食品加工機(jī)械與設(shè)備目錄第八章濃縮和干燥機(jī)械與設(shè)備第一節(jié)概述第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備第三節(jié)冷凍濃縮機(jī)械與設(shè)備第四節(jié)真空干燥設(shè)備第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備第六節(jié)沸騰干燥機(jī)械與裝備第七節(jié)冷凍干燥技術(shù)裝備第八節(jié)電磁輻射干燥機(jī)器與裝備1.濃縮與干燥的概念

用于食品生產(chǎn)的動(dòng)植物原料一般都含有大量的水分,約占原料的70%~95%,而作為營養(yǎng)和風(fēng)味的物質(zhì)卻只占總質(zhì)量的5%~30%。在食品的加工中,濃縮與干燥操作顯得尤為重要。同時(shí),如何達(dá)到保持產(chǎn)品的色、香、味、形和營養(yǎng)成分,是現(xiàn)代食品加工業(yè)所面對的重要問題,綜合利用現(xiàn)代高新技術(shù),低溫、隔氧、快速、連續(xù)濃縮與干燥操作是濃縮與干燥的發(fā)展趨勢。

所謂濃縮,就是從溶液中除去部分溶劑的操作過程,是使溶質(zhì)和溶劑的均勻混合液實(shí)現(xiàn)部分分離過程,以使物料最終達(dá)到一個(gè)低溶劑含量(約30%)的相對穩(wěn)定狀態(tài),是一個(gè)溶劑在物料內(nèi)部借對流擴(kuò)散作用從液相物料內(nèi)部到達(dá)液相表面而后除去的過程。常用的濃縮方法有常壓加熱濃縮、真空濃縮、冷凍濃縮、結(jié)晶濃縮等。

相比較濃縮而言,干燥則是在物料內(nèi)部的溶劑借助于分子擴(kuò)散作用從固相物料溶質(zhì)相對完全除去的一個(gè)過程,即從食品或食品物料中除去水分的過程。常用的干燥方法有自然干燥(曬干、風(fēng)干)和人工干燥(常壓加熱干燥、真空加熱干燥、紅外線干燥、微波干燥、冷凍升華干燥等)。干燥后物料的水分(溶劑)含量一般可在3%~11%左右,甚至更低。第一節(jié)概述2.濃縮與干燥的目的(1)濃縮的目的

食品工業(yè)濃縮的物料大多數(shù)為水溶液,其濃縮的目的主要有下面三個(gè)方面:1)除去食品原料中的大部分水分,以減少包裝、貯藏和運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用。2)通過提高制品的濃度,達(dá)到增加制品貯藏性的目的。3)滿足食品加工的工藝過程要求,如作為產(chǎn)品干燥脫水或結(jié)晶的預(yù)處理。

此外,在濃縮過程中,可提取果汁中的芳香物質(zhì)。(2)干燥的目的

一般而言,物料的干燥主要有以下四個(gè)目的:1)便于物料的貯藏和運(yùn)輸,擴(kuò)大供應(yīng)范圍。2)滿足食品含水率的要求,達(dá)到安全貯藏的目的。3)抑制貯藏中的生化反應(yīng),保證產(chǎn)品質(zhì)量。4)經(jīng)干燥和其他工藝處理,制成風(fēng)味和形狀各異的產(chǎn)品。第一節(jié)概述3.濃縮與干燥的一般方法(1)濃縮的一般方法

濃縮的一般方法依原理和過程的不同主要可分為常壓加熱濃縮、真空濃縮、結(jié)晶濃縮和冷凍濃縮。但蒸發(fā)濃縮仍是食品工業(yè)使用最廣泛的濃縮方法,通過濃縮設(shè)備加熱物料,使物料中相對易揮發(fā)的水分在其沸點(diǎn)溫度由液態(tài)相變?yōu)闅鈶B(tài),通過二次蒸汽的排除,打破蒸汽與溶液之間的平衡態(tài),使汽化過程連續(xù)不斷地進(jìn)行,從而達(dá)到濃縮的目的。

按照操作空間的壓力,蒸發(fā)濃縮可分為常壓、加壓和減壓(真空)三種模式。

由于真空濃縮具有低溫、真空隔氧、蒸發(fā)速度快、二次蒸汽可被重復(fù)利用、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低、設(shè)備投入相對較少和特點(diǎn),因而是濃縮的主要方法。其他濃縮方法,如冷凍濃縮、離心濃縮、超濾濃縮等也逐步在食品工業(yè)中得到推廣和使用。第一節(jié)概述3.濃縮與干燥的一般方法(2)干燥的一般方法

從加工的程度上來看,干燥的方法主要分為自然干燥和人工干燥兩大類,按照熱能供給濕物料的方式,人工干燥又可分為對流干燥、傳導(dǎo)干燥、輻射干燥和介電加熱干燥等。1)對流干燥:對流干燥是使干燥介質(zhì)直接與濕物料接觸,熱能以對流的方式傳遞給物料,水分汽化后所產(chǎn)生的蒸汽被干燥介質(zhì)帶走的干燥方法。2)傳導(dǎo)干燥:該方法是使熱能通過傳熱的壁面,以傳導(dǎo)的方式加熱物料,產(chǎn)生并排除蒸汽從而干燥物料的方法。3)輻射干燥:濕物料接受熱輻射源產(chǎn)生的電磁波,將輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?從而使水汽化并干燥物料的方法。4)介電加熱干燥:將需要干燥的物料置于高頻電場內(nèi),使物料加熱,水分汽化的物料干燥方法。第一節(jié)概述一、真空濃縮的原理與特點(diǎn)1.真空濃縮的原理

溶液受熱時(shí),溶劑分子獲得動(dòng)能,當(dāng)某些溶劑分子獲得的能量足以克服分子間的吸引力時(shí),溶劑分子就會(huì)逸出液面進(jìn)入上部空間,成為蒸氣分子。如果熱能不斷地供給,生成的蒸氣被不斷地排除,則可打破溶劑氣相與液相之間化學(xué)勢的平衡,溶劑的汽化將持續(xù)地進(jìn)行。工程上為了提高這種汽化速度,大多采用在沸騰狀態(tài)下的汽化過程,這種將溶液加熱至沸騰,使溶液中部分溶劑汽化并排除的過程就是蒸發(fā)。食品產(chǎn)品的濃縮,大多是采用蒸發(fā)的方法進(jìn)行的。2.真空濃縮的特點(diǎn)1)成分復(fù)雜的食品原料大多具有熱敏性,以及質(zhì)量上對產(chǎn)品色、香、味的要求,使得食品的濃縮力求“低溫短時(shí)”,由于料液的沸點(diǎn)與外壓有關(guān),低壓相對應(yīng)于低溫,真空濃縮對產(chǎn)品的質(zhì)量有保障。2)真空濃縮排除了溶解在料液中的空氣、氧氣,由于蒸氣空間無氧,對易氧化物料的加工品質(zhì)有利。3)蒸發(fā)速度快,比常壓濃縮省時(shí)。4)起到預(yù)殺菌或部分殺菌的作用。5)操作空間密閉,有助于減少微生物對物料的污染。第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備一、真空濃縮的原理與特點(diǎn)2.真空濃縮的特點(diǎn)

一般而言,對食品物料的濃縮,結(jié)合設(shè)備的特點(diǎn),應(yīng)考慮物料在蒸發(fā)過程中的下面幾個(gè)性質(zhì)進(jìn)行設(shè)備的選型。1)物料的熱敏性。2)物料對設(shè)備的腐蝕性。3)物料在濃縮過程中粘稠度的變化。4)物料在傳熱界面上的結(jié)垢性。5)物料在沸騰時(shí)形成泡沫的特性。6)物料的結(jié)晶性。

因此,應(yīng)當(dāng)首選物料蒸發(fā)溫度低、停留時(shí)間短、真空度高的強(qiáng)制循環(huán)設(shè)備,避免物料結(jié)垢和堵塞管路,注意消泡和捕集泡沫,使用耐腐蝕的不銹鋼材質(zhì)的設(shè)備。第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用1.真空濃縮設(shè)備的分類

真空濃縮設(shè)備的形式很多,一般可按下列方法分類:1)根據(jù)加熱蒸汽與二次蒸汽被利用的次數(shù),可將真空濃縮設(shè)備可分為單效濃縮設(shè)備、二效濃縮設(shè)備、多效濃縮設(shè)備以及帶有熱泵的濃縮設(shè)備。其中以二效、三效為居多,有時(shí)濃縮設(shè)備還帶有熱泵裝置。2)根據(jù)料液在設(shè)備中的流程不同,可將該類設(shè)備分為循環(huán)式與單程式。其中,循環(huán)式又分為自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)。循環(huán)式比單程式的熱能利用率高。3)根據(jù)加熱器結(jié)構(gòu)形式,可分為薄膜式和非膜式。薄膜式是指料液在蒸發(fā)時(shí)呈薄膜狀蒸發(fā)。主要有升膜式、降膜式、片式、刮板式、離心式等形式,具有蒸發(fā)面積大、熱能利用率高、水分蒸發(fā)速度快的特點(diǎn),但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜;非膜式則是指料液蒸發(fā)時(shí),在蒸發(fā)器內(nèi)聚集在一起,只是翻滾或在管間流動(dòng),形成大蒸發(fā)面,主要有盤管式濃縮器、中央循環(huán)管式濃縮器等。第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用2.真空濃縮設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)

真空濃縮設(shè)備的主體是由用來進(jìn)行傳熱的加熱室和進(jìn)行汽液分離的蒸發(fā)室所組成的蒸發(fā)器,此外,還有使液沫得到進(jìn)一步分離的除沫器和使二次蒸汽全部冷凝的冷凝器以及形成真空條件的真空裝置等。3.蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與操作(1)中央循環(huán)管式濃縮鍋

中央循環(huán)管式濃縮鍋又稱標(biāo)準(zhǔn)式蒸發(fā)器,是一種非膜式自然循環(huán)蒸發(fā)器。食品的料液經(jīng)過由沸騰管和中央循環(huán)管所組成的豎式管加熱面進(jìn)行加熱,由于單位體積內(nèi)物料傳熱的不均勻,導(dǎo)致產(chǎn)生密度差,從而形成自然循環(huán),將水分蒸發(fā),達(dá)到濃縮的目的。第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用3.蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與操作(1)中央循環(huán)管式濃縮鍋

如圖8-1所示為中央循環(huán)管式濃縮鍋。它由外殼、加熱室和蒸發(fā)室構(gòu)成,其加熱室由垂直管束組成,中間一根直徑很大的管子即為中央循環(huán)管,其截面積一般為其他加熱管總截面積的40%~100%,加熱管的高度一般為1~2m,加熱管徑在25~75mm之間。管間物料和管外加熱蒸汽通過管與上下密封端板在加熱室分隔。

當(dāng)加熱蒸汽通入管間加熱時(shí),由于中央循環(huán)管直徑較大,其中單位體積溶液占有的傳熱面積比其他加熱管內(nèi)溶液占有的要小,因而,兩種管內(nèi)的溶液受熱程度不同。加熱管內(nèi)物料受熱較好,溶液汽化較多,因而形成的汽液混合物的密度比在中央循環(huán)管內(nèi)料液的密度小,至使蒸發(fā)器中的溶液形成由中央循環(huán)管下降,其他加熱管上升的循環(huán)流動(dòng),由于溶液密度差引起的自然循環(huán)。由于結(jié)構(gòu)上的限制,循環(huán)速度不大,料液在管內(nèi)的流速約為0.3~1.0m/s。溶液在加熱室中不斷循環(huán),使其濃度始終接近于完成液的濃度,因而溶液的沸點(diǎn)高,存在著有效溫差減少的缺點(diǎn)。此外,還存在著清洗和維修的不便,難以完全滿足生產(chǎn)的要求。第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用3.蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與操作(1)中央循環(huán)管式濃縮鍋第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備圖8-1中央循環(huán)管式濃縮鍋1—外殼2—加熱室3—中央循環(huán)管4—蒸發(fā)室二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用3.蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與操作(2)盤管式濃縮鍋

盤管式濃縮鍋是一種非膜式的結(jié)構(gòu)較簡單的濃縮鍋,如圖8-2所示為盤管式單效真空濃縮裝置。蒸發(fā)器為設(shè)備主體,在蒸發(fā)器鍋體中下部為4~5層分層排列的盤管,總高度占蒸發(fā)室高度的40%,每層盤管有1~3圈,每盤均有單獨(dú)的蒸汽進(jìn)口,通過對閥門的調(diào)節(jié)來控制蒸汽的流量。各層蒸汽的冷凝水,均通過該層單獨(dú)的疏水器排出,盤管的溫度均勻,同時(shí),熱能的效率高。操作時(shí),先加入物料,待料液浸沒盤管后,自下而上打開蒸汽閥門。在濃縮時(shí),應(yīng)當(dāng)控制好進(jìn)料量,并與蒸發(fā)速度相等,保持一定的液位。當(dāng)蒸汽蒸發(fā)加熱盤管露出液面時(shí),則應(yīng)該關(guān)閉該層的加熱盤管閥門,以調(diào)節(jié)加熱面,并控制好加熱溫度,避免產(chǎn)生結(jié)垢、焦管現(xiàn)象。第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用3.蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與操作(2)盤管式濃縮鍋第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備圖8-2盤管式單效真空濃縮裝置1—冷水分配頭2—視鏡3—加熱蒸汽總管4—人孔5—放空旋塞6—蒸汽閥門操縱桿7—濃縮罐8—蒸汽分配管9—盤管10—蒸汽閥門11—溫度計(jì)12—放料旋塞13—取樣旋塞14—罐體支架15—汽水分離器16—排水器17—冷卻水排水泵18—電動(dòng)機(jī)19—真空泵20—料液進(jìn)口旋塞21—冷卻水排出管22—蒸汽壓力表23—不凝氣體排出管24—真空表25—觀察孔二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用3.蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與操作(3)升膜式濃縮設(shè)備

升膜式濃縮設(shè)備屬于長管薄膜式外加熱自然循環(huán)濃縮設(shè)備,物料在設(shè)備的管壁或器壁上分散成液膜的形式流動(dòng),停留時(shí)間約幾秒至幾十秒,由于形成薄膜流動(dòng),故增大了傳熱系數(shù),提高了濃縮效率,適合于果汁及乳制品的生產(chǎn)。主要由加熱器、分離器、霧沫捕集器、水力噴射器和循環(huán)管等部分組成,如圖8-3所示。料液自加熱器的底部進(jìn)入管內(nèi),加熱蒸汽在管外將熱量傳遞給管內(nèi)料液,在加熱和減壓真空狀態(tài)下,料液迅速汽化,產(chǎn)生二次蒸汽,并以80~200m/s的速度帶動(dòng)濃縮液沿管內(nèi)壁成膜狀上升,在上升過程中,逐步形成下多上少的爬膜工作狀況而漸次加熱濃縮,在管頂部則呈噴霧狀,并以較高速度進(jìn)入汽液分離器,在離心力作用下與二次蒸汽分離。二次蒸汽從分離室的頂部排出,而濃縮液的一部分通過循環(huán)管,再回流到加熱器底部,繼續(xù)被濃縮,達(dá)到濃縮要求的濃縮液則可從分離室的底部放出。蒸發(fā)器的加熱管采用直徑為30~50mm的長管,長徑比可達(dá)到100~300,一般長管式的管長為6~8m,短管式的管長為3~4m。第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用3.蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與操作(3)升膜式濃縮設(shè)備第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備圖8-3升膜式濃縮設(shè)備1—蒸發(fā)器2—分離器二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用3.蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與操作(4)降膜式濃縮設(shè)備

降膜式濃縮設(shè)備與升膜式相類似,主要區(qū)別是經(jīng)預(yù)熱后的料液從管束的頂部加入,也屬于長管薄膜式自然循環(huán)濃縮設(shè)備,具有傳熱效率高,受熱時(shí)間短的特點(diǎn),適合于乳制品和果汁物料的濃縮。由于料液加熱的時(shí)間短,蒸發(fā)時(shí)呈膜狀流動(dòng),因而可避免泡沫的形成,管道清洗較為方便。

降膜式濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與升膜式濃縮設(shè)備大體相同,由加熱器、分離器、霧沫捕集器、水力噴射裝置構(gòu)成。對不能在單程濃縮過程中達(dá)到濃縮要求的物料,可采用流體泵輸送回進(jìn)料部位再次濃縮,成為多程循環(huán)式,降膜式單程濃縮裝置如圖8-4所示。與升膜式濃縮設(shè)備所不同的是為了使料液能均勻地分布于各管道,使料液在重力作用下沿管內(nèi)壁流下時(shí)呈膜狀分布,在加入料液頂部各加熱管入口處或管內(nèi)安裝有降膜分布器。常見的分布器主要有以下四種:①導(dǎo)流管是具有螺旋形溝槽的圓柱體;②導(dǎo)流管下端錐體端面向內(nèi)凹入,以免液體再次向中央聚集;③利用加熱管上端管口的齒縫來分配液體;④用于強(qiáng)制循環(huán)降膜蒸發(fā)的旋液分布器,使物料沿切線方向加入管中,呈螺旋下降方式布料。此外,還有篩孔板式、噴霧型、篩孔板與導(dǎo)流板相結(jié)合的形式等。圖8-5為常見的幾種降膜分布器。第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用3.蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與操作(4)降膜式濃縮設(shè)備第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備圖8-4降膜式單程濃縮裝置1—蒸發(fā)器2—分離器3—液體分布器二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用3.蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與操作(4)降膜式濃縮設(shè)備第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備圖8-5降膜分布器1—加熱管2—導(dǎo)流管3—旋液分配頭二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用3.蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與操作(5)刮板式薄膜濃縮設(shè)備

刮板式薄膜濃縮設(shè)備是一種利用外加動(dòng)力成膜的單程濃縮設(shè)備,有立式和臥式兩種類型,以立式為多。由轉(zhuǎn)軸、料液分配盤、刮板、軸承、軸封、蒸發(fā)室以及夾套加熱室組成,如圖8-6所示。以立式刮板薄膜濃縮設(shè)備為例,在設(shè)備的中心轉(zhuǎn)軸上附有4~8塊對稱安裝的刮板和與刮板相垂直的料液分配盤,為有利于料液的流動(dòng),刮板與轉(zhuǎn)軸之間約有10°的夾角(導(dǎo)向角),其大小因物料的性能而變化,并可分段變換導(dǎo)向角安裝;當(dāng)料液加入后,落在高速旋轉(zhuǎn)的料液分配盤上(轉(zhuǎn)速為300~800r/min,線速度為2.5~9.6m/s),受離心力的作用,被甩到器壁加熱面上,因刮板與傳熱壁間間隙很小,一般為0.5~1.25mm,料液在此被刮板刮成薄膜,同時(shí)在重力作用下,料液將被強(qiáng)制沿加熱面均勻撒開形成薄膜向下螺旋流動(dòng)匯集,并不斷形成新的液膜,二次蒸汽則逆流上升,經(jīng)蒸發(fā)器上部汽液分離器進(jìn)行汽液分離,也可與濃縮液并流進(jìn)入汽液分離器分離排除。由于蒸發(fā)器加熱面上有機(jī)械攪拌成膜,因而可以處理粘度高甚至帶有固體粒子的物料,對粘度高達(dá)50~100Pa·s的粘性料液仍能保持較高的傳熱速率,而且,物料在蒸發(fā)器內(nèi)停留的時(shí)間短,一般為2~45s,特別適用于濃縮粘度大而且具有熱敏性的物料,如番茄醬、咖啡、牛奶、蜂蜜等。缺點(diǎn)是設(shè)備投資較大,加工精度要求高,加熱面積相對較小。第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用3.蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與操作(5)刮板式薄膜濃縮設(shè)備第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備圖8-6刮板式薄膜濃縮設(shè)備1—?dú)庖悍蛛x段2—刮板3—加熱蒸發(fā)段4—夾套5—固定葉板二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用3.蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與操作(5)刮板式薄膜濃縮設(shè)備當(dāng)濃度比較大時(shí),可考慮增加加熱室的長度,或分成幾段加熱區(qū),采用不同壓力的加熱蒸汽來加熱,但加熱室過長,對加工精度和安裝的要求較高。此外,圓筒的直徑一般控制在300~800mm之間,過大雖可增加加熱面積,提高傳熱效率,但轉(zhuǎn)軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩增加,從而增加消耗功率;如圓筒直徑過小,則將減小加熱面積和蒸發(fā)空間,造成二次蒸汽的流速過大,增加了液沫的夾帶量,從而影響蒸發(fā)和汽液分離效果。第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用4.真空濃縮裝置輔助設(shè)備

真空濃縮裝置的輔助設(shè)備主要包括真空設(shè)備、液沫捕集器和冷凝器等。(1)真空設(shè)備

真空設(shè)備是用以保持整個(gè)濃縮裝置處于真空狀態(tài)的設(shè)備,主要用于抽取不凝結(jié)氣體,不凝結(jié)氣體主要來源于四個(gè)方面:①料液夾帶或溶解的空氣;②料液受熱分解后產(chǎn)生的氣體;③因設(shè)備密封不嚴(yán)而泄漏的空氣;④溶解在冷卻水中的空氣。與濃縮設(shè)備聯(lián)用的真空設(shè)備主要有水環(huán)式真空泵、水力噴射泵以及蒸汽噴射泵,也有使用干式真空泵,具體內(nèi)容詳見第二章的相關(guān)內(nèi)容。(2)液沫捕集器

液沫捕集器也稱之為捕沫器、霧沫分離器。真空濃縮時(shí),料液形成泡沫或因蒸發(fā)溫度過高,發(fā)生突然閃急蒸發(fā)形成霧沫,這種細(xì)微的液滴,會(huì)在二次蒸汽的夾帶下逸出。捕集器的作用就是進(jìn)行泡液分離,盡量地避免或減少霧沫被二次蒸汽帶出,減少料液損失,同時(shí)防止污染管道及其他濃縮器的加熱面。

捕集器的結(jié)構(gòu)按原理主要可歸納為以下三種:第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用4.真空濃縮裝置輔助設(shè)備1)慣性型捕集器:慣性型捕集器是利用含沫汽流與擋板的碰撞作用,使汽流流向急劇改變多次,由于液滴的慣性相對于蒸汽要大,當(dāng)流向突然改變時(shí),液滴便從汽流中甩出,從而使汽液分離,如圖8-7a、圖8-7b所示。2)離心型捕集器:利用離心力作用,使帶有液滴的二次蒸汽沿捕集器器壁的切線方向進(jìn)入,使汽流產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),從而使密度較大的液滴被甩在捕集器內(nèi)壁上與二次蒸汽分離,液滴匯集,沿內(nèi)壁流下至蒸發(fā)室內(nèi),二次蒸汽由頂部出口排出,如圖8-7c所示。3)表面型捕集器:表面型捕集器如圖8-7d所示,主要是讓汽流通過具有較大表面積的網(wǎng)狀或其他裝置,使液滴粘附而二次蒸汽通過,達(dá)到汽液分離的目的。由于填料和金屬網(wǎng)不易清洗,故在食品行業(yè)中使用較少。第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用4.真空濃縮裝置輔助設(shè)備第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備圖8-7各捕集器的結(jié)構(gòu)示意圖a)、b)慣性型捕集器c)離心型捕集器d)表面型捕集器1—二次蒸汽進(jìn)口2—料液之間流口3—二次蒸汽出口4—真空解除閥5—視孔6—折流板7—排液口8—擋板二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用4.真空濃縮裝置輔助設(shè)備(3)冷凝器

冷凝器的主要作用是將在真空濃縮過程中產(chǎn)生的二次蒸汽冷凝,并使其與不凝結(jié)氣體分離,減輕真空系統(tǒng)的工作負(fù)荷,保持設(shè)備工作和所要求的真空條件。除非二次蒸汽是有價(jià)值的產(chǎn)品需要加以回收,或者它會(huì)嚴(yán)重污染冷卻水,一般情況下,在蒸發(fā)操作中大多采用汽液直接接觸混合式冷凝器來冷凝二次蒸汽。蒸發(fā)裝置中的冷凝器的形式有很多種,常見的有大氣式冷凝器、低水位冷凝器和噴射式冷凝器等。1)干式逆流高位冷凝器:也稱大氣式冷凝器,其結(jié)構(gòu)如圖8-8a所示,冷卻水由頂部加入,依次流過各淋水板的小孔或溢流堰,在和從底部進(jìn)入并逆流上升的二次蒸汽直接接觸的過程中,使二次蒸汽不斷冷凝,并從氣壓管排出,不凝結(jié)氣體由上端排出進(jìn)入氣液分離器,將液滴分離后,再被抽真空裝置吸取排入大氣中。在這種冷凝器中,氣、液兩相各自分別排出,故稱干式;冷卻水與二次蒸汽逆向運(yùn)動(dòng),又稱之為逆流;其氣壓管需要有大于10m的足夠高度,才能使冷凝液克服大氣壓自動(dòng)流至地溝,所以全稱為干式逆流高位冷凝器。該冷凝器體是一個(gè)用鋼板制成的圓筒,直徑約為400~2000mm,高度1200~5000mm,內(nèi)部裝有3~8塊淋水板,淋水板上有小孔或?yàn)闊o孔式的溢流堰,孔眼直徑為2~5mm,淋水板的面積以占冷凝器截面積的60%~75%為宜。第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用4.真空濃縮裝置輔助設(shè)備(3)冷凝器第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備圖8-8冷凝器示意圖a)干式逆流高位冷凝器1—外殼2—進(jìn)水口3、8—?dú)鈮汗?—蒸汽進(jìn)口5—淋水板6—不凝性氣體管7—分離器b)水力噴射器1—冷水進(jìn)口2—水室3—噴嘴4—吸氣室5—二次蒸汽進(jìn)口6—圓錐形導(dǎo)向板7—支腳8—混合室9—喉管10—擴(kuò)散管11—排水管12—冷卻水出口二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用4.真空濃縮裝置輔助設(shè)備(3)冷凝器2)低水位冷凝器:低水位冷凝器與干式高位逆流冷凝器相似,但為了降低設(shè)備的高度(主要是“氣壓腿”的高度),其冷凝水的排出需借助于抽水泵來完成,且抽吸壓頭相當(dāng)于大氣壓真空腿的降低高度,方便于安裝在室內(nèi)。但它要求配置的抽水泵必須具備允許的真空吸頭,管路嚴(yán)密,以免發(fā)生冷卻水倒吸入濃縮鍋,使投資費(fèi)用增加。3)水力噴射式冷凝器:該冷凝器是一種兼具冷凝和抽真空作用的冷凝器,由水力噴射器和水泵組成,結(jié)構(gòu)如圖8-8b所示,由噴嘴、吸氣室、混合室和擴(kuò)散室組成。工作時(shí),高壓水以15~30m/s的速度從噴嘴的小口射入混合室及擴(kuò)散室,從而在噴嘴出口處,形成一個(gè)低壓區(qū)域,不斷地吸入二次蒸汽,將二次蒸汽凝結(jié)為冷凝水,不凝結(jié)氣體也隨冷卻水一同排出,達(dá)到冷凝與抽真空的作用。

噴嘴直徑一般在16~20mm之間,以一定的傾斜角呈同心圓排列,一般1~3周,為防止高速水流的沖擊作用,在吸氣室內(nèi)安裝有流體導(dǎo)向板,對水流起到緩沖和分配作用。第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用5.多效蒸發(fā)設(shè)備的流程(1)并流法

溶液與蒸汽的流動(dòng)方向相同稱并流,均為第一效順序至末效的操作方法,如圖8-9a所示,在食品工業(yè)中最為常用。由于后一效蒸發(fā)室的壓力較前一效為低,所以各效之間料液的流動(dòng)不需要用泵來輸送;此外,由于前一效物料的沸點(diǎn)較后一效的高,因此,當(dāng)料液從前一效進(jìn)入后一效時(shí),即達(dá)到過熱狀態(tài)而立即自行蒸發(fā)(閃蒸),可以產(chǎn)生更多的二次蒸汽,能使該效的后一效蒸發(fā)更多的溶液。但是,正因?yàn)楹笠恍У奈锪蠝囟容^前一效的低,且是濃縮液,因而粘度會(huì)增加,對于粘度隨濃度的增加而增加很快的料液不太適用,應(yīng)當(dāng)采取逆流法操作。第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用5.多效蒸發(fā)設(shè)備的流程(1)并流法第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備圖8-9多效濃縮設(shè)備的流程a)并流法b)逆流法c)平流法二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用5.多效蒸發(fā)設(shè)備的流程(2)逆流法

溶液與蒸汽的流動(dòng)方向相反稱逆流,即加熱蒸汽的流向仍是第一效順序至末效,而料液由末效流入,再經(jīng)泵輸送入前一效,濃縮液最后由第一效排出。逆流法與并流法相反,當(dāng)料液的濃度越大時(shí),其蒸發(fā)的溫度也越高,因此,各效料液都不致出現(xiàn)粘度太大的情況,傳熱系數(shù)高。但由于各效應(yīng)力差的關(guān)系,除了進(jìn)入末效的溶液外,效與效之間均需用泵輸送料液,且各效進(jìn)料溫度(末效除外)都較沸點(diǎn)低,因而產(chǎn)生的二次蒸汽量減少,參照圖8-9b。(3)錯(cuò)流法

錯(cuò)流法是一種在各效間兼用并流和逆流加料的方法,例如在三效蒸發(fā)設(shè)備中,溶液的流向可采用2→3→1或3→1→2的方法,兼取了并流法和逆流法的優(yōu)點(diǎn),但操作上稍顯復(fù)雜。(4)平流法

平流法是一種原料液向每效加入,而濃縮液自每效放出的濃縮操作方法,溶液在各效間的濃度均相同,適合于在蒸發(fā)過程中同時(shí)有結(jié)晶析出的場合,如圖8-9c所示。第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備二、真空濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用6.真空蒸發(fā)濃縮的應(yīng)用

多功能真空蒸發(fā)濃縮機(jī)械常常是集常壓常溫提取、高壓高溫提取、低溫真空提取、萃取、蒸餾、分離、回收、濃縮、制膏等手段于一體,更適用于高粘度狀態(tài)物料的傳熱蒸發(fā)?？捎糜谥扑?、食品、化工等行業(yè)對料液的濃縮、蒸餾及有機(jī)溶媒的回收等工藝。真空蒸發(fā)可適用于兩種分離方法,一是對常壓中如果加熱到沸騰有可能被分解的物質(zhì),利用在減壓(真空)中物質(zhì)的沸點(diǎn)下降現(xiàn)象的分離法;二是對雖是易分解的有機(jī)混合物但因沸點(diǎn)高而在常壓中不便于蒸餾的物質(zhì),利用真空泵減壓并蒸餾的實(shí)驗(yàn)室分離法。上述兩種分離方法不僅能用于實(shí)驗(yàn)試劑、中西藥劑的精制,而且能用于有機(jī)藥品、有機(jī)合成中間原料及油脂等的制造工程中。為濃縮易受熱影響的物質(zhì)或因有空氣而被分解或產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì),應(yīng)使用真空濃縮方式。比如,對天然果汁的濃縮來說,要求維持新鮮的香氣以及使其不產(chǎn)生顏色變化或使其維生素C不被破壞的時(shí)候,為了最大限度地低溫處理需要進(jìn)行真空濃縮。另外濃縮酶制品也可進(jìn)行真空濃縮,既可最大限度地提高物料的濃度和純度,使物料濃縮成膏狀,濃縮時(shí)可產(chǎn)生粉狀物質(zhì),同時(shí)又可保持物料新鮮和活性。第二節(jié)真空濃縮機(jī)械與設(shè)備一、冷凍濃縮的原理與特點(diǎn)1.冷凍濃縮的原理

圖8-10表示了水溶液與冰之間的固液平衡關(guān)系的示意圖。第三節(jié)冷凍濃縮機(jī)械與設(shè)備圖8-10簡單的雙組分相圖一、冷凍濃縮的原理與特點(diǎn)1.冷凍濃縮的原理

圖中E為與冷凍濃縮密切相關(guān)的共晶點(diǎn),相對應(yīng)的TE和ωE分別為溶液的共晶溫度(低共熔溫度)和共晶濃度(低共溶濃度),DE是該溶液的冰點(diǎn)曲線(凍結(jié)線),CE是該溶液的溶解曲線,在水溶液與冰之間的固液平衡關(guān)系中可以看到,由曲線DE、CE和共晶溫度將物料的狀況分為溶液、冰+溶液、溶質(zhì)+溶液和凍結(jié)溶液四個(gè)狀態(tài)區(qū)。在溫度T的狀態(tài)下,冷卻濃度組成為ωA的溶液(其濃度在坐標(biāo)圖上共晶點(diǎn)相對應(yīng)的共晶濃度的左側(cè)),至A點(diǎn)溫度為TA時(shí),如果溶液中有“種冰”(或晶核),則溶液中的一部分水開始會(huì)形成冰晶析出,TA即為該溶液的冰點(diǎn),繼續(xù)冷卻,液態(tài)水剩下的溶液的溶質(zhì)濃度將上升,當(dāng)冷卻至B點(diǎn)時(shí),殘留溶液中的溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加為ωB,其凝固溫度降至TB,過程繼續(xù)沿冰點(diǎn)曲線DE進(jìn)行,直到點(diǎn)E,此時(shí),溶液濃度達(dá)到其共晶濃度ωE,溫度降到共晶溫度TE,溶液開始全部凍結(jié),這就是冷凍濃縮的原理。實(shí)際上,多數(shù)液體食品由于成分的復(fù)雜性,大多沒有明顯的共晶點(diǎn),而且在共晶點(diǎn)遠(yuǎn)未到達(dá)之前,濃縮液的粘度已經(jīng)很高,且濃縮液的體積與冰晶相比很小,不能很好地將兩者分開。與此相反的是,如果溶液的濃度大于該溶液的共晶濃度,在冷卻過程中,物料溫度由F'降至A'后,將沿著CE的溶解曲線進(jìn)行,一邊析出溶質(zhì)一邊下降溫度,直到共晶點(diǎn)E也全部開始凍結(jié),該冷卻的結(jié)果是溶質(zhì)的結(jié)晶析出過程,溶液的濃度將變得更稀。因此,冷凍濃縮與其他濃縮方法的不同點(diǎn)在于,采用該方法時(shí),必須考慮到只有當(dāng)溶液的濃度低于共晶點(diǎn)E相對應(yīng)的共晶濃度時(shí),冷卻的結(jié)果才是冰晶析出而溶液被濃縮,否則是溶液的結(jié)晶過程,是一個(gè)稀釋過程,這也是常規(guī)的冷卻法結(jié)晶過程的一般原理。第三節(jié)冷凍濃縮機(jī)械與設(shè)備一、冷凍濃縮的原理與特點(diǎn)2.冷凍濃縮的工藝

冷凍濃縮可分為冷卻過程、冰結(jié)晶生成與長大的結(jié)晶過程及冰和濃縮液的分離過程。

如果溶液冷卻到平衡狀態(tài)時(shí),溶液中沒有“種冰”(或晶核)的存在,溶液并不會(huì)結(jié)晶,溫度繼續(xù)下降形成過冷液,這是一種不穩(wěn)定的狀態(tài),直到溶液由于外界的干擾(如攪拌、振動(dòng)、植入“種晶”等),或冷卻到某一個(gè)所謂的冰的核化溫度時(shí),在溶液中產(chǎn)生了晶核,這時(shí)其超溶組分才會(huì)結(jié)晶并迅速生長,同時(shí)放出結(jié)晶熱,使溶液溫度升到平衡狀態(tài),其濃度也隨超溶組分的析出而發(fā)生變化。第三節(jié)冷凍濃縮機(jī)械與設(shè)備一、冷凍濃縮的原理與特點(diǎn)3.冷凍濃縮的特點(diǎn)

冷凍濃縮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熱加工方法的加熱蒸發(fā),而是依靠從溶液到冰晶的相際傳遞,因此,對低沸點(diǎn)的芳香物質(zhì)成分可避免因揮發(fā)造成的損失,因而對含揮發(fā)性芳香物質(zhì)的食品采用冷凍濃縮,除成本因素外,其品質(zhì)優(yōu)于蒸發(fā)和膜濃縮加工的產(chǎn)品。冷凍濃縮的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1)工藝對溶液的濃度有要求,冰晶與濃縮液的分離技術(shù)要求高,溶液的粘度越大,分離越困難。2)制成品相對濃度較低,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。3)晶液分離時(shí),部分濃縮液(溶質(zhì))會(huì)因冰晶夾帶而損失。4)生產(chǎn)成本相對較高。第三節(jié)冷凍濃縮機(jī)械與設(shè)備二、冷凍濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用1.冷凍濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)(1)懸浮結(jié)晶法

食品料液的冷凍濃縮大多采用內(nèi)冷式的懸浮結(jié)晶法,即冷卻物料使之形成無數(shù)自由懸浮于母液中的小冰晶,在帶攪拌的低溫罐中長大并不斷排除,使母液濃度增加而實(shí)現(xiàn)濃縮。亦即是結(jié)晶使之產(chǎn)生可以泵送的懸浮液,圖8-11所示的Grenco冷凍濃縮系統(tǒng)是冷凍濃縮的代表。第三節(jié)冷凍濃縮機(jī)械與設(shè)備二、冷凍濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用1.冷凍濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)(1)懸浮結(jié)晶法第三節(jié)冷凍濃縮機(jī)械與設(shè)備圖8-11

Grenco冷凍濃縮系統(tǒng)示意圖1—原料罐2—再結(jié)晶罐(成熟罐)

3、10—循環(huán)泵4—冰晶融解用熱交換器5—洗凈塔6—活塞7—攪拌器8—過濾器9—刮板式熱交換器二、冷凍濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用1.冷凍濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)(2)漸進(jìn)冷凍法

漸進(jìn)冷凍法又稱層狀結(jié)晶法或標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)法,是一種沿冷卻界面形成并成長為整體冰晶的凍結(jié)方法,隨著冰層在冷卻面上生成并成長,界面附近的溶質(zhì)被排除到液相側(cè),液相中的溶質(zhì)濃度將逐漸升高,利用這一現(xiàn)象的濃縮方法稱為漸進(jìn)冷凍濃縮法。

漸進(jìn)冷凍濃縮法最大的特點(diǎn)就是形成一個(gè)整體的冰結(jié)晶,固液界面小,使得濃縮液與冰結(jié)晶的分離相對容易,同時(shí),裝置簡單,控制方便。液相的攪拌速度、冰前沿移動(dòng)速度、凍結(jié)初期的過冷度是影響濃縮效果的主要因素,通過增大料液與傳熱面的接觸面積,促進(jìn)固液界面的物質(zhì)流動(dòng),提高濃縮效果是漸進(jìn)冷凍濃縮工藝研究的重要課題。圖8-12是帶攪拌的漸進(jìn)冷凍濃縮裝置示意圖。它是以攪拌槽側(cè)面作為冷卻傳熱界面來進(jìn)行冷凍濃縮處理。第三節(jié)冷凍濃縮機(jī)械與設(shè)備二、冷凍濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用1.冷凍濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)(2)漸進(jìn)冷凍法第三節(jié)冷凍濃縮機(jī)械與設(shè)備圖8-12帶攪拌的漸進(jìn)濃縮裝置示意圖1—冷卻機(jī)2—過濾器3—攪拌器4—冰層5—冷媒二、冷凍濃縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用2.冷凍濃縮的應(yīng)用

由于冷凍濃縮具有濃縮溫度低,揮發(fā)性芳香物質(zhì)損失少,能耗少的優(yōu)點(diǎn),因而是液體食品及生物制品濃縮的最佳方法之一,該方法還可與其他單元操作組合使用,在國內(nèi)外進(jìn)行了多范圍的研究和初步的利用。與食品相關(guān)的應(yīng)用對象主要包括了啤酒濃縮、橙汁濃縮、果品糖漿、速溶咖啡、葡萄酒濃縮以及海水脫鹽等,還有生化等多個(gè)領(lǐng)域,但真正發(fā)展到應(yīng)用階段的實(shí)例卻較為有限,其主要原因除了設(shè)備投資大和日常的操作及維護(hù)費(fèi)用高以外,還對冰核生成及冰結(jié)晶的成長機(jī)理的研究和數(shù)據(jù)積累不足有很大的關(guān)系,可操作性和操作的穩(wěn)定性較差。隨著人們對產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高以及冷凍濃縮在能耗少方面的特點(diǎn),近來又被引起重視。對于不同的原料,冷凍濃縮的裝置系統(tǒng)及操作條件也不相同,但大致可分類為單級(jí)冷凍濃縮和多級(jí)冷凍濃縮。采用單級(jí)冷凍濃縮裝置可以將濃度為8°~14°Bx的果汁原料濃縮至40°~60°Bx濃縮果汁,產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良;多級(jí)冷凍濃縮則是將上一級(jí)濃縮得到的濃縮液作為下一級(jí)的原料進(jìn)行再次濃縮的冷凍濃縮操作,它較成功地應(yīng)用于速溶咖啡生產(chǎn)領(lǐng)域。第三節(jié)冷凍濃縮機(jī)械與設(shè)備一、真空干燥的基本原理和特點(diǎn)1.真空干燥的基本原理

由于氣壓愈低,水的沸點(diǎn)也愈低,因此,只有在低氣壓條件下才有可能用較低的溫度來干燥物料,當(dāng)壓力低至2~0.1mmHg(或266~13Pa)的高真空度時(shí),物體內(nèi)的水分以冰晶體狀態(tài)直接升華干燥,這就是冷凍干燥,由于高真空干燥裝置的設(shè)備造價(jià)高,操作費(fèi)用大,我們稱之為真空干燥實(shí)際上是在非常稀薄的空氣(低壓)中進(jìn)行,真空干燥時(shí)的干燥速度取決于真空度和物料受熱強(qiáng)度。真空干燥室內(nèi)熱量通常借助傳導(dǎo)或輻射向物料傳遞。2.真空干燥的特點(diǎn)1)物料在干燥過程中的溫度低,避免過熱。水分容易蒸發(fā),干燥時(shí)間短,同時(shí)可使物料形成多孔狀組織,產(chǎn)品的溶解性、復(fù)水性、色澤和口感較好。2)能將物料干燥到很低的水分。3)可用較少的熱能,得到較高的干燥速率,熱量利用經(jīng)濟(jì)。4)適用性強(qiáng),對不同性質(zhì)、不同狀態(tài)的物料均能適應(yīng)。5)與熱風(fēng)干燥相比,真空干燥的控制能達(dá)到較高的精確要求,然而設(shè)備投資和動(dòng)力消耗較大,產(chǎn)量較低。第四節(jié)真空干燥設(shè)備二、真空干燥設(shè)備的主要組件、分類及應(yīng)用1.真空干燥設(shè)備的主要組件

真空干燥系統(tǒng)都由真空室、加熱系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和水蒸氣收集裝置等四種主要組件組合而成,如圖8-13所示。(1)真空室

真空室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要充分考慮外界大氣壓力和內(nèi)壓差,真空室是物料干燥場所,真空室的高度和體積是物料干燥量的限制因素。(2)供熱系統(tǒng)

真空室通常裝有放物料用的擱板或其他支撐物,這些擱板用電熱或循環(huán)液體加熱食品,但對上下層重疊的加熱板來說,上層可以用加熱板,同時(shí)還會(huì)向下層加熱板上的物料輻射熱量,此外,也可以用紅外線、微波以輻射方式將熱量傳送給物料(真空微波干燥)。第四節(jié)真空干燥設(shè)備二、真空干燥設(shè)備的主要組件、分類及應(yīng)用1.真空干燥設(shè)備的主要組件第四節(jié)真空干燥設(shè)備圖8-13真空干燥流程示意圖1—干燥室2—冷凝器3—真空泵二、真空干燥設(shè)備的主要組件、分類及應(yīng)用1.真空干燥設(shè)備的主要組件(3)真空系統(tǒng)

真空系統(tǒng)是指真空的獲得和維持的裝置,包括泵和管道,安裝在真空室的外面。有的用真空泵,有的則用蒸汽噴射泵。(4)水蒸氣收集裝置

冷凝器是收集水蒸氣用的設(shè)備,可裝在真空室外并且還必須裝在真空泵前以免水蒸氣進(jìn)入泵內(nèi)造成污損,用蒸汽噴射泵抽真空時(shí),它不但從真空室內(nèi)抽出空氣而且還同時(shí)將帶出的水蒸氣冷凝,因而一般不再需要裝冷凝器。第四節(jié)真空干燥設(shè)備二、真空干燥設(shè)備的主要組件、分類及應(yīng)用2.真空干燥設(shè)備的分類

真空干燥設(shè)備可分為間歇式和連續(xù)式兩種。(1)間歇式真空干燥

間歇式真空干燥最常用的設(shè)備為擱板式真空干燥設(shè)備(圖8-14),此外,圓筒攪拌型(圖8-15)和雙滾筒型的真空干燥設(shè)備都屬于此類。它們間歇操作,能維持較高真空度,操作時(shí)間較長,適宜各種液狀體、漿質(zhì)體、粉末、塊狀的物料。(2)連續(xù)式真空干燥

連續(xù)真空干燥時(shí),進(jìn)出干燥室的物料連續(xù)不斷地由輸送帶傳送通過。為了保證干燥室內(nèi)的真空度,進(jìn)出料裝置必須有密封性。帶式真空干燥機(jī)是連續(xù)式的,有單層輸送帶和多層輸送帶之分,圖8-16所示為單層帶式真空干燥機(jī)示意圖,該機(jī)是由一連續(xù)的不銹鋼帶、加熱滾筒、冷卻筒、輻射元件、真空系統(tǒng)和加料閉風(fēng)裝置等組成。干燥機(jī)的供料口位于下方鋼帶上,靠一個(gè)供料滾筒不斷將物料撒在鋼帶的表面,由鋼帶在移動(dòng)中帶動(dòng)料層進(jìn)入下方的紅外線加熱區(qū),使料層因內(nèi)部產(chǎn)生的水蒸氣而膨松成多孔狀態(tài),使之與加熱滾筒接觸前已具有膨松骨架。經(jīng)過滾筒加熱后,再一次由位于上方的紅外線進(jìn)行干燥,達(dá)到水分含量要求后,繞過冷卻滾筒驟冷,使料層變脆,再由刮刀刮下排出。第四節(jié)真空干燥設(shè)備二、真空干燥設(shè)備的主要組件、分類及應(yīng)用2.真空干燥設(shè)備的分類第四節(jié)真空干燥設(shè)備圖8-14擱板式真空干燥設(shè)備1—真空表2—抽氣口3—壓力表4—安全閥5—加熱蒸汽進(jìn)閥6—冷卻水排出閥7—疏水器8—冷卻水進(jìn)閥二、真空干燥設(shè)備的主要組件、分類及應(yīng)用2.真空干燥設(shè)備的分類第四節(jié)真空干燥設(shè)備圖8-15圓筒攪拌型真空干燥器1—?dú)んw2、3—耙齒(左向)

4—傳動(dòng)器5—壓緊圈6—封頭7—填料8—壓蓋9—軸承10—無縫鋼管11—耙齒(右向)二、真空干燥設(shè)備的主要組件、分類及應(yīng)用2.真空干燥設(shè)備的分類第四節(jié)真空干燥設(shè)備圖8-16單層帶式真空干燥機(jī)1—冷卻滾筒2—脫氣器3—輻射元件4—加熱滾筒5—接真空系統(tǒng)6—進(jìn)料閉風(fēng)裝置7—排料閉風(fēng)裝置二、真空干燥設(shè)備的主要組件、分類及應(yīng)用2.真空干燥設(shè)備的分類

干燥機(jī)內(nèi)的真空維持是靠進(jìn)、排料閉風(fēng)裝置密封,而真空的獲得由真空系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

這種帶式真空干燥機(jī)適用于橙汁、番茄汁、牛奶、速溶茶和速溶咖啡等物料的干燥。若在被干燥物料中加入碳酸銨之類的膨松劑或在高壓下充入氮?dú)?干燥時(shí)物料會(huì)形成氣泡而膨松,可以制取高膨化制品。

多層帶式真空干燥機(jī)如圖8-17所示,它由干燥室、加熱與冷卻系統(tǒng)、原料供給與輸送系統(tǒng)等部分組成。

帶式真空干燥機(jī)分為蒸汽加熱,熱水加熱和冷卻三個(gè)區(qū)域,加熱區(qū)域又分為四或五段,第一、二段用蒸汽加熱為恒速干燥段,第三、四段為減速干燥,第五段為制品均質(zhì)段,都用熱水加熱。按原料性質(zhì)和干燥工藝要求,各段的加熱溫度可以調(diào)節(jié)。原料在輸送帶上邊移動(dòng)邊蒸發(fā)水分,干燥后形成泡沫片狀物品,然后通過冷卻后,再進(jìn)入粉碎機(jī)粉碎成顆粒狀制品,由排出裝置卸出。干燥室內(nèi)的二次蒸汽用冷凝器縮成水排出。

這種干燥設(shè)備的特點(diǎn)是干燥時(shí)間短,約5~25min,能形成多孔狀制品,物料在干燥過程中能避免混入異物,防止污染,可以直接干燥高濃度、高粘度的物料,并可簡化工序,節(jié)約熱量。第四節(jié)真空干燥設(shè)備二、真空干燥設(shè)備的主要組件、分類及應(yīng)用2.真空干燥設(shè)備的分類第四節(jié)真空干燥設(shè)備圖8-17多層帶式真空干燥機(jī)1—溶液箱2—干燥機(jī)本體3—冷凝器4—溶劑回收裝置5—真空泵6—成品收集箱7—泵8—溫水箱9—溶液供給泵二、真空干燥設(shè)備的主要組件、分類及應(yīng)用3.真空干燥設(shè)備的應(yīng)用

真空干燥技術(shù)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、外觀、風(fēng)味和營養(yǎng)成分在高溫條件下容易發(fā)生變化或分解的食品,干燥后的產(chǎn)品的速溶性和品質(zhì)較好。如各種脫水蔬菜(胡蘿卜、蔥等)的湯料;速溶湯混合物;果汁型固體飲料;豆、肉、乳各類干制品;麥乳晶;速溶麥片、各種干酵母和酶;天然維生素混合物等。近幾年來,將真空技術(shù)與微波加熱技術(shù)及其他干燥技術(shù)相結(jié)合,出現(xiàn)了一些新的真空干燥裝置類型。從而克服了傳統(tǒng)的真空干燥裝置加熱速度慢且不夠均勻等缺點(diǎn)。如微波真空干燥是將微波技術(shù)和真空技術(shù)有機(jī)地結(jié)合,充發(fā)發(fā)揮微波加熱快和均勻,真空條件下水汽化點(diǎn)低的特點(diǎn)。微波真空干燥技術(shù)已由實(shí)驗(yàn)室推向工業(yè)化生產(chǎn),這種技術(shù)很適合于熱敏性食品的深加工,是一項(xiàng)很有前途的干燥技術(shù)。第四節(jié)真空干燥設(shè)備一、噴霧干燥的基本原理及特性1.噴霧干燥的基本原理

噴霧干燥的原理如圖8-18所示。在干燥塔內(nèi)充滿熱空氣氣流,液狀物料通過塔頂?shù)撵F化器霧化成直徑為10~100μm的霧滴,從而大大增大了表面積,液滴與熱風(fēng)氣流接觸后,在瞬間(0.01~0.04s)進(jìn)行強(qiáng)烈的熱交換和質(zhì)交換,水分迅速被蒸發(fā)并被空氣帶走,產(chǎn)品干燥后形成微細(xì)粉末,由于重力作用,大部分沉降于底部進(jìn)行產(chǎn)品收集。熱風(fēng)與霧滴接觸后溫度顯著降低,濕度增大,作為廢氣由排風(fēng)機(jī)抽出,廢氣中夾帶的少量微粒用回收裝置回收。

噴霧干燥是一個(gè)熱交換和質(zhì)交換的過程,包括霧化后液料微粒表面水分的汽化,以及微粒內(nèi)部水分不斷向表面擴(kuò)散的過程,一般可分為三個(gè)階段,預(yù)熱階段、等速階段和減速階段。在預(yù)熱階段,霧滴升到一定溫度以便干燥,這一階段在干燥熱敏性物料的高塔設(shè)備更能體現(xiàn)出來。在等速階段,水分蒸發(fā)在液滴表面發(fā)生,蒸發(fā)速度取決于周圍熱風(fēng)和液滴的溫度差,溫差越大蒸發(fā)速度越快,此時(shí)水分通過微粒的擴(kuò)散速度大于蒸發(fā)速度。當(dāng)擴(kuò)散速度降低而不能再維持微粒表面的水分飽和值時(shí)蒸發(fā)速度開始減慢,干燥進(jìn)入減速階段,在減速階段中,熱交換與質(zhì)交換仍在進(jìn)行,即微粒進(jìn)一步失去水分,同時(shí)微粒本身溫度也在升高,因此,最后干燥出來的產(chǎn)品具有一定的溫度。第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備一、噴霧干燥的基本原理及特性1.噴霧干燥的基本原理第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備圖8-18噴霧干燥原理圖一、噴霧干燥的基本原理及特性2.噴霧干燥的特點(diǎn)(1)優(yōu)點(diǎn)1)干燥速度快。料液霧化后,表面積增大至萬倍以上,例如將1L料液霧化成直徑為50μm的霧滴,其表面積可增大至120m2,在熱風(fēng)氣流中可瞬間(0.01~0.04s)蒸發(fā)95%~98%的水分,完成干燥時(shí)間一般僅需5~40s左右。2)產(chǎn)品質(zhì)量好。噴霧干燥使用溫度范圍廣(80~800°C),即使采用高溫?zé)犸L(fēng),由于熱交換主要用于蒸發(fā)物料水分,故排風(fēng)溫度仍不會(huì)很高,干燥產(chǎn)品質(zhì)量較好,不容易發(fā)生蛋白質(zhì)變性,維生素?fù)p失,氧化等缺陷,例如牛乳粉加工中熱敏性Vc只損失5%左右。因此,特別適合于易分解、變性的熱敏性食品加工。同時(shí),由于干燥過程是在熱空氣中完成的,產(chǎn)品基本上能保持與霧滴相近似的空心顆?；蚴杷蓤F(tuán)粒,具有良好的分散性、流動(dòng)性和溶解性。第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備一、噴霧干燥的基本原理及特性2.噴霧干燥的特點(diǎn)(1)優(yōu)點(diǎn)3)工藝簡單、控制方便。料液中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常為40%~60%,有些特殊料液水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)90%,也可不經(jīng)過濃縮,一次干燥直接獲得粉末狀或微細(xì)顆粒狀產(chǎn)品,可省去一些蒸發(fā)、結(jié)晶、分離、粉碎及篩選等工藝過程,簡化了生產(chǎn)工藝流程。通過改變原料的濃度、熱風(fēng)溫度、噴霧條件等,可獲得不同水分和粒度的產(chǎn)品,易于操作,控制方便,由于噴霧干燥在全封閉的干燥塔進(jìn)行,干燥室具有一定負(fù)壓,因而既保證了衛(wèi)生條件又避免粉塵飛揚(yáng)。4)生產(chǎn)率高。噴霧干燥能適應(yīng)于連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn),物料可連續(xù)進(jìn)料連續(xù)排料,結(jié)合冷卻器和風(fēng)力輸送,組成連續(xù)的生產(chǎn)作業(yè)線。操作人員少,勞動(dòng)強(qiáng)度低。第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備一、噴霧干燥的基本原理及特性2.噴霧干燥的特點(diǎn)(2)缺點(diǎn)1)設(shè)備較復(fù)雜,占地面積大,一次性投資較多。2)能耗大,熱效率不高,動(dòng)力消耗大。當(dāng)熱風(fēng)溫度低于150°C時(shí),傳熱系數(shù)低[ha=23~116W/(m2·K)],蒸發(fā)強(qiáng)度僅達(dá)到2.5~4.0kg/(m2·h),熱效率一般約為30%~40%。3)在生產(chǎn)粒徑小的產(chǎn)品時(shí),廢氣中約夾帶有20%左右的微粒,需選用高效的分離裝置,附屬裝置比較復(fù)雜,費(fèi)用較貴。4)干燥室內(nèi)壁易于粘附產(chǎn)品微粒,腔體體積大,設(shè)備的清洗工作量大。第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備二、噴霧干燥裝置的主要組件、分類及應(yīng)用1.噴霧干燥裝置的主要組件(1)壓力式霧化器

壓力式霧化器的霧化機(jī)理是,利用高壓泵,使料液獲得很高的壓力(2~20MPa),從直徑為0.5~6mm的噴嘴中噴出,由于壓力大,噴嘴小,料液瞬時(shí)霧化成直徑很微小的霧滴。料液的分散度取決于噴嘴的結(jié)構(gòu)、料液的流出速度和壓力、料液的物理性質(zhì)(表面張力、粘度、密度等)。

壓力式霧化器俗稱壓力噴嘴,其結(jié)構(gòu)形式較多,以旋渦式壓力噴嘴和離心式壓力噴嘴較為常用,結(jié)構(gòu)上共同特點(diǎn)是使液體做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),獲得離心慣性力,然后從噴嘴高速噴出。(2)離心式霧化器

離心式霧化器的霧化機(jī)理是借助高速轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生離心力,將料液高速甩出成薄膜、細(xì)絲,并受到腔體空氣的摩擦和撕裂作用而霧化,噴霧的均勻性隨著圓盤轉(zhuǎn)速的增加而提高。

離心式霧化器的結(jié)構(gòu)形式較多,常見的有光滑圓盤、多葉圓盤、多管圓盤、多層圓盤,另外還有噴槍形、錐形和圓帽形。第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備二、噴霧干燥裝置的主要組件、分類及應(yīng)用1.噴霧干燥裝置的主要組件(3)氣流式霧化器

氣流式霧化器的霧化機(jī)理是利用料液在噴嘴出口處與高速運(yùn)動(dòng)(一般為200~300m/s)的蒸汽或壓縮空氣相遇,由于料液速度小,而氣流速度大,兩者存在相當(dāng)高的相對速度,液膜被拉成絲狀,然后分裂成細(xì)小的霧滴,霧滴大小取決于相對速度和料液的粘度,相對速度越高,粘度越小,霧滴越細(xì);料液的分散度取決于氣體的噴射速度,料液和氣體的物理性質(zhì),霧化器的幾何尺寸以及氣流量之比。

三種霧化器各有特點(diǎn),其優(yōu)缺點(diǎn)見表8-1,在工業(yè)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中可根據(jù)物料性質(zhì)和工藝要求選取,三種霧化器生產(chǎn)情況比較見表8-2。第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備二、噴霧干燥裝置的主要組件、分類及應(yīng)用1.噴霧干燥裝置的主要組件(3)氣流式霧化器第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備表8-1三種霧化器優(yōu)缺點(diǎn)比較二、噴霧干燥裝置的主要組件、分類及應(yīng)用1.噴霧干燥裝置的主要組件(3)氣流式霧化器第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備表8-2三種霧化器生產(chǎn)情況的比較二、噴霧干燥裝置的主要組件、分類及應(yīng)用2.噴霧干燥器的分類(1)按生產(chǎn)流程分類1)開放式噴霧干燥器:開放式噴霧干燥器如圖8-19所示。開放式噴霧干燥器的特點(diǎn)在于載熱體(例如熱空氣)在這個(gè)系統(tǒng)中只使用一次就排入大氣中,不再循環(huán)使用,結(jié)構(gòu)簡單,適用于廢氣中濕含量較高、無毒無臭氣體,缺點(diǎn)是載熱體消耗量大。

2)封閉循環(huán)式噴霧干燥器:封閉循環(huán)式噴霧干燥器如圖8-20所示。封閉循環(huán)式噴霧干燥器的特點(diǎn)是載熱體在這個(gè)系統(tǒng)中組成一個(gè)封閉的循環(huán)回路,有利于節(jié)約載熱體,回收有機(jī)溶劑,防止污染大氣,載熱體大多使用惰性氣體(如氮、二氧化碳等)。3)自惰循環(huán)式噴霧干燥器:自惰循環(huán)式噴霧干燥器如圖8-21所示。自惰就是在系統(tǒng)中有一個(gè)自制惰性氣體的裝置,在這個(gè)裝置中,引入空氣和可燃?xì)怏w進(jìn)行燃燒,將空氣中的氧氣消耗掉,剩下氮和二氧化碳作為干燥介質(zhì)。4)半封閉循環(huán)式噴霧干燥器:半封閉循環(huán)式噴霧干燥器如圖8-22所示。半封閉循環(huán)式噴霧干燥器的特點(diǎn)是介于開放式和封閉循環(huán)式之間,例如在對單細(xì)胞蛋白、酶母、菌絲體等料液干燥時(shí),會(huì)蒸發(fā)出水分和一些異味氣體。系統(tǒng)中有一個(gè)溫度較高的燃燒器,能將混合在干燥介質(zhì)中的異味氣體在排入大氣之前燃燒掉,防止對大氣的污染。第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備二、噴霧干燥裝置的主要組件、分類及應(yīng)用2.噴霧干燥器的分類(1)按生產(chǎn)流程分類第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備圖8-19開放式噴霧干燥器1—空氣過濾器2—空氣加熱器3—精過濾器4—物料過濾器5—?dú)饬魇届F化器6—旋風(fēng)除塵器7—干燥塔二、噴霧干燥裝置的主要組件、分類及應(yīng)用2.噴霧干燥器的分類(1)按生產(chǎn)流程分類第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備圖8-20封閉循環(huán)式噴霧干燥器1—干燥塔2—分離器3—加熱器4—冷凝器二、噴霧干燥裝置的主要組件、分類及應(yīng)用2.噴霧干燥器的分類(1)按生產(chǎn)流程分類第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備圖8-21自惰循環(huán)式噴霧干燥器1—干燥塔2—旋風(fēng)除塵器3—燃燒器4—放氣緩沖裝置5—冷凝器二、噴霧干燥裝置的主要組件、分類及應(yīng)用2.噴霧干燥器的分類(1)按生產(chǎn)流程分類第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備圖8-22半封閉循環(huán)式噴霧干燥器1—循環(huán)風(fēng)路2—干燥塔3—旋風(fēng)除塵器4—燃燒器5—部分排放出口6—冷凝器7—風(fēng)送旋風(fēng)除塵器二、噴霧干燥裝置的主要組件、分類及應(yīng)用2.噴霧干燥器的分類(2)按噴霧和氣體流動(dòng)方向分類1)并流型噴霧干燥器:并流型噴霧干燥器是工業(yè)上常用的基本形式,如圖8-23所示。并流型噴霧干燥器的特點(diǎn)是在噴霧干燥室內(nèi),料液霧滴與熱風(fēng)的運(yùn)行路線相同。由于熱風(fēng)進(jìn)入干燥室立即與料液霧滴相接觸,室內(nèi)溫度驟降,不會(huì)使干燥物料受熱過度,可以采用較高的進(jìn)風(fēng)溫度來干燥而不影響產(chǎn)品的質(zhì)量,排出產(chǎn)品的溫度取決于排風(fēng)溫度,因此適宜于熱敏性物料的干燥,在食品工業(yè)中,牛奶、果汁、雞蛋液等物料的干燥,絕大多數(shù)采用并流型噴霧干燥。第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備二、噴霧干燥裝置的主要組件、分類及應(yīng)用2.噴霧干燥器的分類(2)按噴霧和氣體流動(dòng)方向分類第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備圖8-23并流型噴霧干燥器a)、b)垂直下降并流型c)垂直上升并流型d)水平并流型二、噴霧干燥裝置的主要組件、分類及應(yīng)用2.噴霧干燥器的分類(2)按噴霧和氣體流動(dòng)方向分類2)逆流型噴霧干燥器:逆流型噴霧干燥器如圖8-24所示。逆流型噴霧干燥器的特點(diǎn)是在噴霧干燥室內(nèi),料液霧滴與熱風(fēng)的運(yùn)行方向相反,一般是熱風(fēng)從干燥塔下部吹入,霧滴從干燥塔上面噴下,高溫?zé)犸L(fēng)進(jìn)入干燥室首先與即將完成干燥的粒子接觸,使內(nèi)部水分含量達(dá)到較低的程度,物料在干燥室內(nèi)懸浮時(shí)間較長,適宜于含水量高的物料干燥。逆流干燥的缺點(diǎn)是干燥后的成品在下降過程中,仍與高溫?zé)釟饬鞅３纸佑|,因而易使產(chǎn)品過熱而焦化,故不適合熱敏性物料的干燥。第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備二、噴霧干燥裝置的主要組件、分類及應(yīng)用2.噴霧干燥器的分類(2)按噴霧和氣體流動(dòng)方向分類第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備圖8-24逆流型噴霧干燥器二、噴霧干燥裝置的主要組件、分類及應(yīng)用2.噴霧干燥器的分類(2)按噴霧和氣體流動(dòng)方向分類3)混合型流型噴霧干燥器:混合型流型噴霧干燥器如圖8-25所示。混合流型噴霧干燥器的特點(diǎn)是在干燥室內(nèi),霧滴與熱風(fēng)的運(yùn)動(dòng)方向呈不規(guī)則的狀態(tài),兩者方向不一致,也不相反,其干燥性能介于并流和逆流之間,液滴運(yùn)動(dòng)軌跡較大,氣流與物料充分接觸,脫水效率較高,耗熱量較少,適用于不易干燥的物料,產(chǎn)品有時(shí)與濕的熱空氣流接觸,故干燥不均勻。如果設(shè)計(jì)不好,往往會(huì)引起氣流分布不均勻,內(nèi)壁局部粘粉嚴(yán)重。第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備二、噴霧干燥裝置的主要組件、分類及應(yīng)用2.噴霧干燥器的分類(2)按噴霧和氣體流動(dòng)方向分類第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備圖8-25混合流型噴霧干燥器二、噴霧干燥裝置的主要組件、分類及應(yīng)用2.噴霧干燥器的分類(3)按霧化方法分類

根據(jù)噴霧干燥設(shè)備所使用的霧化器分為壓力式噴霧干燥器(圖8-26)、離心式噴霧干燥器(圖8-27)、氣流式噴霧干燥器(圖8-28),其干燥特點(diǎn)與霧化器的工作原理相關(guān)。食品工業(yè)上應(yīng)用的噴霧干燥器以壓力式和離心式為主。氣流式應(yīng)用范圍較小,這是由于氣流式動(dòng)力消耗大,經(jīng)濟(jì)上不合理,主要用于試驗(yàn)用噴霧干燥器。第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備二、噴霧干燥裝置的主要組件、分類及應(yīng)用2.噴霧干燥器的分類(3)按霧化方法分類第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備圖8-26壓力式噴霧干燥器1—收集器2—冷卻空氣入口3—蒸汽加熱器4—噴嘴5—干燥塔6—過濾空氣入口7—溫度記錄儀8—調(diào)節(jié)閥9—主旋風(fēng)除塵器

10—排風(fēng)機(jī)11—風(fēng)機(jī)12—旋風(fēng)分離器

13—產(chǎn)品儲(chǔ)器二、噴霧干燥裝置的主要組件、分類及應(yīng)用2.噴霧干燥器的分類(3)按霧化方法分類第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備圖8-27離心式噴霧干燥器1—風(fēng)力粉末收集器2—原料供應(yīng)泵3—儀器板4—干燥室5—空氣加熱器6—空氣分配器7—離心式霧化器8—排風(fēng)機(jī)9—旋風(fēng)除塵器

10—回轉(zhuǎn)排風(fēng)閥11—風(fēng)力粉末冷卻器

12—帶有排出閥的旋風(fēng)除塵器二、噴霧干燥裝置的主要組件、分類及應(yīng)用2.噴霧干燥器的分類(3)按霧化方法分類第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備圖8-28氣流式噴霧干燥器二、噴霧干燥裝置的主要組件、分類及應(yīng)用2.噴霧干燥器的分類(3)按霧化方法分類

噴霧干燥設(shè)備類型很多,大型設(shè)備為塔式噴霧干燥機(jī),并附有冷卻器和振動(dòng)流化床等裝置,較為典型的有筑式平底型噴霧干燥機(jī),帶冷卻器的塔式噴霧干燥機(jī)、離心、噴霧干燥機(jī)、尼羅離心噴霧干燥機(jī)等等。國產(chǎn)的K-7型單噴嘴二級(jí)噴霧干燥機(jī)是將噴霧干燥和沸騰干燥及冷卻相結(jié)合的二級(jí)干燥法的設(shè)備,采用單噴頭立式順流壓力噴霧塔,結(jié)構(gòu)如圖8-29所示。

第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備二、噴霧干燥裝置的主要組件、分類及應(yīng)用2.噴霧干燥器的分類(3)按霧化方法分類

第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備圖8-29

K-7型單噴嘴二級(jí)噴霧干燥機(jī)流程圖1、12、21、26—空氣過濾器2、11—鼓風(fēng)機(jī)3—蒸汽加熱器4—熱風(fēng)管5—干燥塔6—均風(fēng)板7—噴嘴8—冷風(fēng)道9—沖洗水管10、24—空氣冷卻器

13—排風(fēng)機(jī)14—旋風(fēng)分離器15—受粉器16—鼓形閥17—細(xì)粉管道18—流化速溶器19—振動(dòng)篩20—電磁振動(dòng)喂料器22—附聚風(fēng)機(jī)

23—二次干燥風(fēng)機(jī)25—冷卻回風(fēng)機(jī)二、噴霧干燥裝置的主要組件、分類及應(yīng)用3.噴霧干燥設(shè)備應(yīng)用

噴霧干燥作為現(xiàn)代對流干燥方法之一被廣泛地應(yīng)用于化工、食品、生物、制藥等工業(yè)部門中,用于干燥真溶液、膠體溶液、懸濁液、乳濁液、漿狀料和可流動(dòng)的膏狀料,特別是用來干燥乳與乳制品、蛋、果汁、飼料、酵母、維生素、酶制劑、血液和血漿代用品、番茄制品、咖啡及咖啡伴侶、粉末油脂等。第五節(jié)噴霧干燥機(jī)械與設(shè)備一、沸騰干燥的基本原理與特點(diǎn)1.沸騰干燥的基本原理(1)固定床

當(dāng)流體(熱空氣)速度較低時(shí),在床層中固體顆粒雖與流體相接觸,但固體顆粒的相對位置不發(fā)生變化,這時(shí)固體顆粒的狀態(tài)稱為固定床。(2)流化床

當(dāng)固定床階段的流體速度逐漸增加,固體顆粒就會(huì)產(chǎn)生相互間的位置移動(dòng),若再增加流體速度,而床層的壓力損失保持不變,固體顆粒在床層中就會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則的運(yùn)動(dòng),這時(shí)床層狀態(tài)就處于流態(tài)化,即為流化床。(3)氣流輸送

隨著流體速度的增加,固體顆粒運(yùn)動(dòng)則更為劇烈,當(dāng)流體流速超出固體顆粒的沉降速度時(shí),固體顆粒就不能繼續(xù)停留在容器內(nèi),而被氣流帶出容器,床層內(nèi)的固體顆粒密度降低,因此這時(shí)也稱為稀相流化床。第六節(jié)沸騰干燥機(jī)械與裝備一、沸騰干燥的基本原理與特點(diǎn)2.沸騰干燥的特點(diǎn)(1)優(yōu)點(diǎn)1)物料與干燥介質(zhì)接觸面大,攪拌激烈,熱容量大,熱傳導(dǎo)效果好,設(shè)備的效率高。2)干燥速度快,物料在設(shè)備內(nèi)停留時(shí)間短,適宜于熱敏性物料的干燥。3)物料在干燥室內(nèi)的停留時(shí)間可由出料口控制,故容易控制成品的含水率。4)裝量簡單,設(shè)備造價(jià)低,本身無機(jī)械運(yùn)動(dòng)裝置,保養(yǎng)容易,維修費(fèi)用低。(2)缺點(diǎn)1)對被干燥物料的粒度有一定的限制,一般要求顆粒細(xì)度在40μm~6mm范圍內(nèi)。2)對易結(jié)塊物料容易產(chǎn)生與設(shè)備間的粘結(jié)。3)單層流化床難于保證干燥均勻,故需設(shè)置多層,使設(shè)備的高度大為增加。第六節(jié)沸騰干燥機(jī)械與裝備二、流化床干燥器的主要組件、分類和應(yīng)用1.流化床干燥器的組件

流化床干燥器主要有熱風(fēng)系統(tǒng)(空氣過濾器、鼓風(fēng)機(jī)、加熱器、氣體預(yù)分布器等)、進(jìn)料系統(tǒng)(帶式輸送機(jī)、加料器等)、流化床系統(tǒng)(分布板、干燥器等)、分離系統(tǒng)(抽風(fēng)機(jī)、料倉、下料器、施風(fēng)除塵器等)以及卸料管等裝置組成,其中加料器有三種形式:旋轉(zhuǎn)加料管、散布柵和散布錐(圖8-30)。第六節(jié)沸騰干燥機(jī)械與裝備圖8-30三種加料器結(jié)構(gòu)二、流化床干燥器的主要組件、分類和應(yīng)用2.流化床干燥器的分類

按被干燥的物料分類:①粒狀物料;②膏狀物料;③懸浮液和溶液等具有流動(dòng)性的物料。按操作情況分類:①間歇式;②連續(xù)式。

按設(shè)備結(jié)構(gòu)形式分類:①單層流化床干燥器;②多層流化床干燥器;③臥式多室流化床干燥器;④噴動(dòng)干燥器;⑤脈沖流化床干燥器;⑥振動(dòng)流化床干燥器;⑦惰性粒子流化床干燥室;⑧錐形流化床干燥器。下面介紹幾種流化床干燥器的形式。(1)單層流化床干燥器

單層沸騰干燥流程如圖8-31所示。單層流化床干燥器結(jié)構(gòu)最為簡單,操作方便,生產(chǎn)能力大,應(yīng)用較廣泛。單層流化床干燥器一般使用于床層顆粒靜止高度低于300~400mm的情況下,根據(jù)被干燥介質(zhì)的不同,生產(chǎn)能力可達(dá)每平方米分布板從物料中干燥水分500~1000kg/h,其