蒸發(fā)器 構(gòu)成如圖8. 9圖所示。 加熱板全為降膜式。 料液從加熱器左上側(cè)進(jìn)入后分兩路均勻地分布在各加熱片上。 料液流道兩側(cè)為加熱蒸汽室，也從加熱板上方進(jìn)入，因此，與產(chǎn)品(chnpn)流向相同，為并流（情況與長管降膜式蒸發(fā)器類似）。 濃縮液二次蒸汽混合物通過加熱器下方的通道出來，進(jìn)入分離器后兩者分離，濃縮液從分離器下方引出，二次蒸汽則從上方引出。第39頁/共115頁第三十九頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)l升

24、膜式板式(bnsh)蒸發(fā)器 結(jié)構(gòu)與降膜式的類似，只是所用的加熱板全為升膜式，并且稀料液與加熱蒸汽的走向為逆流，情形(qng xing)與長管升膜式蒸發(fā)器的類似。 濃縮液二次蒸汽混合物通過上方的通道從加熱器出來，進(jìn)入分離器后兩者分離。第40頁/共115頁第四十頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l升降(shngjing)膜式板式蒸發(fā)器 結(jié)構(gòu)較為特殊，分別由升膜板、降膜板和蒸汽板交替疊成。 由蒸汽板、升膜板、蒸汽板、降膜板和蒸汽板構(gòu)成一個蒸發(fā)單元，一個加熱器的蒸發(fā)單元數(shù)根據(jù)產(chǎn)量而進(jìn)行( jnxng)調(diào)整。 這種蒸發(fā)器中，料液輸入口及濃縮液-二次蒸汽混合的輸出口均位于加熱器的

25、下方。混合物從加熱器出來后在分離器分離成濃縮液和二次蒸汽。 第41頁/共115頁第四十一頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l特點(diǎn)(tdin)傳熱系數(shù)高；物料停留時間短（數(shù)秒），適用于熱敏性物料；體積小，加熱面積可隨意調(diào)整，易清洗；因一次通過的濃縮比不高，因此常常構(gòu)成二效或三效式蒸發(fā)系統(tǒng)(xtng)；密封墊圈易老化而泄漏，使用壓力有限。第42頁/共115頁第四十二頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備（七）離心(lxn)薄膜蒸發(fā)器l離心薄膜蒸發(fā)器是一種(y zhn)利用錐形蒸發(fā)面高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力使料液成膜及流動的高效蒸發(fā)設(shè)備。l結(jié)構(gòu)

26、l工作過程l特點(diǎn)第43頁/共115頁第四十三頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l結(jié)構(gòu)(jigu)其結(jié)構(gòu)如圖8. 10所示。真空殼體內(nèi)設(shè)置一高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓由錐形空心碟片疊裝而成。碟片間保持有一定加熱蒸發(fā)空間，空心夾層內(nèi)通加熱蒸汽(zhn q)，外圓徑向開有與外界連接的通孔，供加熱蒸汽(zhn q)進(jìn)入和冷凝水離開。碟片的下外表面為工作面，故整機(jī)具有較大的工作面，外圈開有環(huán)形凹槽和軸向通孔，定向疊裝后形成濃縮液環(huán)形聚集區(qū)和連續(xù)的軸向通道。轉(zhuǎn)鼓上部為濃縮液聚集槽，插有濃縮液引出管。 第44頁/共115頁第四十四頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮

27、設(shè)備l工作(gngzu)過程 料液經(jīng)真空殼體上的分配管穿過疊錐轉(zhuǎn)鼓的中心部，注入旋轉(zhuǎn)圓錐的下面。注入后很快展成厚0.1mm的液膜，在1s左右的時間內(nèi)沿加熱面流過。因液膜很薄，水分很快汽化。 二次蒸汽通過疊錐中央逸出到機(jī)殼內(nèi)，然后排出。濃縮液則聚集于圓錐外緣內(nèi)側(cè)的一組圓環(huán)內(nèi)，經(jīng)豎向孔道引至疊錐上方的排料室，最后由固定于機(jī)殼上的排料管排出。 蒸汽從下部進(jìn)入，經(jīng)空心軸至疊錐外緣的汽室，然后流經(jīng)圓環(huán)上的小孔進(jìn)入錐形元件(yunjin)之間的空間，蒸汽在圓錐表面冷凝，且一旦形成水滴，立即被離心力甩向外錐體排出，故不存在冷凝液膜，減小了傳熱熱阻，傳熱系數(shù)可達(dá) 8000W/(m2 K）。第45頁/共115頁

28、第四十五頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l特點(diǎn)(tdin) 結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效率高、蒸發(fā)(zhngf)面積大、料液受熱時問很短、具有很強(qiáng)的蒸發(fā)(zhngf)能力，特別適合果汁和其它熱敏性液體食品的濃縮。 由于料液呈極薄的膜狀流動，流動阻力大，而流動的推動力僅為離心力，故不適用于黏度大、易結(jié)晶、易結(jié)垢物料的濃縮。 設(shè)備結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價較高，傳動系統(tǒng)的密封易泄漏，影響高真空。第46頁/共115頁第四十六頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)二、真空蒸發(fā)濃縮(nn su)系統(tǒng)的輔助設(shè)備l 真空(zhnkng)蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的主要設(shè)備是蒸

29、發(fā)器，但它必須與適當(dāng)?shù)母綄僭O(shè)備配合，才能在真空(zhnkng)狀態(tài)下對料液進(jìn)行正常的蒸發(fā)濃縮操作。l 真空(zhnkng)蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的輔助設(shè)備通常有進(jìn)料缸、物料泵、冷凝器、真空(zhnkng)泵、蒸汽再壓縮泵等。蒸發(fā)器與這些輔助設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐浜希梢缘玫讲煌问降恼婵?zhnkng)蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)。l （一）進(jìn)料缸l （二）泵l （三）冷凝器l （四）間接式換熱器第47頁/共115頁第四十七頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備（一）進(jìn)料缸l進(jìn)料缸用于稀料液的緩沖暫存。稀料液通過進(jìn)料管進(jìn)入缸體。缸內(nèi)的液位由浮球閥控制維持相對穩(wěn)定。系統(tǒng)濃縮液的輸出一般裝有支路，當(dāng)濃度達(dá)

30、不到要求時由此支路管回流到進(jìn)料缸，重新與稀料液混合后再進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。另外當(dāng)濃縮操作結(jié)束后，進(jìn)料缸通入清水后也可作為就地清洗的清水缸用。l進(jìn)料缸與蒸發(fā)器之間一般利用管路連接就可進(jìn)料，前提是必須克服料液流動阻力(zl)，否則需加泵，例如對于升膜式蒸發(fā)器，系統(tǒng)的真空度不足使料液引入到蒸發(fā)器的頂部，因此必須由泵提供動力。l加工過程簡單的生產(chǎn)線，尤其是產(chǎn)量不大的間歇式生產(chǎn)線，不一定設(shè)進(jìn)料缸，可直接將前道工序的料罐作為進(jìn)料缸用。第48頁/共115頁第四十八頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備（二）泵真空蒸發(fā)系統(tǒng)中所用的泵有以下(yxi)三類：物料泵冷凝水排除泵真空泵 第49

31、頁/共115頁第四十九頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)1.物料(w lio)泵l真空蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)處于(chy)負(fù)壓狀態(tài)，因此，連續(xù)蒸發(fā)操作時，濃縮液的出料一般要用泵抽吸完成。l所用的泵可以用離心泵，但多用正位移泵。l除了強(qiáng)制循環(huán)式蒸發(fā)器中的循環(huán)泵以外，多效蒸發(fā)系統(tǒng)中，上一效蒸發(fā)器出來的濃縮液進(jìn)入下一效蒸發(fā)器，一般也須用泵輸送。第50頁/共115頁第五十頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)2.冷凝水排除(pich)泵l此類泵用于排除負(fù)壓狀態(tài)加熱器中加熱蒸汽產(chǎn)生的冷凝水。l當(dāng)蒸發(fā)器的加熱器與真空系統(tǒng)相連，進(jìn)入加熱器的蒸

32、汽（生蒸汽、二次蒸汽或兩者的混合物）均可通過適當(dāng)形式的調(diào)節(jié)控制，成為負(fù)壓狀態(tài)（負(fù)壓狀態(tài)的蒸汽對應(yīng)(duyng)的溫度低于100）。此時加熱器的冷凝水也為負(fù)壓，必須通過離心泵抽吸才能排出加熱器。第51頁/共115頁第五十一頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)3.真空泵l 真空泵為蒸發(fā)系統(tǒng)提供所需的真空度。l 通常采用的真空泵形式有復(fù)往式真空泵、水環(huán)式真空泵、蒸汽噴射泵和水力(shul)噴射泵等。l 除了水力(shul)噴射泵以外，其它形式的真空泵一般接在冷凝器后面。l 真空泵的另一個作用是排除系統(tǒng)中產(chǎn)生的不凝性氣體。系統(tǒng)的不凝性氣體主要來自二次蒸汽，直接式冷

33、凝器用的冷卻水也夾帶不凝性氣體。因此，除了與冷凝器相連接以外，真空泵還與再利用二次蒸汽作加熱劑的加熱器相連。第52頁/共115頁第五十二頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備（三）冷凝器l 作用: 對系統(tǒng)產(chǎn)生的二次蒸汽冷凝，同時使其中(qzhng)的不凝結(jié)氣體分離，以減輕后面真空系統(tǒng)的負(fù)荷，維持系統(tǒng)所要求的真空度。l 冷凝器一般以水為冷卻介質(zhì)，對于以水為溶劑的料液，真空蒸發(fā)系統(tǒng)中多采用直接式（混合式）冷凝器。而對于需要回收芳香成分的料液，則需要采用間接式冷凝器。對于含有機(jī)溶劑的料液（如乙醇提取液），為了回收有機(jī)溶劑，也需要采用間接式冷凝器。l 無論是間接式還是直接

34、式冷凝器，均有不凝性氣體排出口與真空泵相連。l 在真空度要求不高的蒸發(fā)系統(tǒng)中，可用水力噴射泵來對二次蒸汽進(jìn)行冷凝，同時將系統(tǒng)的不凝性氣體抽走。第53頁/共115頁第五十三頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備（四）間接(jin ji)式換熱器l間接式熱交換器對稀料液進(jìn)行殺菌或預(yù)熱，這種熱交換器可由生蒸汽也可以用二次蒸汽加熱。l這些(zhxi)換熱器可以為單程列管式換熱器，單獨(dú)用生蒸汽加熱；l或與蒸發(fā)器的列管式換熱器并聯(lián)，用相同的負(fù)壓蒸汽進(jìn)行加熱；l還可以盤管狀結(jié)構(gòu)通過蒸發(fā)器列管式加熱器的殼體。第54頁/共115頁第五十四頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章

35、濃縮設(shè)備第55頁/共115頁第五十五頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備第56頁/共115頁第五十六頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備第57頁/共115頁第五十七頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備第58頁/共115頁第五十八頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備第59頁/共115頁第五十九頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備三、典型真空濃縮(nn su)系統(tǒng)1.單效降膜式真空濃縮系統(tǒng)2.順流(shn li)式雙效真空降膜濃縮設(shè)備3.混流式三效降膜真空濃縮設(shè)

36、備4.混流式四效降膜真空濃縮設(shè)備第60頁/共115頁第六十頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備1.單效降膜式真空(zhnkng)濃縮系統(tǒng)l系統(tǒng)構(gòu)成：以圖8. 11所示的德國 WIEGDN單效降膜式真空濃縮設(shè)備為例。該系統(tǒng)適用于牛乳的濃縮。它具有能量消耗少、操作穩(wěn)定(wndng)、清洗方便等特點(diǎn)。l系統(tǒng)特點(diǎn)l工作過程第61頁/共115頁第六十一頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)第62頁/共115頁第六十二頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l系統(tǒng)(xtng)特點(diǎn)主要由降膜式蒸發(fā)器、蒸汽(zhn q)噴

37、射器（熱泵）、料液泵（離心泵和螺桿泵）、水泵、真空泵及貯液筒等組成。降膜式蒸發(fā)器所有加熱管束使用同一加熱蒸汽(zhn q)，但管束內(nèi)部分隔為加熱面積大小不同的兩部分，同時冷凝器設(shè)置于加熱器外側(cè)的夾套內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊。系統(tǒng)中的熱泵用來將部分二次蒸汽(zhn q)壓縮后作為加熱蒸汽(zhn q)使用；同時，通過在進(jìn)料缸內(nèi)引入冷凝水管道及在分離室內(nèi)設(shè)置夾套預(yù)熱裝置，對原料進(jìn)行預(yù)熱，回收了冷凝水和二次蒸汽(zhn q)的殘留熱量，提高了能量利用效率。 第63頁/共115頁第六十三頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l工作(gngzu)過程 原料牛乳從貯料筒經(jīng)流量計進(jìn)入分離器，利用二

38、次蒸汽間接加熱，蒸發(fā)部分水分；然后由料液泵送至加熱器第一部分加熱管束頂部，經(jīng)分布器使其均勻地流入各加熱管內(nèi)，呈膜狀向下流動，同時(tngsh)受熱蒸發(fā)；經(jīng)第一部分加熱管束蒸發(fā)濃縮后的牛乳，由料液泵送入第二部分加熱管束進(jìn)一步加熱蒸發(fā)，達(dá)到濃度后的濃縮牛乳由螺桿泵送出。 經(jīng)分離器排出的二次蒸汽，一部分由蒸汽噴射器增壓后送入加熱器作為加熱蒸汽使用，另一部分進(jìn)入位于加熱室外側(cè)夾套內(nèi)的冷凝器，在冷卻水盤管作用下冷凝成水，并與加熱器內(nèi)的冷凝水匯合在一起，由冷凝水泵送出。 節(jié)流孔板a、b、c、d用于流量控制所需的在線流量檢測。第64頁/共115頁第六十四頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第

39、八章 濃縮設(shè)備2. 順流(shn li)式雙效真空降膜濃縮設(shè)備 l結(jié)構(gòu)組成l工作過程(guchng)l適用性及特點(diǎn)第65頁/共115頁第六十五頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l結(jié)構(gòu)(jigu)組成 某順流式雙效真空濃縮設(shè)備流程如圖8. 12所示 ，它主要由一、二效蒸發(fā)器、熱泵、殺菌器、水力噴射器、預(yù)熱器、液料泵等構(gòu)成。 一、二效蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)相同，內(nèi)部除蒸發(fā)管束(gunsh)外，還設(shè)有預(yù)熱盤管。 殺菌器為列管結(jié)構(gòu)。第66頁/共115頁第六十六頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l工作(gngzu)過程 工作時，料液由泵從平衡槽抽出，通過由二效

40、蒸發(fā)器二次蒸汽加熱的預(yù)熱器，然后依次經(jīng)二效、一效蒸發(fā)器內(nèi)的盤管進(jìn)一步預(yù)熱。預(yù)熱后的料液在列管式殺菌殺菌（8692），并在保持管內(nèi)保持24s ；隨后相繼通過一效蒸發(fā)器（加熱溫度 8390，蒸發(fā)溫度7075）、二效蒸發(fā)器（加熱溫度6874，蒸發(fā)溫度4852），最后由出料泵抽出。 生蒸汽（500kPa）經(jīng)分汽包分別向殺菌器、一效蒸發(fā)器和熱壓泵供汽。一效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽，一部分通過熱壓泵作為一效蒸發(fā)器的加熱蒸汽，其余的被導(dǎo)入二效蒸發(fā)器作為加熱蒸汽。二效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽，先通過預(yù)熱器，在對料液進(jìn)行預(yù)熱的同時受到冷凝，余下二次蒸汽與不凝性氣體一起由水力噴射器冷凝抽出。各處( ch)加熱蒸汽產(chǎn)生的冷

41、凝水由泵抽出。貯槽內(nèi)的酸堿洗滌液用于設(shè)備的就地清洗。第67頁/共115頁第六十七頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l適用性及特點(diǎn)(tdin)該設(shè)備適用于牛乳、果汁等熱敏性料液的濃縮，效果好，質(zhì)量高，蒸汽(zhn q)與冷卻水的消耗量較低，并配有就地清洗裝置，使用、操作方便。 第68頁/共115頁第六十八頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備第69頁/共115頁第六十九頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備3.混流式三效降膜真空濃縮(nn su)設(shè)備 l結(jié)構(gòu)組成l工作(gngzu)過程l適用性及特點(diǎn)第70頁/共115

42、頁第七十頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備第71頁/共115頁第七十一頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l結(jié)構(gòu)(jigu)組成如圖8. 13所示，全套設(shè)備包括三個降膜式蒸發(fā)器、混合式冷凝器、料液平衡(pnghng)槽、熱壓泵、液料泵和水環(huán)式真空泵等，其中第二效蒸發(fā)器為組合蒸發(fā)器。第72頁/共115頁第七十二頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l工作(gngzu)過程 平衡槽內(nèi)（固形物含量12%）的料液由泵抽吸供料，經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后，先進(jìn)入第一效蒸發(fā)器（蒸發(fā)溫度70），通過降膜受熱蒸發(fā)，進(jìn)入第一效分離器分離出的初

43、步濃縮料液，由循環(huán)液料泵送入第三效蒸發(fā)器（蒸發(fā)溫度57）。從第三效分離器出來的濃縮液由循環(huán)液料泵送入第二效蒸發(fā)器（蒸發(fā)溫度44），最后(zuhu)由出料泵從第二效分離器將濃縮液（固形物含量48%）抽吸排出，其中不合格產(chǎn)品送回平衡槽。 生蒸汽首先被引入第一效蒸發(fā)器和與第一效蒸發(fā)器連通的預(yù)熱器；第一效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽，一部分通過（與生蒸汽混合的）熱壓泵增壓后作為第一效蒸發(fā)器和預(yù)熱器的加熱蒸汽使用：第二效分離器所產(chǎn)生的二次蒸汽，被引入第三效蒸發(fā)器作為熱源蒸汽；第三效分離器處的二次蒸汽導(dǎo)入冷凝器，經(jīng)與冷卻水混合冷凝后由冷凝水泵排出。各效產(chǎn)生的不凝氣體均進(jìn)入冷凝器，由水環(huán)式真空泵抽出。第73頁/共1

44、15頁第七十三頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)l適用性及特點(diǎn)(tdin)該套設(shè)備適用于牛乳等熱敏性料液的濃縮，料液受熱時間短、蒸發(fā)溫度低、處理量大，蒸汽(zhn q)消耗量低。例如，處理鮮乳36004000kg/h，每蒸發(fā)1kg水僅需0.267kg生蒸汽(zhn q)，比單效蒸發(fā)節(jié)約生蒸汽(zhn q)76%，比雙效蒸發(fā)節(jié)約46。第74頁/共115頁第七十四頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備第75頁/共115頁第七十五頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備4.混流式四效降膜真空濃縮(nn su)

45、設(shè)備 l圖8. 14所示為一混流式四效降膜真空濃縮設(shè)備流程，用于牛乳的殺菌(sh jn)與濃縮。l牛乳首先經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)行殺菌(sh jn)，然后順序經(jīng)由第四效、第一效、第二效和第三效蒸發(fā)器進(jìn)行濃縮。l采用了多個蒸發(fā)器夾套內(nèi)的預(yù)熱器，并增設(shè)有閃蒸冷卻器用于牛乳殺菌(sh jn)后的降溫。l二次蒸汽的冷凝采用效率較高的混合式冷凝器。第76頁/共115頁第七十六頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)第二節(jié)冷凍濃縮(nn su)設(shè)備l一般情形l基本原理l冷凍(lngdng)濃縮的特點(diǎn)l冷凍(lngdng)濃縮相關(guān)設(shè)備l一、冷卻結(jié)晶設(shè)備l二、冰與濃縮液的分離設(shè)備l三、冷

46、凍(lngdng)濃縮設(shè)備的裝置系統(tǒng)第77頁/共115頁第七十七頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l冷凍(lngdng)濃縮相關(guān)設(shè)備冷凍濃縮主要包括料液冷卻(lngqu)結(jié)晶和冰晶與濃縮液分離兩步，因而冷凍濃縮設(shè)備主要也由冷卻(lngqu)結(jié)晶設(shè)備和冰晶懸浮液分離設(shè)備兩大部分組成。第78頁/共115頁第七十八頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l冷凍濃縮(nn su)的一般情形 冷凍濃縮是使溶液中的一部分水以冰的形式(xngsh)析出，并將其從液相中分離出去，從而使溶液濃縮的方法。 冷凍濃縮特別有利于熱敏性食品的濃縮，具有以下優(yōu)點(diǎn)：低溫操作、氣

47、液界面小、微生物增殖少、溶質(zhì)劣化及揮發(fā)性芳香成分損失可控制在極低的水平等。 濃縮的制品或直接作為成品，或作為冷凍干燥過程中的半成品使用。第79頁/共115頁第七十九頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l冷凍(lngdng)濃縮的基本原理 水溶液均有如圖8.15所示的平衡關(guān)系（凍結(jié)曲線）。利用冰與水溶液之間的固-液相平衡原理，使低于低共熔點(diǎn)濃度的溶液冷卻，其結(jié)果表現(xiàn)(bioxin)為溶劑（水）呈晶體（冰晶）析出；將冰晶與母液分離后，即得到增濃的溶液。 第80頁/共115頁第八十頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l冷凍(lngdng)濃縮的

48、特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：由于是在低溫下對溶液的濃縮，因而，對熱敏性物料，尤其是食品物料的濃縮非常有利；冷凍濃縮中溶劑水的排除不是通過加熱蒸發(fā)，而是依靠從溶液到冰晶的相際傳遞，因此，可避免低沸點(diǎn)(fidin)的芳香物質(zhì)成分因揮發(fā)造成的損失。 缺點(diǎn)：濃縮比較低，物料最終濃度不超過其低共熔濃度；晶液的分離技術(shù)要求高，且溶液的黏度越大，分離越困難，冰晶的夾帶損失也越大；成品中的微生物活性未能受到抑制，加工后仍需采用加熱等后處理或需要冷凍貯藏；生產(chǎn)成本較高。第81頁/共115頁第八十一頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備一、冷卻結(jié)晶(jijng)設(shè)備l 冷凍濃縮中的冷卻結(jié)晶設(shè)備實現(xiàn)兩個功能

49、(gngnng)：冷卻除去結(jié)晶熱和進(jìn)行結(jié)晶。l 根據(jù)冷卻方法可分為直接冷卻式結(jié)晶器和間接冷卻式結(jié)晶器，間接式又可分為內(nèi)冷式結(jié)晶器與外冷式結(jié)晶器。l （一）直接冷卻式真空結(jié)晶器l （二）內(nèi)冷式結(jié)晶器l （三）外冷式結(jié)晶器第82頁/共115頁第八十二頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備（一）直接冷卻(lngqu)式真空結(jié)晶器l 直接冷卻式結(jié)晶是指結(jié)晶熱直接由溶液中發(fā)生汽化相變?yōu)榱硪徊糠治镔|(zhì)帶走的結(jié)晶方法。發(fā)生汽化的物質(zhì)可以是水，也可以是制冷劑。l 部分水真空蒸發(fā)的結(jié)晶器 l 直接冷卻式真空結(jié)晶器的特點(diǎn) l 應(yīng)用(yngyng)舉例第83頁/共115頁第八十三頁，共1

50、15頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)l部分(b fen)水真空蒸發(fā)的結(jié)晶器 工作原理：真空狀態(tài)下部分水分從溶液中吸收熱量發(fā)生汽化，而溶液中另一部分水則因熱量的除去而結(jié)晶成冰。這種部分水汽化，部分水結(jié)冰的過程基本可使體系的溫度保持穩(wěn)定。例如，在絕對壓力 267Pa直接冷卻式結(jié)晶器中，溶液所對應(yīng)的沸騰約為-3，此時每蒸發(fā)掉1kg水需要吸收的蒸發(fā)潛熱可使7.14kg的水結(jié)晶成冰。 直接冷卻比間接冷卻有兩大明顯的優(yōu)點(diǎn)。首先，它省掉了冷卻面，不用昂貴的刮板式換熱器。其次，如果能將低壓力二次蒸汽再壓縮提高(t go)其絕對壓力，并利用分離到的冰晶對此壓縮后的二次蒸汽進(jìn)行冷凝，

51、還可進(jìn)一步降低能耗。第84頁/共115頁第八十四頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)l直接冷卻式真空(zhnkng)結(jié)晶器的特點(diǎn) 設(shè)備費(fèi)和能耗相對較低。 由于減壓蒸發(fā)時，芳香物也損失了，以致濃縮液質(zhì)量較差。 對于(duy)多數(shù)果汁，如果能用吸收器吸收芳香物，就能減少芳香物的損失。 第85頁/共115頁第八十五頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l應(yīng)用(yngyng)舉例圖8. 16為一種具有芳香物回收的真空結(jié)晶裝置。料液進(jìn)入真空結(jié)晶器后，在267Pa絕對壓強(qiáng)下部分蒸發(fā)，部分水分成為冰晶。從結(jié)晶器出來的冰晶懸浮液經(jīng)分離器分離后，冰晶

52、排出，濃縮液從頂部進(jìn)入吸收器。而從真空結(jié)晶器出來的帶芳香物的蒸汽先經(jīng)冷凝器除去(ch q)水分后，從底部進(jìn)入吸收器。在吸收器內(nèi)，濃縮液與芳香物的惰性氣體逆流流動，芳香物被濃縮液吸收，然后惰性氣體由吸收器頂部排出，而吸收了芳香物的濃縮液從吸收器底部排出。第86頁/共115頁第八十六頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備（二）內(nèi)冷式結(jié)晶器這類結(jié)晶器有兩種：產(chǎn)生(chnshng)幾乎完全固化懸浮液的結(jié)晶器產(chǎn)生(chnshng)可泵送漿料的結(jié)晶器 第87頁/共115頁第八十七頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l產(chǎn)生幾乎(jh)完全固化懸浮液的結(jié)

53、晶器這種結(jié)晶器中，沒有攪拌的液體與冷卻壁面相接觸，直至水分幾乎完全固化，所以在原理上它屬于層狀凍結(jié)。凍結(jié)的晶體成片狀或“雪”狀，然后用機(jī)械方法除去。在這種結(jié)晶器中，即使非常稀的溶液也能一步濃縮至40濃度的濃縮液，甚至還可能(knng)更高。但是由于冰晶非常薄，濃縮液與冰晶的分離比較困難。第88頁/共115頁第八十八頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l產(chǎn)生(chnshng)可泵送漿料的結(jié)晶器這種結(jié)晶器產(chǎn)生可泵送懸浮液，在冷凍濃縮中多數(shù)結(jié)晶器屬于這種。典型的設(shè)備中，晶體懸浮液在冷卻(lngqu)結(jié)晶器中僅停留幾分鐘。由于停留時間短，故晶體非常小（50m）。刮板式換

54、熱器是典型的產(chǎn)生可泵送冰晶懸浮液的結(jié)晶器。第89頁/共115頁第八十九頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)（三）外冷式結(jié)晶器外冷式結(jié)晶器有三種(sn zhn)主要型式:型式一型式二型式三第90頁/共115頁第九十頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l型式(xn sh)一先使料液過冷，過冷度高達(dá)-6 。過冷的無晶體料液在結(jié)晶器中釋放出“冷量”。為了(wi le)減少冷卻器中的晶核形成和結(jié)晶器中的意外事件，避免可能導(dǎo)致流體流動的堵塞，與料液相接觸的冷卻器壁面必須拋光或涂以憎水塑料。這種結(jié)晶器內(nèi)的局部過冷實際上可得到抑制。對30的葡萄糖

55、溶液，在結(jié)晶器中平均停留時間僅0.5h 時，即可獲得大約0.2mm粒度的晶體。從結(jié)晶器出來的液體可由泵再循環(huán)至換熱器，而晶體則借助泵吸入管路中的過濾器而被截留于結(jié)晶器中。第91頁/共115頁第九十一頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l型式(xn sh)二特征是整個懸浮液在結(jié)晶器與換熱器之間不斷循環(huán)。晶體在換熱器內(nèi)的停留時間比在結(jié)晶器內(nèi)的停留時間短，所以晶體的成長(chngzhng)主要在結(jié)晶器內(nèi)。第92頁/共115頁第九十二頁，共115頁。食品(shpn)工廠機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l型式(xn sh)三 如圖8. 17所示。料液先在外部換熱器中產(chǎn)生亞臨界晶體。部

56、分無晶體液體從結(jié)晶器到換熱器間再循環(huán)。 刮板式換熱器的熱通量很高，這導(dǎo)致強(qiáng)烈的晶核形成。在換熱器中晶體的停留時間只有幾秒鐘，所以(suy)產(chǎn)生的晶體特別小。 當(dāng)其連續(xù)地進(jìn)入結(jié)晶器后，在此停留時間至少0.5h。由于在結(jié)晶器中停留時間相對較長，其主體過冷度很小，約 -0.02。進(jìn)入結(jié)晶器的料液中的小晶體在這樣的環(huán)境下呈亞臨界結(jié)晶狀態(tài)，與含有大晶體的懸浮液混合時即被溶化。料液中小晶體的溶化熱來自于大晶體的生長。第93頁/共115頁第九十三頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)二、冰與濃縮液的分離(fnl)設(shè)備 用于冷凍濃縮的冰與濃縮液的分離設(shè)備有壓榨機(jī)、過濾式離心

57、機(jī)、洗滌塔，以及這些設(shè)備組合(zh)形式等。（一）壓榨機(jī)（二）離心機(jī)（三）洗滌塔（四）壓榨機(jī)與洗滌塔的組合(zh)第94頁/共115頁第九十四頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備（一）壓榨機(jī)l 常用液壓活塞式壓榨機(jī)和螺旋式壓榨機(jī)。l 采用壓榨機(jī)分離，可溶性固體的損失量取決于已壓縮冰餅中夾帶( jidi)的濃液量。冰餅中的夾帶( jidi)量與壓榨機(jī)采用的壓力有關(guān)，例如在1MPa壓力下，每千克冰中大致留附0.65kg液體,而在10MPa壓力下并且壓縮時間較長時，則每千克冰中留附量可減少至0.1kg。l 由于壓榨法導(dǎo)致較多的可溶性固體損失，所以這種分離方法只用于作前期分離，

58、為冰與溶液的最后完全分離提供冰含量較高的漿料。第95頁/共115頁第九十五頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備（二）離心機(jī)l冷凍濃縮(nn su)中使用的離心機(jī)是過濾式離心機(jī)。l分離時的溶質(zhì)損失取決于晶體大小和液體黏度。l離心機(jī)分離的缺點(diǎn)是當(dāng)液體從濾餅中流出時，芳香物質(zhì)將受到損失，這是液體與大量空氣密切接觸所致。 第96頁/共115頁第九十六頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)（三）洗滌(xd)塔l 洗滌塔有較好的冰與濃縮液的分離效果，濃縮液不會被稀釋，且洗滌塔完全密封，無頂部空間，從而避免了芳香物的損失。從洗滌塔出來的濃縮

59、液用純水復(fù)原時，在分析上和外觀、味感、芳香物質(zhì)等方面與未濃縮過的原液幾乎沒有(mi yu)什么區(qū)別。l 洗滌分離原理 l 洗滌塔形式第97頁/共115頁第九十七頁，共115頁。食品工廠(gngchng)機(jī)械與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l洗滌分離(fnl)原理 基本原理：利用冰晶融化水排代晶體間夾帶的濃縮液。 連續(xù)式洗滌塔的工作原理如圖8. 18 ，從結(jié)晶器來的晶體漿料從塔底進(jìn)入，因冰晶密度比濃縮液小，故冰晶逐漸上浮到塔頂，而濃縮液則從塔底經(jīng)過濾器排出。 塔頂設(shè)有融冰器（加熱器），使部分冰晶融化成水。融化的水大部分排到洗滌塔外，小部分向下返回(fnhu)，與上浮冰晶逆流接觸，洗去冰晶表面的濃縮液。 沿

60、塔高方向冰晶夾帶的溶質(zhì)濃度逐漸降低，冰晶隨浮隨洗，夾帶的溶質(zhì)越來越少。 當(dāng)向下流動的洗滌水量占融化水量的比率提高時，其洗滌效果明顯提高。 洗滌水水沿塔高濃 度融冰器晶體漿料濃縮液圖8. 18連續(xù)式洗滌塔的工作原理第98頁/共115頁第九十八頁，共115頁。食品工廠機(jī)械(jxi)與設(shè)備第八章 濃縮設(shè)備l洗滌(xd)塔形式 按塔中冰晶(bngjng)沿塔移動的推動力不同，洗滌塔可分以下三種：浮床式螺旋式活塞式第99頁/共115頁第九十九頁，共115頁。食品工廠機(jī)械與設(shè)備(shbi)第八章 濃縮設(shè)備(shbi)n浮床式 這種洗滌塔中，冰晶與液體作逆向運(yùn)動(yndng)，其推動力是晶體和液體兩相的密度