1、第八章食品濃縮機械與設備，郭，湖南農業(yè)大學食品科學與技術學院。濃度正在向低溫、快速和連續(xù)的方向發(fā)展。濃縮是從溶液中除去部分溶劑的單元操作。在濃縮操作中，物料中液體蒸發(fā)產生的蒸汽稱為二次蒸汽，以區(qū)別于加熱蒸汽。二次蒸汽必須通過冷凝等方法不斷排出，否則，蒸汽和進料液逐漸趨于平衡，這將使蒸發(fā)操作無法進行。平衡濃縮、不平衡濃縮、冷凍濃縮、蒸發(fā)濃縮、常壓蒸發(fā)和真空濃縮以及食品濃縮被用作干燥預處理以減少產品的加工熱消耗。提高產品質量。改善產品的保存。減少產品的體積和重量，方便運輸。濃縮被用作某些結晶操作的預處理。果汁中芳香物質的提取。真空蒸發(fā)的優(yōu)點加熱的蒸汽和沸騰的液體之間的溫差可以增加。低壓蒸汽或廢蒸汽

2、可用作加熱蒸汽。它有利于保存食物的營養(yǎng)、顏色、風味和味道。運行溫度低，熱損失少。真空蒸發(fā)的缺點真空濃縮需要真空泵系統(tǒng)來增加輔助機械和功率。蒸發(fā)潛熱隨著沸點的降低而增加，所以耗熱量很大。第1節(jié)真空濃縮設備，循環(huán)自然循環(huán)強制循環(huán)單程序，1。真空濃縮設備的分類和選擇，(1)分級，單效濃縮設備，多效濃縮設備，帶熱泵的濃縮設備，根據(jù)料液的過程，根據(jù)料液蒸發(fā)的分布狀態(tài)，無膜膜式，盤管濃縮器，中心循環(huán)管式濃縮器，蒸發(fā)器：升膜式，熱敏酶，果蔬汁，低溫短時或高溫瞬時(薄膜或高真空蒸發(fā)器)，結垢，高流速(升膜或強制循環(huán)式)， 電磁或化學防垢結晶攪拌或強制循環(huán)型增稠劑、粘性明膠、肉汁強制循環(huán)型、刮板式、降膜發(fā)泡、高

3、流速(升膜或強制循環(huán)型)、腐蝕性高酸性不銹鋼或帶防腐涂層的鋼，(2)蒸發(fā)器的選擇； 1)真空濃縮設備的分類和選擇；1)根據(jù)材料特性選擇，傳熱效果好，熱能利用率高。結構合理緊湊，操作清洗方便，安全可靠。滿足工藝要求，如濃度比、產量和材料特性。低功耗，如攪拌功耗和真空功耗。加工制造容易，維修方便，節(jié)省材料，耐腐蝕，強度高。選擇原則：1 .真空濃縮設備的分類和選擇：2.真空濃縮設備的操作流程；1.單效真空濃縮設備的操作流程；濃縮器、分離器、冷凝器和真空泵裝置的進料液進入濃縮器后，溶液被加熱蒸汽加熱濃縮；二次蒸汽進入冷凝器冷凝；不凝性氣體由真空裝置抽出，使整個裝置處于真空狀態(tài)堵塞，(2)多效真空濃縮設

4、備操作過程，(2)真空濃縮設備操作過程，無泵的同時逆流平流混合流、效應序列、壓力、效應間液體傳遞；沸點，后效液體可自行蒸發(fā)一部分(自然蒸發(fā)或閃蒸)；濃度，最終效果，高濃度和低溫，優(yōu)勢：1。下游法，缺點：后效傳熱系數(shù)逐漸降低，(2)多效真空濃縮設備的操作過程，(2)。逆流法，優(yōu)點：當濃度增加時，溫度也增加，溶液粘度變化不大，各種效應的傳熱系數(shù)相差不大。缺點：反應器采用泵送，進料溫度低于沸點，不再產生蒸汽，高溫停留時間長。處理粘度隨gr變化的材料4.混流法，適用于處理粘度極高的料液，特別是當料液粘度隨濃度顯著增加時。平流進料法三效蒸發(fā)裝置流程示意圖，3。單效真空濃縮設備，(1)中心循環(huán)管式濃縮器，

5、1。功能原理，加熱室由沸騰管束和中央循環(huán)管組成，中央循環(huán)管的截面積為沸騰管束總截面積的40100%。當沸騰管中的液體被加熱至沸騰時，由于中心循環(huán)管的橫截面積較大，溶液無法達到沸騰管中的溫度，氣液混合物的平均密度較大。在密度差的作用下，溶液從中心循環(huán)管下降，從沸騰管上升，形成自然循環(huán)。液面上的水蒸氣在上部負壓空間迅速蒸發(fā)，從而達到濃縮的目的。二次蒸汽出口、料液入口、加熱蒸汽入口、除霧器、蒸發(fā)室、中央循環(huán)管、冷凝水出口、濃縮液出口、外殼、加熱室，(1)中央循環(huán)管濃縮器，2。主體結構，(1)加熱器本體由沸騰加熱管、中央循環(huán)管(l=0.62.0m米)組成，(2)蒸發(fā)室液面以上的圓柱形空間。其功能是確保

6、蒸汽和液體的良好分離。蒸發(fā)室必須有一定的高度，否則二次蒸汽會帶走少量的料液顆粒而造成損失，這也將降低傳熱效果。3。功能，1。泡沫捕集器；2.二次蒸汽出口；3.蒸發(fā)室；4.蒸汽集管。5.加熱蒸汽包；6.盤管；7.氣體分離閥；8.濃縮液出口；9.取樣口；10.疏水器，1，10，9，8，7，6，5，4，3，2，(2)盤管式濃縮設備，1。盤管式濃縮設備的結構由加熱盤管、蒸發(fā)室、冷凝器、抽真空裝置、霧分離器、進出口閥和各種控制儀表組成。加熱盤管：35組，分層布置，每個盤管13圈，冷凝水出口和蒸汽入口；(2)盤管濃縮設備，利用離心水泵的動力，由于噴嘴面積小，水將以1530米/秒的速度注入混合室和擴散室。這

7、樣，在噴嘴出口處形成真空(低壓區(qū))，二次蒸汽被連續(xù)吸入并與冷水混合，并一起排出，以完成二次蒸汽的冷凝和抽真空。霧分離器是離心式的，蒸汽管連接到分離器上。分離器的中心裝有一個與液壓噴射泵(裝有液壓噴射器和離心水泵)相連的立管。水力噴射器的工作原理：(2)盤管濃縮設備，設備工作時，料液從切向進入罐內。加熱蒸汽加熱盤管中管道外的進料液體。加熱后，它的體積膨脹，密度降低。由于浮力，進料液體在到達液位時上升并氣化，從而增加其濃度和密度。但是，濃縮盤管中心的料液相對遠離加熱管，其密度比相同液位時高，呈下降趨勢。因此，通過加熱蒸發(fā)的那部分進料液體不僅密度高，而且液位高，并且將向盤管的中心下落，從而形成重復循

8、環(huán)狀態(tài)，其中進料液體從鍋爐壁和盤管上升，并從盤管的中心下降。產生的二次蒸汽從濃縮器的上部中心切向進入分離器。在離心力的作用下，料液顆粒與蒸汽分離，二次蒸汽上升并進入冷凝器，在冷凝器中冷凝成水排出。雙線圈聚光設備的工作原理；(2)二盤管濃縮設備和三盤管濃縮設備的特點是由上鍋和下鍋組成，下鍋底部夾有蒸汽加熱，鍋內裝有水平軸攪拌器，加強物料循環(huán)，不斷更新受熱面外的料液。上鍋體設有料孔、視鏡、汽液分離器等裝置。產生的二次蒸汽由液壓噴射器或其他真空裝置抽出。攪拌杰克特，2。工作過程，(3)帶攪拌的夾套真空濃縮設備，3、膜濃縮設備的特點：料液以液膜的形式分散在管壁或容器壁上流動，大大增加了蒸發(fā)面積，提高了

9、蒸發(fā)濃縮效率。第四章。膜真空濃縮設備、液膜形成方式、自然循環(huán)液膜蒸發(fā)器、強制循環(huán)液膜蒸發(fā)器、液膜移動方向、升膜降膜升膜式，主要由加熱器、分離器、除霧器、水力噴射器、循環(huán)管等組成。加熱器是一個垂直的長容器，有許多垂直的長管。管徑不宜太大，一般在3050毫米之間，長徑比為100150左右，這樣受熱面可以提供足夠的氣流成膜。(1)升膜濃縮設備，1。結構，物料從加熱器本體底部進入管道，加熱蒸汽將熱量傳遞給管道中的料液。當進料液體被加熱和煮沸時，它迅速蒸發(fā)并高速上升。常壓下，管道出口二次蒸汽速度一般為2050米/秒，真空條件下可達100160米/秒。料液由高速上升的二次蒸汽驅動，沿管道內壁呈膜狀上升，不

10、斷加熱、蒸發(fā)和濃縮。然后沿切向高速進入分離器，在離心力的作用下與二次蒸汽分離。二次蒸汽從分離器頂部排出，一部分濃縮液通過循環(huán)管進入加熱器本體底部繼續(xù)濃縮，另一部分濃縮后的濃縮液可從分離室底部排出。二次蒸汽夾帶的進料液滴從分離器頂部進入捕霧器進行進一步分離，然后二次蒸汽引導水力噴射器冷凝。(1)升膜濃縮設備，2。工作原理：(1)升膜濃縮設備，控制進料速度，當管壁結焦被預熱到接近沸點時，液柱上升過多、過少，進入加熱器，增加管內液膜比例，提高沸騰傳熱系數(shù)。操作點，4。工作特性，(2)降膜濃縮設備、結構和進料液由產生的快速流動的二次蒸汽及其自身重力誘導，并作為液膜沿管壁向下流動。濃縮的進料液體沉淀在底

11、部，并被直接泵出或添加用于再蒸發(fā)。在分離室中，二次蒸汽與夾帶的液體分離(二次蒸汽從頂部排出，濃縮液從底部泵出)。(2)降膜濃縮設備，關鍵：使料液均勻分布在各加熱管中，且不產生偏流。降膜分配器：的工作原理：一是利用導管(板)使料液均勻分布；第二，用篩板或噴嘴使料液均勻分布；第三是使用水力旋流器噴嘴。降膜分布器，(1)型為篩板型，篩板一般采用兩層，有的采用一層篩板；類型(2)是噴霧分配器，進料液體由泵加壓，然后由噴嘴噴射成均勻的液滴；式(3)是一種帶有鋸齒形噴嘴的導流管，料液通過齒縫均勻分布在加熱管內壁上；(4)型為2-3個螺旋槽的導流管，料液沿管內壁螺旋槽均勻分布；類型(5)是典型的尾水管。引流

12、管下部擴張段的直徑等于加熱管的內徑，引流管加工成鋸齒形，料液通過齒縫均勻分布在管內壁上；類型(6)是篩板和尾水管的組合；類型(7)是水力旋流器分流類型，其中進料液體由泵加壓，然后進入水力旋流器分配器，并且進料液體通過離心力均勻地分布在管道周圍。降膜分布器由轉軸、料液分布板、刮刀、蒸發(fā)室和夾套加熱室等組成。它是立式和臥式，(3)刮板式薄膜蒸發(fā)器，1。結構、刮板薄膜濃縮設備二次蒸汽以逆流方向升至濃縮器頂部，夾帶的液體泡沫被旋轉多孔葉片分離。從頂部排入冷凝器。刮膜濃縮設備適用于高粘度或含有懸浮顆粒的液體的濃縮。(4)離心式薄膜濃縮設備：一種薄膜濃縮設備，通過高速旋轉的錐形盤將液體材料分布在熱交換器的

13、表面，并通過加熱連續(xù)蒸發(fā)。具有旋轉的中空圓盤，液體在圓盤上形成厚度約為0.1的薄膜。由于離心力的作用，液體的加熱時間只有大約一分鐘。離心膜濃縮設備常用于濃縮果汁等熱敏性原料。(4)離心膜濃縮設備，氣液分離器的蒸汽冷凝器真空泵系統(tǒng)，(5)真空濃縮裝置的輔助設備，功能：防止蒸發(fā)過程中形成的細小液滴被二次蒸汽帶走，使蒸汽和液體分離，減少料液損失，避免污染管道和其他蒸發(fā)器的受熱面。(1)氣液分離器有多種類型，可分為碰撞式、離心式和過濾式。大氣冷凝器、表面冷凝器、低水位冷凝器、噴射冷凝器(液壓噴射器)5。真空濃縮裝置的輔助設備。蒸汽冷凝器，其功能是冷凝二次蒸汽，分離不凝性氣體，降低真空泵系統(tǒng)的負荷。運行

14、時，冷卻水從機體頂部進入，并被交錯排列的帶小孔淋水板均勻分散和淋透。二次蒸汽從底側進入，通過水噴淋板的擋板從下向上流動，與冷卻水保持充分接觸并被冷凝。由于液位差，冷卻水和冷凝水通過空氣壓力管排出系統(tǒng)。不凝性氣體由真空泵從氣液分離器頂部抽出，其中的水被分離，然后由回流管引入氣壓管排出。氣壓腿的安裝高度應足以克服大氣壓力，一般為11米左右，而且許多都在室外。1個大氣冷凝器，2個表面冷凝器，也稱為間接冷凝器。在冷凝過程中，二次蒸汽不與冷卻水直接接觸，而是利用金屬壁隔離間接傳熱。其結構有管式、板式、螺旋板式和噴淋管式。其特點是冷凝液可以循環(huán)使用，但傳熱效率低。3低水位冷凝器，其結構與大氣冷凝器基本相同

15、，均為接觸式冷凝器。低液位冷凝器用儲液罐4和水泵取代了大氣冷凝器的空氣壓力管。這可以降低冷凝器的高度。有時，真空泵或蒸汽噴射泵連接到其頂端。由于安裝高度降低，低液位冷凝器可以安裝在室內。要求配置的泵有較高的允許真空吸頭，管道應嚴密，以免冷卻水被吸入濃縮設備。但是，由于增加了一套泵，投資成本增加了。安裝要求：盡量減少管件和彎頭，減少水泵至噴射器冷卻水進口管道的阻力損失；排水管應垂直。如果必須彎曲，彎曲角度不得大于45，轉動不得超過兩次。應嚴格要求每個接口避免泄漏；連接擴散管出口的尾管長度一般大于2m，不伸入循環(huán)池的水中。4噴射冷凝器(水力噴射器)，兼有抽真空和冷凝功能，1濕式真空泵常與平行流冷凝器配合使用，冷凝器中的冷凝水和不凝性氣體通過往復活塞一起排出，以保證系統(tǒng)的真空度。然而，該設備體積大、真空度低、功耗大、維護成本高，目前很少使用。2干式真空泵經(jīng)常與干式逆流冷凝器結合使用，只有冷凝器中的未冷凝氣體被抽出，其工作效果比濕式真空泵好。3水環(huán)真空泵(簡稱w(3)真空泵的工作原理，(3)真空泵和水環(huán)真空泵啟動前，向工作腔內注入適量的水。工作時，電機帶動葉輪旋轉，葉輪帶動葉片之間的水一起旋轉。水在離心力的作用下被甩到泵壁上，形成一個旋轉的水環(huán)。水環(huán)的外表面與葉輪外殼相切，葉輪按箭頭方向旋轉。在一周的前半周，水環(huán)的內表面逐漸離開葉輪，葉片之間的間隙增大，形成一定的負