第八章第八章 食品浓缩机械与设备食品浓缩机械与设备1本章主要内容本章主要内容真空浓缩设备的分类和选择真空浓缩设备的分类和选择单效真空浓缩设备单效真空浓缩设备( (中央循环管式浓缩锅中央循环管式浓缩锅) )膜式蒸发浓缩设备膜式蒸发浓缩设备( (升膜式蒸发器、板式蒸发器升膜式蒸发器、板式蒸发器) )多效蒸发多效蒸发真空浓缩装置的辅助设备真空浓缩装置的辅助设备重点：重点：真空浓缩设备的选择、中央循环管式浓缩真空浓缩设备的选择、中央循环管式浓缩 设备、升降膜式蒸发浓缩设备，多效蒸发设备、升降膜式蒸发浓缩设备，多效蒸发效数的限定；效数的限定；难点：难点：中央循环管式浓缩设备的工作原理。中央循环管式浓缩设备的工作原理。 2o蒸发是将稀溶液加热沸腾，使溶剂气化而将溶液浓缩的过程。o食品工厂生产的原料或半成品中，如果蔬汁液及牛奶等，一般含有大量的水分（约7590左右），而有营养价热敏性很强的物质，制成成品时，既要提高其浓度，又要保存食品溶液原有的色、香、味，所以对食品溶液进行浓缩，是一个比较复杂的过程。o对其工艺流程的设计、设备的选型、制造加工和具体操作均有较高的要求。o随着科学技术的发展，食品溶液的浓缩趋向于低温、高速、连续。31、平衡浓缩：平衡浓缩：是利用两相在分配上的某种差异而获得溶质是利用两相在分配上的某种差异而获得溶质和溶剂分离的方法。和溶剂分离的方法。2、非平衡浓缩：非平衡浓缩：利用半透膜来分离溶质和溶剂的过程，即利用半透膜来分离溶质和溶剂的过程，即两相用半透膜隔开，因此，分离不是靠两相的直接接触，两相用半透膜隔开，因此，分离不是靠两相的直接接触，故称非平衡浓缩。故称非平衡浓缩。 3、蒸发：蒸发：将稀溶液加热沸腾，使溶剂汽化而将溶液浓缩的将稀溶液加热沸腾，使溶剂汽化而将溶液浓缩的过程。过程。一、有关概念一、有关概念第一节概述第一节概述41 1）热能的供应：热能的供应：它包括维持沸腾的温度、补充因它包括维持沸腾的温度、补充因溶剂汽化所带走的热量、设备消耗的热量等；溶剂汽化所带走的热量、设备消耗的热量等；2 2）溶剂蒸汽的排除；溶剂蒸汽的排除；蒸发过程的完成有两个必要条件：蒸发过程的完成有两个必要条件：5浓缩浓缩目的：目的： (1)(1)作为干燥的预处理，以降低产品的加作为干燥的预处理，以降低产品的加工热耗。工热耗。 (2) (2)提高产品质量。提高产品质量。 (3)(3)提高产品的保藏性。提高产品的保藏性。 (4)(4)减少产品的体积和重量，便于运输。减少产品的体积和重量，便于运输。 (5)(5)浓缩用作某些结晶操作的预处理。浓缩用作某些结晶操作的预处理。 (6)(6)提取果汁中的芳香物质。提取果汁中的芳香物质。 6 1.按压力分按压力分 常压浓缩设备和真空浓缩设备常压浓缩设备和真空浓缩设备 常压浓缩设备：常压浓缩设备： 蒸发面为常压，溶剂气化后直接蒸发面为常压，溶剂气化后直接排入大气。排入大气。 特点：设备结构简单、投资省、特点：设备结构简单、投资省、维修方便，但蒸发速率低，能量损耗维修方便，但蒸发速率低，能量损耗大，易破坏物料中营养成分。大，易破坏物料中营养成分。 二、浓缩设备的分类二、浓缩设备的分类7真空浓缩设备：真空浓缩设备： 溶剂从蒸发面上气化后处于负压状态。溶剂从蒸发面上气化后处于负压状态。 优点：优点： 加热蒸汽与沸腾液体之间的温度差可以增大；加热蒸汽与沸腾液体之间的温度差可以增大； 可利用压强较低的蒸汽作为加热介质；可利用压强较低的蒸汽作为加热介质； 使浓缩设备的热损失减少。使浓缩设备的热损失减少。 缺点：缺点： 增加附属设备及动力，成本高；增加附属设备及动力，成本高； 热量消耗大。热量消耗大。82 2、按蒸汽利用的次数分：、按蒸汽利用的次数分：单效浓缩设备：一次利用单效浓缩设备：一次利用双效浓缩设备：二次利用双效浓缩设备：二次利用多效浓缩设备：三次或三次以上利用多效浓缩设备：三次或三次以上利用带有热泵的浓缩设备：热泵再次加热利用带有热泵的浓缩设备：热泵再次加热利用9电加热夹层锅电加热夹层锅可倾式夹层锅可倾式夹层锅10实际使用中，可针对加实际使用中，可针对加热粘稠性物料的适应性和提热粘稠性物料的适应性和提高热交换效率，可在锅体上高热交换效率，可在锅体上方或下方增设浆式或与锅底方或下方增设浆式或与锅底弧形相同的锚式搅拌器，转弧形相同的锚式搅拌器，转速为速为110r/min110r/min，一般不超，一般不超过过20r/min20r/min。不锈钢搅拌夹层锅不锈钢搅拌夹层锅11反反应应锅锅回回流流装装置置带搅拌真空夹层锅带搅拌真空夹层锅12ZNZN型真空减压浓缩罐型真空减压浓缩罐本设备主要用于对中本设备主要用于对中草药材通过热回流提取草药材通过热回流提取有效成份。作简单改造有效成份。作简单改造后亦可用作药液的减压后亦可用作药液的减压浓缩、酒精渗漉、酒精浓缩、酒精渗漉、酒精回收等工艺。回收等工艺。13WZ 11 500-2000系列双效浓缩器（能回收酒精）系列双效浓缩器（能回收酒精）本设备适用于中药、西药、葡萄糖、酿酒、淀本设备适用于中药、西药、葡萄糖、酿酒、淀粉、口服液、化工、食品、味精、乳品等热敏粉、口服液、化工、食品、味精、乳品等热敏性物料的低温真空浓缩。用户可根据浓缩量大性物料的低温真空浓缩。用户可根据浓缩量大小，来选用技术参数中系列浓缩器。小，来选用技术参数中系列浓缩器。1.1.本浓缩器采用二效同时蒸发，二次蒸汽得到本浓缩器采用二效同时蒸发，二次蒸汽得到充分利用既节省了锅炉的投资，又节约能耗，充分利用既节省了锅炉的投资，又节约能耗，能耗与单效浓缩器相比降低能耗与单效浓缩器相比降低50%50%；2.2.本设备采用外加热自然循环与真空负压方式，本设备采用外加热自然循环与真空负压方式，蒸发速度快，浓缩比重大。液料在全密封中无蒸发速度快，浓缩比重大。液料在全密封中无泡沫浓缩，用本设备浓缩出来的药液，具有无泡沫浓缩，用本设备浓缩出来的药液，具有无污染，药味浓。清洗方便（打开加热器的上盖污染，药味浓。清洗方便（打开加热器的上盖即可）；即可）；3.3.本设备与液料接触部位均采用（本设备与液料接触部位均采用（OCr19Ni9OCr19Ni9）不锈钢制成，符合不锈钢制成，符合GMPGMP标准。加热器、蒸发器、标准。加热器、蒸发器、外加保温，保温层用花纹不锈钢薄板，设备在外加保温，保温层用花纹不锈钢薄板，设备在车间显得更为豪华美观。车间显得更为豪华美观。140-5000系列三效节能外循换环真空浓系列三效节能外循换环真空浓缩器（能回收酒精）缩器（能回收酒精）本浓缩器适用于中药、西药、葡萄糖、淀本浓缩器适用于中药、西药、葡萄糖、淀粉、味精、乳品、化工等溶液的浓缩，尤粉、味精、乳品、化工等溶液的浓缩，尤其适用于热敏物料的低温真空浓缩。用户其适用于热敏物料的低温真空浓缩。用户可根据实际情况来选。可根据实际情况来选。1.1.本浓缩器采用外加热式自然循环式与负本浓缩器采用外加热式自然循环式与负压蒸发方式，具有蒸发速度快，浓缩比重压蒸发方式，具有蒸发速度快，浓缩比重大，可达大，可达1.2-1.31.2-1.3；2.2.本浓缩器采用三效同时蒸发，二次蒸汽本浓缩器采用三效同时蒸发，二次蒸汽得到反复作用，既节省了锅炉的投资，又得到反复作用，既节省了锅炉的投资，又节约能源消耗，耗能与单效浓缩器相比降节约能源消耗，耗能与单效浓缩器相比降低低70%70%，不到一年用户可从节约能费中收回，不到一年用户可从节约能费中收回本浓缩器的全部投资。本浓缩器的全部投资。3.3.多功能操作特点：多功能操作特点：可以回收酒精浓度可以回收酒精浓度80%80%左右。左右。一效、二效、三效可以反复并一效、二效、三效可以反复并锅收膏。锅收膏。可以间歇连续进料。可以间歇连续进料。153 3、按料液的流程分：、按料液的流程分：单程式：单程式：循环式：循环式： 自然循环和强制循环自然循环和强制循环4 4、按料液分布状态分：、按料液分布状态分：薄膜式：分散成薄膜状，蒸发面大，蒸发快。它薄膜式：分散成薄膜状，蒸发面大，蒸发快。它分为升膜式、降膜式、升降膜式、片式、刮板式分为升膜式、降膜式、升降膜式、片式、刮板式和离心式薄膜蒸发器。和离心式薄膜蒸发器。非膜式：大蒸发面。它按料液管路中流动，管路非膜式：大蒸发面。它按料液管路中流动，管路又分为盘管式浓缩器、中央循环管式浓缩器又分为盘管式浓缩器、中央循环管式浓缩器16薄膜式薄膜式：刮板式刮板式升膜式升膜式 管式薄膜蒸发器：降膜式管式薄膜蒸发器：降膜式 离心式离心式 升降膜式升降膜式 板式板式非膜式：中央循环管式蒸发器非膜式：中央循环管式蒸发器 外加热式外加热式 盘管式盘管式 带搅拌的夹套加热式带搅拌的夹套加热式17WZN型外循环浓缩锅型外循环浓缩锅组合式外循组合式外循环浓缩锅的蒸发环浓缩锅的蒸发室设有两段蒸汽室设有两段蒸汽夹层，可根据液夹层，可根据液位高低使用上下位高低使用上下夹层送气加热，夹层送气加热，能制造大比重的能制造大比重的浸膏。浸膏。 18蒸汽加热导热油蒸汽加热导热油循环加热反应锅循环加热反应锅电加热不锈电加热不锈钢反应锅钢反应锅19多功能刮板浓缩罐本设备由浓缩罐主体、冷本设备由浓缩罐主体、冷凝器、冷却器、受液桶等组凝器、冷却器、受液桶等组成、可用于制药、食品、化成、可用于制药、食品、化工等行业各种物料的反应、工等行业各种物料的反应、提取、渗漉、回流减压浓缩，提取、渗漉、回流减压浓缩，回收溶媒及芳香油提取等多回收溶媒及芳香油提取等多种工艺种工艺, ,真正做到了一罐多真正做到了一罐多能，所以本设备为厂家设备能，所以本设备为厂家设备改造及更新之首选。改造及更新之首选。20BM2.2-60系列薄膜蒸发器系列薄膜蒸发器薄膜蒸发器由蒸发器、薄膜蒸发器由蒸发器、汽液分离器、预热器三个汽液分离器、预热器三个主要部件和一只简易分离主要部件和一只简易分离器组成，蒸发器为升膜式器组成，蒸发器为升膜式列管换热器。该蒸发器具列管换热器。该蒸发器具有生产能力大、效率高、有生产能力大、效率高、物料受热时间短等特点，物料受热时间短等特点，适用于制药、食品、化工适用于制药、食品、化工等行业的稀溶液浓缩等行业的稀溶液浓缩. .如浓如浓缩物料有颗粒状或晶体析缩物料有颗粒状或晶体析出，可为用户提供降模式出，可为用户提供降模式蒸发器。蒸发器。 211 1、物料自身的特性、物料自身的特性热敏性：酶、番茄酱等热敏性：酶、番茄酱等后果后果：失活，色泽和风味改变，产品质量降低。失活，色泽和风味改变，产品质量降低。措施措施：低温短时，各种薄膜式或真空度较高的蒸发低温短时，各种薄膜式或真空度较高的蒸发浓缩器浓缩器结垢性：结垢性：后果后果：积垢热阻蒸发效能停产积垢热阻蒸发效能停产措施：措施：高速流防止积垢生成，采用流速大的升膜式高速流防止积垢生成，采用流速大的升膜式第二节第二节 真空浓缩设备真空浓缩设备一、真空浓缩设备的选择一、真空浓缩设备的选择22或强制循环的蒸发设备，或电磁防垢、化学防垢，易或强制循环的蒸发设备，或电磁防垢、化学防垢，易于清洗。于清洗。发泡性：浓缩液中产生大量气泡发泡性：浓缩液中产生大量气泡后果：后果：溶液损失、产品损耗；污染其它设备，停产。溶液损失、产品损耗；污染其它设备，停产。措施措施：增加流速，高速流冲破泡沫。降低二次蒸汽流增加流速，高速流冲破泡沫。降低二次蒸汽流速，防跑泡现象或设法分离回收泡沫，消除发泡。速，防跑泡现象或设法分离回收泡沫，消除发泡。管内流速很大的升膜式或强制循环、长管薄膜式结晶管内流速很大的升膜式或强制循环、长管薄膜式结晶性：晶体析出；是否需要搅拌装置或强制循环性：晶体析出；是否需要搅拌装置或强制循环23结晶性结晶性后果：后果：浓度增加时晶粒析出传热浓度增加时晶粒析出传热措施：措施：夹套带搅拌浓缩器或强制循环夹套带搅拌浓缩器或强制循环粘滞性粘滞性：后果：后果：浓度增大浓度增大 粘度增大粘度增大 流速流速 传热传热措施：措施：选用强制循环，刮板式或降膜式选用强制循环，刮板式或降膜式腐蚀性腐蚀性措施：措施：不锈钢、石墨加热管或耐酸搪瓷夹层蒸发器不锈钢、石墨加热管或耐酸搪瓷夹层蒸发器242 2、满足工艺要求：如浓缩比，浓缩比的收缩率，能、满足工艺要求：如浓缩比，浓缩比的收缩率，能否保持溶液特性；否保持溶液特性；3 3、传热效果好，传热系数高，热利用率高；、传热效果好，传热系数高，热利用率高；4 4、结构合理紧凑，操作清洗更换方便，且安全可靠、结构合理紧凑，操作清洗更换方便，且安全可靠255 5、尽可能小的功率消耗，如搅拌动力或真空动、尽可能小的功率消耗，如搅拌动力或真空动力消耗等力消耗等6 6、合理选择材质和制造维修方便；、合理选择材质和制造维修方便；7 7、符合食品卫生法要求；、符合食品卫生法要求；8 8、有一定的安全防护措施；、有一定的安全防护措施；26二、单效真空浓缩设备二、单效真空浓缩设备（一）特点（一）特点1 1、真空下蒸发浓缩，配有抽真空装置；、真空下蒸发浓缩，配有抽真空装置；2 2、蒸汽一次利用，热能利用率高，但是二次蒸汽、蒸汽一次利用，热能利用率高，但是二次蒸汽未充分利用；未充分利用；3 3、结构简单，操作方便，传热系数高，操作控制、结构简单，操作方便，传热系数高，操作控制容易；容易；274 4、传热面积小（管道），生产能力低，料液循、传热面积小（管道），生产能力低，料液循环差，盘管表面易结垢。环差，盘管表面易结垢。5 5、清洗困难。、清洗困难。（二）应用（二）应用 果酱、果汁和炼乳等生产中。果酱、果汁和炼乳等生产中。28（三）中央循环管式浓缩锅（三）中央循环管式浓缩锅工作原理工作原理 由于传热产生重由于传热产生重度差，形成了自然循度差，形成了自然循环，液面上的水汽向环，液面上的水汽向上部负压空间迅速蒸上部负压空间迅速蒸发，从而达到浓缩的发，从而达到浓缩的目的。目的。29（三）中央循环管式浓缩锅（三）中央循环管式浓缩锅基本结构基本结构1）锅体：锅体：锅底、加热室锅底、加热室蒸汽容纳空间蒸汽容纳空间2 2）加热器体：）加热器体：中央循环管中央循环管( (截面积为总面积的截面积为总面积的40%40%100%100%）和上下管板及加热管）和上下管板及加热管束（直径束（直径25mm25mm75mm)75mm)30液料在管内流动而加热蒸液料在管内流动而加热蒸汽在管束之间流动。汽在管束之间流动。3 3）管道（口）：真空系）管道（口）：真空系统、料液进出口、不统、料液进出口、不凝气出口、冷凝水出凝气出口、冷凝水出口、二次蒸汽出口口、二次蒸汽出口314 4）蒸发室：蒸发室是指料液液蒸发室：蒸发室是指料液液面上部的圆筒空间。料液经加热面上部的圆筒空间。料液经加热后汽化，必须具有一定高度和空后汽化，必须具有一定高度和空间，使汽液进行分离，二次蒸汽间，使汽液进行分离，二次蒸汽上升，溶液经中央循环管下降，上升，溶液经中央循环管下降，如此保证料液不断循环和浓缩。如此保证料液不断循环和浓缩。蒸发室的高度，主要根据防止料蒸发室的高度，主要根据防止料液被二次蒸汽夹带的上升速度所液被二次蒸汽夹带的上升速度所决定，同时考虑清洗、维修加热决定，同时考虑清洗、维修加热管的方便，一般为加热管长度的管的方便，一般为加热管长度的1.11.11.51.5倍。倍。 5 5）附件：）附件：人控、仪表、取样口人控、仪表、取样口及视镜等。及视镜等。32加热室中不凝缩加热室中不凝缩气体的排除：气体的排除： 加热蒸汽热交换后，放掉热，加热蒸汽热交换后，放掉热，而冷凝成水，从下面排出。如而冷凝成水，从下面排出。如上图所示，可是蒸汽中有一部上图所示，可是蒸汽中有一部分气体是混入的空气或氨等不分气体是混入的空气或氨等不凝缩气体，不能排除。如果不凝缩气体，不能排除。如果不及时排除。会在加热室内愈积及时排除。会在加热室内愈积愈多，严重影响热效率，在愈多，严重影响热效率，在A处放出轻的不凝气；处放出轻的不凝气；B处放出处放出重的不凝气。排出位置的选择重的不凝气。排出位置的选择很重要，视不凝气积聚于何处很重要，视不凝气积聚于何处而定，此管可接在真空系统。而定，此管可接在真空系统。 33蒸汽中混入不凝气体的原因有三：蒸汽中混入不凝气体的原因有三： o锅炉水中混人溶解着空气和其它气体、（若用的是冷凝水就不存在此情况）。如果用河水或井水，可以用开口炉烧开后再人锅炉，可去除大部分多气。o因在真空下操作，有空气从接头处漏人，造成二次蒸汽中混入不凝性气体。o如果是多效系统。则应注意料液中往往也会有溶解着的不凝气体，有时甚至还含有对材料具腐蚀性的恶性气体，更应及时排除。这些不凝性气会形成薄膜，包住加热管。因为气体不是好的热导体，加热蒸汽需通过它才能与壁内溶液进行热交换；因而传热效果就低了。34（四）盘管式单效真空浓缩装置（四）盘管式单效真空浓缩装置35盘管式真空浓缩锅盘管式真空浓缩锅361.用途和特点用途和特点盘管式蒸发器适用于牛奶、果汁、蔬菜汁、豆浆、葡萄糖溶液等热敏性物料在真空条件下进行低温浓缩，也可供医药、化工等部门浓缩物料之用。 37盘管式蒸发器具有以下优点：盘管式蒸发器具有以下优点：o蒸发强度高，每平方米传热面积每小时蒸发量可达100kg以上，其原因是传热温度差较高；o操作方便，容易掌握；o易损件少，维护简单；o每一批的产品质量均匀一致；o设备制造工艺简单，使用钢材少。38其缺点：o间歇操作，生产效率低；o物料受热时间长，影响产品质量；o料液循环差，传热系数低；o由于是单效、间歇操作，蒸汽消耗量大，蒸发1kg水耗蒸汽在1.1kg以上；o冷却水用量大；o盘管表面易结垢，且洗涮不方便。二次蒸汽未能很好利用，仅适用于中小型工厂。392.结构原理o工作原理 在设于蒸发器锅体下部的环形盘管内，通入加热蒸汽，此蒸汽冷凝放热通过盘管传给锅体内的料液，使料液沸腾蒸发，不断排除二次蒸汽，不断加入新料，经一定时间，达到预定浓度后排料。 40基本结构 盘管蒸发器由蒸发锅、汽液分离器、止逆阀、水力喷射器、水箱、多级离心水泵、仪表箱和操作台组成。o蒸发锅为一直立筒形密封容器，下部锅体内装有作为加热元件的盘管。锅底装有出料阀、取样问和温度计接头。上部锅体为蒸发室，锅壁上装有人孔、视孔、进料阀、放气阀、二次蒸汽出口。锅体外有保温层以减少热损失。 41o盘管有45盘分层排列每盘13圈，每盘都有单独的进汽口，由长柄和方向联轴器操纵进汽口的分汽阀。盘管的出汽口有两种方式，一种与进汽口同侧，另一种为与进汽口对侧，见下图，后者常用。盘管的形状为竖直扁平椭圆形截面，这种截面对料液自然对流的阻力较小，且便于清洗。 42（五）使用注意事项（五）使用注意事项1 1、一般开始操作时，先通入加热蒸汽于锅内赶走空气，、一般开始操作时，先通入加热蒸汽于锅内赶走空气，后开启抽真空系统，造成锅内真空；后开启抽真空系统，造成锅内真空；2 2、待加热器体内充满液体后，再开蒸汽阀门；、待加热器体内充满液体后，再开蒸汽阀门；3 3、取样检验，达到所需浓度时，解除真空即可出料；、取样检验，达到所需浓度时，解除真空即可出料；4 4、加热蒸汽压力应视不同物料选择，不宜太高，否则、加热蒸汽压力应视不同物料选择，不宜太高，否则易发生焦管现象。易发生焦管现象。43 （六）液膜式蒸发浓缩设备（六）液膜式蒸发浓缩设备1 1、特点、特点料液在管壁或器壁上分散成液膜的形式流动料液在管壁或器壁上分散成液膜的形式流动（上升、下降或上升与下降组合），从而使蒸发（上升、下降或上升与下降组合），从而使蒸发面积增加，提高浓缩效率面积增加，提高浓缩效率。441 1）按液膜形成方式分：自然循环式蒸发器和强）按液膜形成方式分：自然循环式蒸发器和强制循环式蒸发器；制循环式蒸发器；2 2）按液膜运动方向分：升膜式蒸发器、降膜式）按液膜运动方向分：升膜式蒸发器、降膜式蒸发器和升降膜式蒸发器。蒸发器和升降膜式蒸发器。2 2、分类、分类453 3、升膜式蒸发器、升膜式蒸发器与中央循环管式浓缩锅的区别：与中央循环管式浓缩锅的区别：料液是依靠传热产生的料液是依靠传热产生的重度差重度差排浓缩液，液排浓缩液，液面上的二次蒸汽靠负压排出。而升膜式蒸发器是面上的二次蒸汽靠负压排出。而升膜式蒸发器是依靠膨胀的二次蒸汽产生向上的依靠膨胀的二次蒸汽产生向上的升力升力，二次蒸汽，二次蒸汽浓缩液进入分离器。浓缩液进入分离器。46蒸发室蒸发室 由锥形底、集沫器与筒体组成由锥形底、集沫器与筒体组成的不锈钢制密闭容器，在筒的不锈钢制密闭容器，在筒体上装有灯孔、视孔、温度体上装有灯孔、视孔、温度计、破真空放气装置、排汽计、破真空放气装置、排汽管、进料管、排液管等。进管、进料管、排液管等。进料管与加热器的上集箱连接，料管与加热器的上集箱连接，排液管与外循环管连，排汽排液管与外循环管连，排汽管经止逆问与水力喷射器连管经止逆问与水力喷射器连接。接。 结构结构47加热管加热管 一般用直径为一般用直径为3050mm的的管子，其长径比为管子，其长径比为100300，一般长管式的管长为，一般长管式的管长为68m，短管式的，短管式的34m。长管式加热器结构比较复杂，长管式加热器结构比较复杂，壳体应考虑热应力对结构的影壳体应考虑热应力对结构的影响，需采用浮头管板或在加热响，需采用浮头管板或在加热器壳体上加膨胀节。有时可采器壳体上加膨胀节。有时可采用套管办法来缩短管长。用套管办法来缩短管长。 结构结构48汽液分离器：汽液分离器：碰撞型碰撞型离心型离心型过滤型过滤型 结构结构49进口：进口：蒸汽进口、料液蒸汽进口、料液进口进口出口：出口：浓缩液出口、二浓缩液出口、二次蒸汽出口、冷凝水出次蒸汽出口、冷凝水出口口50A A、一般为单流型，即料液经一次浓缩基本达到、一般为单流型，即料液经一次浓缩基本达到成品浓度而排出；成品浓度而排出；B B、管内静液面低，由静压头产生的沸点升高很、管内静液面低，由静压头产生的沸点升高很小；小；特点特点51C C、蒸发时间短，几秒至十余秒，适用于热敏性、蒸发时间短，几秒至十余秒，适用于热敏性物料；物料；D D、高速二次蒸汽破沫性能好，适用于易起泡沫、高速二次蒸汽破沫性能好，适用于易起泡沫的物料；的物料；E E、二次蒸汽螺旋上升，料液易粘壁，不适用于、二次蒸汽螺旋上升，料液易粘壁，不适用于粘度大的物料。粘度大的物料。52工作过程工作过程： 最底部最底部管内完全充满料管内完全充满料 液，热量主要依靠对流传递。液，热量主要依靠对流传递。 中间部中间部开始产生蒸汽泡，开始产生蒸汽泡， 使料液产生上升力。使料液产生上升力。 最高部最高部由于膨胀的二次由于膨胀的二次 蒸发而产生强的上升力，料液呈薄蒸发而产生强的上升力，料液呈薄 膜状在管内上行，在管顶部呈喷雾状，以较高速度膜状在管内上行，在管顶部呈喷雾状，以较高速度进入汽液分离器，在离心力作用下与二次蒸汽分离，进入汽液分离器，在离心力作用下与二次蒸汽分离，二次蒸汽从分离器顶部排出。二次蒸汽从分离器顶部排出。 531 1）操作时，应严格控制进料量，防管壁结焦现）操作时，应严格控制进料量，防管壁结焦现象发生；象发生；2 2）料液一般先预热到沸点状态进入加热器体，）料液一般先预热到沸点状态进入加热器体，以增加液膜比例，提高沸腾和传热系数；以增加液膜比例，提高沸腾和传热系数；3 3）各管路密封性能要好，连接可靠；）各管路密封性能要好，连接可靠；4 4）定期对密封垫进行更换和检查。）定期对密封垫进行更换和检查。注意事项注意事项544 4、降膜式蒸发器、降膜式蒸发器与升膜式一样，都属于自然循环的液膜式蒸发与升膜式一样，都属于自然循环的液膜式蒸发浓缩设备，构造与升膜式相似，主要区别是料液浓缩设备，构造与升膜式相似，主要区别是料液由加热器顶部加入，液体在重力作用下，沿管内由加热器顶部加入，液体在重力作用下，沿管内壁成液膜状向下流动，由于向下加速，克服加速壁成液膜状向下流动，由于向下加速，克服加速压头比升膜式小，沸点升高也小，且加热蒸汽与压头比升膜式小，沸点升高也小，且加热蒸汽与料液温差大，所以传热效果较好。料液温差大，所以传热效果较好。关键：关键：使料液均匀分布于各加热管使料液均匀分布于各加热管55导流管导流管筛板或喷嘴筛板或喷嘴旋液喷头旋液喷头料液分布器料液分布器：56a a、筛孔板式、筛孔板式b b、喷雾型、喷雾型c c、锯齿形导流管、锯齿形导流管d d、螺旋沟槽导流管、螺旋沟槽导流管e e、典型导流管、典型导流管f f、筛孔板与导流管、筛孔板与导流管结合结合g g、旋液型、旋液型57o为提高降膜蒸发器管内物料的周边流量，除对物料进行外循环外，常把蒸发器体分隔成两部分或更多，图1为内分隔式，图2为外分隔式，两图中A、B为被分隔的两程。前一结构由于液体分布不便及汽液分离较差，只适用于对浓缩液固形物含量较低或溶解度要求不高的产品。 585 5、升降膜式蒸发器、升降膜式蒸发器两组两组加热管：一组升膜，另一组降膜加热管：一组升膜，另一组降膜料液先进入升膜式加热管，沸腾蒸发后，汽液混料液先进入升膜式加热管，沸腾蒸发后，汽液混合物上升至顶部，然后转入另一半加热管，再合物上升至顶部，然后转入另一半加热管，再进行降膜蒸发。浓缩液从顶部进入汽液分离器，进行降膜蒸发。浓缩液从顶部进入汽液分离器，分离后，二蒸汽从分离器上部排入冷凝器，浓分离后，二蒸汽从分离器上部排入冷凝器，浓缩液从下部排出。缩液从下部排出。59特点：特点：符合物料的要求，初进入，浓度低，速度快，容符合物料的要求，初进入，浓度低，速度快，容易达到升膜要求，初步浓缩后，在降膜式中受重易达到升膜要求，初步浓缩后，在降膜式中受重力作用下能沿管壁均匀分布形成薄膜。力作用下能沿管壁均匀分布形成薄膜。先升后降，有利于液体均布，加速湍动和搅动，先升后降，有利于液体均布，加速湍动和搅动，进一步提高传热效果。进一步提高传热效果。升膜控制降膜的进料分配升膜控制降膜的进料分配串联可提高产品的浓缩比，减低设备高度串联可提高产品的浓缩比，减低设备高度606 6、板式蒸发器、板式蒸发器板式加热器：板式加热器：4 4片传热板片传热板组成一个板单元；组成一个板单元；汽液分离器：汽液分离器：离心式离心式（二次蒸汽和浓缩液（二次蒸汽和浓缩液在一起）在一起） 结结 构构61板式蒸发器的传热组合板式蒸发器的传热组合62加热板间蒸汽与物料之流程加热板间蒸汽与物料之流程63进料管道：进料管道：蒸汽进口、蒸汽进口、料液进口；料液进口；附件：附件：密封圈、调节板、密封圈、调节板、紧固件和支架等。紧固件和支架等。64板式蒸发器板式蒸发器65料液经泵的作用强制通入板式加热器体，在料液经泵的作用强制通入板式加热器体，在流经升膜和降膜段时受加热蒸汽的作用，通过流经升膜和降膜段时受加热蒸汽的作用，通过板壁对料液加热浓缩，产生的浓缩液和二次蒸板壁对料液加热浓缩，产生的浓缩液和二次蒸汽由底部通入汇集槽机出口通入分离器，分离汽由底部通入汇集槽机出口通入分离器，分离浓缩液和二次蒸汽，分别从各出口排出，其中浓缩液和二次蒸汽，分别从各出口排出，其中冷凝水由冷凝水出口排出。冷凝水由冷凝水出口排出。工作过程工作过程66A A、优点：、优点：1 1）体积小，结构紧凑，加热面积可随意调整；）体积小，结构紧凑，加热面积可随意调整；2 2）加热时间短；）加热时间短；3 3）热敏性物料的适应性好，如牛奶、果汁等；）热敏性物料的适应性好，如牛奶、果汁等；4 4）具有升膜和降膜的特点，传热系数高。）具有升膜和降膜的特点，传热系数高。特点特点671 1）密封垫片易老化而产生泄漏；）密封垫片易老化而产生泄漏；2 2）适用压力有限；）适用压力有限；3 3）对粘度大的物料适应性差。）对粘度大的物料适应性差。B B、缺点：、缺点：68第三节第三节 多效蒸发浓缩装置多效蒸发浓缩装置(Multiple Effect Evaporation device)一、多效蒸发的原理一、多效蒸发的原理 双效蒸发：后一台蒸发器作为前一台双效蒸发：后一台蒸发器作为前一台发生的二次蒸汽的冷凝器。前一台为第一发生的二次蒸汽的冷凝器。前一台为第一效，后一台者为第二效。效，后一台者为第二效。 多效蒸发：将串联操作推广至三效、多效蒸发：将串联操作推广至三效、四效、五效等。四效、五效等。 69 单效蒸发：单效蒸发： 1千克加热蒸汽可以蒸发千克加热蒸汽可以蒸发大约大约l千克二次蒸汽，全部用作第二效的加千克二次蒸汽，全部用作第二效的加热蒸汽时，在第二效中又可蒸发大约热蒸汽时，在第二效中又可蒸发大约1千千克的二次蒸汽。克的二次蒸汽。 n n效蒸发：效蒸发：n效串联蒸发操作，效串联蒸发操作，l千克千克加热生蒸汽则可蒸发约加热生蒸汽则可蒸发约n千克的二次蒸汽。千克的二次蒸汽。即：为完成同一蒸发量任务，其加热蒸汽即：为完成同一蒸发量任务，其加热蒸汽消耗量仅为采用单效者的消耗量仅为采用单效者的n分之一。分之一。70二、多效蒸发装置的设备流程二、多效蒸发装置的设备流程1 1并流并流(Forward Feeding)(Forward Feeding) 并流流程是料液和蒸汽流向相同。并流流程是料液和蒸汽流向相同。71并流流程各效压力递减，其优点为：并流流程各效压力递减，其优点为： 料液可以利用各效间的压力差自行输送，料液可以利用各效间的压力差自行输送，不必另设料泵。不必另设料泵。 相应于压力，后一效溶液的沸点也比前相应于压力，后一效溶液的沸点也比前一效低，所以溶液由前一效进入后一效时，往往一效低，所以溶液由前一效进入后一效时，往往由于过热而自行闪蒸，于是后一效可多产生一些由于过热而自行闪蒸，于是后一效可多产生一些二次蒸汽。二次蒸汽。 722逆流逆流 (Backward Feeding) 料液与蒸汽流动方向相反。料液与蒸汽流动方向相反。73 特点：特点： 各效间溶液需要用泵输送。各效间溶液需要用泵输送。 当溶液由后一效进入前一效时，无闪蒸，且尚需当溶液由后一效进入前一效时，无闪蒸，且尚需一些热量将溶液加热至沸点。一些热量将溶液加热至沸点。 各效溶液粘度比较接近，其传热系数也比较接近。各效溶液粘度比较接近，其传热系数也比较接近。 适于粘度随浓度和温度变化较大的溶液，而不适适于粘度随浓度和温度变化较大的溶液，而不适于热敏性物料的浓缩。于热敏性物料的浓缩。74 3平流平流(Parallel Feeding) 75特点：特点： 料液由各效分别加入，完成液也由各效料液由各效分别加入，完成液也由各效分别取出。分别取出。 主要用于蒸发过程中容易析出结晶的场主要用于蒸发过程中容易析出结晶的场合。合。76三、多效蒸发效数的限定三、多效蒸发效数的限定 1实际耗汽量大于理论值。实际耗汽量大于理论值。 效数效数 实际耗汽量实际耗汽量 耗汽量耗汽量 单效单效 1.1 1.0 双效双效 0.57 0.5 三效三效 0.40 0.33 四效四效 0.30 0.25 五效五效 0.27 0.20 772设备费用的增加。设备费用的增加。 进一步增加效数所需的设备费用不能弥补所进一步增加效数所需的设备费用不能弥补所节约的燃料费用时，效数就达到了极限。节约的燃料费用时，效数就达到了极限。 3蒸发器有效传热温差的极限。蒸发器有效传热温差的极限。 每效分配到的温差最少不得小于每效分配到的温差最少不得小于57K。否。否则就不可能维持料液在泡核沸腾区域内。则就不可能维持料液在泡核沸腾区域内。 784料液蒸发温度的安全极限。料液蒸发温度的安全极限。 第一效就不能使用温度过高的加热蒸汽，第一效就不能使用温度过高的加热蒸汽，总温差减小限制了效数的增加。总温差减小限制了效数的增加。5温差损失的增加。温差损失的增加。 沸点升高、静压效应和热损失引起的温沸点升高、静压效应和热损失引起的温差损失（要重复差损失（要重复n次）几乎随效数而成正比例次）几乎随效数而成正比例的增加。当效数增加到一定的数值之后，温差的增加。当效数增加到一定的数值之后，温差损失的总和有可能等于总温差。损失的总和有可能等于总温差。79第四节第四节 真空浓缩装置的辅助设备真空浓缩装置的辅助设备本体：本体：蒸发器蒸发器附属设备：附属设备：汽液分离器、汽液分离器、 蒸汽冷凝器、蒸汽冷凝器、 真空系统真空系统801 1、作用：、作用：将蒸发过程中产生的雾沫中的溶液聚将蒸发过程中产生的雾沫中的溶液聚集并与二次蒸汽分离，减少料液的损失，同时集并与二次蒸汽分离，减少料液的损失，同时防止污染管道及其它浓缩器的加热面。防止污染管道及其它浓缩器的加热面。一、汽液分离器（又称捕沫器、捕液器和除沫器）一、汽液分离器（又称捕沫器、捕液器和除沫器）81应具有良好的分离效果，其阻力损失应具有良好的分离效果，其阻力损失尽可能的小，能保证液体连续地流向蒸发尽可能的小，能保证液体连续地流向蒸发室内，同时应具备易于拆洗、没有死角，室内，同时应具备易于拆洗、没有死角，结构简单，尺寸小，材料消耗少等性能。结构简单，尺寸小，材料消耗少等性能。要求：要求：82碰撞型：碰撞型：二次蒸汽流经通道上，设有若干挡板，二次蒸汽流经通道上，设有若干挡板，改变夹带液滴运动方向，与挡板碰撞，沿挡板改变夹带液滴运动方向，与挡板碰撞，沿挡板面流下，从而分离汽液。面流下，从而分离汽液。 2 2、类型与结构特点、类型与结构特点83离心型：离心型：二次蒸汽沿分离器的壳壁成切线方向导二次蒸汽沿分离器的壳壁成切线方向导入，气流产生回转运动，液滴在离心力作用下入，气流产生回转运动，液滴在离心力作用下被甩到分离器的内壁，并沿壁流下回到蒸发室被甩到分离器的内壁，并沿壁流下回到蒸发室内，二次蒸汽由顶部出口管排除。内，二次蒸汽由顶部出口管排除。84过滤型：过滤型：二次蒸汽通过多层金属网或磁网等构成二次蒸汽通过多层金属网或磁网等构成的捕液器，液滴粘附在其表面而二次蒸汽通过。的捕液器，液滴粘附在其表面而二次蒸汽通过。85二、蒸汽冷凝器二、蒸汽冷凝器1 1、作用：、作用：将真空浓缩所产生的二次蒸汽进行冷凝，并将真空浓缩所产生的二次蒸汽进行冷凝，并将其中的不凝性气体（如空气、二氧化碳等）分将其中的不凝性气体（如空气、二氧化碳等）分离，以减轻真空系统的容积负荷，同时保证达到离，以减轻真空系统的容积负荷，同时保证达到所需的真空度。所需的真空度。大气式、表面式、低水位、水力喷射器大气式、表面式、低水位、水力喷射器861 1）大气式冷凝器（又）大气式冷凝器（又称干式高位逆流冷凝器）称干式高位逆流冷凝器） 二次蒸汽由冷凝器的二次蒸汽由冷凝器的下侧进入，向上通过隔下侧进入，向上通过隔板间隙，与从冷凝器上板间隙，与从冷凝器上部进入的冷水逆流接触部进入的冷水逆流接触冷凝，冷凝，2 2、类型与特点、类型与特点87不凝气体由上端排除，不凝气体由上端排除，进入汽液分离器，将液进入汽液分离器，将液滴分离后，再被抽真空滴分离后，再被抽真空装置吸取排入大气中，装置吸取排入大气中，应用广泛。应用广泛。88通过管壁间接加热，通过管壁间接加热，加之壁垢的存在，两边加之壁垢的存在，两边的温差大，其冷却水利的温差大，其冷却水利用浪费大，应用较少。用浪费大，应用较少。2 2）表面式冷凝器）表面式冷凝器89降低大气式冷凝器的降低大气式冷凝器的高度，依靠抽水泵来排出高度，依靠抽水泵来排出冷凝水。其特点是降低了冷凝水。其特点是降低了安装高度，可在室内安装，安装高度，可在室内安装，且具有气压式冷凝器的优且具有气压式冷凝器的优点，但由于配有抽水泵，点，但由于配有抽水泵，且管路严密和较高的真空且管路严密和较高的真空吸头，其投资大。吸头，其投资大。3 3）低水位冷凝器）低水位冷凝器90A A、结构、结构喷嘴：产生高速水流和形喷嘴：产生高速水流和形成负压，吸二次蒸汽，成负压，吸二次蒸汽，同圆心排列；同圆心排列；吸气室：喷嘴出口处，负吸气室：喷嘴出口处，负压吸二次蒸汽；压吸二次蒸汽；4 4）水力喷射器）水力喷射器91混合室：混合室：冷凝水和不凝性冷凝水和不凝性气体随冷水排出；气体随冷水排出；扩散室：扩散室：热交换冷凝水；热交换冷凝水；附件：附件：挡板、排水管、冷挡板、排水管、冷却水出口、冷水进口等却水出口、冷水进口等92工作时，借助离心水泵的动力，将水压入喷嘴，工作时，借助离心水泵的动力，将水压入喷嘴，由于喷嘴处的截面积突然变小，水流以高速（达由于喷嘴处的截面积突然变小，水流以高速（达1530m/s1530m/s）射入混合室和扩散室，这样在喷嘴出）射入混合室和扩散室，这样在喷嘴出口处便形成负压，二次蒸汽不断被吸入，并与冷口处便形成负压，二次蒸汽不断被吸入，并与冷水进行热交换，二次蒸汽凝结为冷凝水，同时夹水进行热交换，二次蒸汽凝结为冷凝水，同时夹带不凝性气体，随冷水一起排出，这样既达到冷带不凝性气体，随冷水一起排出，这样既达到冷凝，又起到抽真空的作用。凝，又起到抽真空的作用。B B、工作原理、工作原理93要求离心水泵压力稳定，停止操作时，应先破坏锅要求离心水泵压力稳定，停止操作时，应先破坏锅内的真空度，避免冷水倒灌至浓缩锅内。内的真空度，避免冷水倒灌至浓缩锅内。C C、注意事项、注意事项94a a）兼有冷凝和抽真空的作用，不需配抽真空装置；）兼有冷凝和抽真空的作用，不需配抽真空装置；b b）结构简单，喷嘴无机械运转，造价低，不需经常）结构简单，喷嘴无机械运转，造价低，不需经常检修；检修；c c）适用于抽腐蚀性气体；）适用于抽腐蚀性气体；d d）消耗功率比大气式和表面式冷凝器要小；）消耗功率比大气式和表面式冷凝器要小；e e）不能获得高的真空度，且随水温的变化而变化。）不能获得高的真空度，且随水温的变化而变化。D D、特点、特点95第八章第八章 小结与思考题小结与思考题1 1、蒸发的概念和蒸发的必要条件是什么？蒸发的概念和蒸发的必要条件是什么？2 2、简述蒸发浓缩设备的分类和蒸发浓缩设备的选、简述蒸发浓缩设备的分类和蒸发浓缩设备的选择依据，蒸发浓缩设备的一般由哪几部分构成。择依据，蒸发浓缩设备的一般由哪几部分构成。3 3、单效真空浓缩设备的特点是什么？、单效真空浓缩设备的特点是什么？4 4、简述中央循环管式浓缩锅的基本结构和工作原、简述中央循环管式浓缩锅的基本结构和工作原理。理。965 5、简述液膜式蒸发浓缩设备的特点及其分类；、简述液膜式蒸发浓缩设备的特点及其分类；6 6、说明汽液分离器的作用、类型和相关特点；、说明汽液分离器的作用、类型和相关特点；7 7、论述升膜式和板式蒸发器的结构、特点及工作、论述升膜式和板式蒸发器的结构、特点及工作过程。过程。97