第十二章第十二章 浓缩设备浓缩设备第一节第一节 浓缩的基本原理及设备分类浓缩的基本原理及设备分类一、食品浓缩原理与特点一、食品浓缩原理与特点 蒸发浓缩蒸发浓缩是食品工厂中使用最广泛的浓缩方是食品工厂中使用最广泛的浓缩方法。采用浓缩设备把物料加热，使物料的易挥发法。采用浓缩设备把物料加热，使物料的易挥发部分水分在其沸点温度时不断地由液态变为气态，部分水分在其沸点温度时不断地由液态变为气态，并将气化时所产生的二次蒸汽不断排除，从而使并将气化时所产生的二次蒸汽不断排除，从而使制品的浓度不断提高，直至达到浓度要求。同时，制品的浓度不断提高，直至达到浓度要求。同时，其他浓缩方法如其他浓缩方法如冷冻浓缩、离心浓缩、超滤浓缩冷冻浓缩、离心浓缩、超滤浓缩等也逐步在食品工厂使用。等也逐步在食品工厂使用。第二节第二节 单效浓缩设备单效浓缩设备一、单效升膜式浓缩设备一、单效升膜式浓缩设备 膜式浓缩设备是使料液在管壁或器壁上膜式浓缩设备是使料液在管壁或器壁上分散成液膜的形式流动，从而使蒸发面积分散成液膜的形式流动，从而使蒸发面积大大增加，提高蒸发浓缩效率。大大增加，提高蒸发浓缩效率。 升膜式蒸发器升膜式蒸发器1-蒸汽进口蒸汽进口 2-加热管加热管 3-料液进口料液进口 4-冷凝水出口冷凝水出口5-下导管下导管 6-浓缩液出口浓缩液出口 7-分离管分离管 8-二次蒸汽出口二次蒸汽出口 工作原理工作原理1.最底部：最底部：管内完全充满料液，热量主要依靠对流传递。管内完全充满料液，热量主要依靠对流传递。2.中间部：中间部：开始产生蒸汽泡，使料液产生上升力。开始产生蒸汽泡，使料液产生上升力。3.最高部：最高部：由于膨胀的二次蒸发而产生强的上升力，料由于膨胀的二次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，以较液呈薄膜状在管内上行，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高速度进入汽液分离器，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。汽分离，二次蒸汽从分离器顶部排出。二、单效降膜式浓缩设备二、单效降膜式浓缩设备1-料液入口料液入口 2-蒸发室蒸发室 3-分离室分离室 4-二次蒸汽二次蒸汽 5-浓缩液浓缩液 6-冷却水冷却水7-蒸汽入口蒸汽入口 （一）工作过程（一）工作过程 料液自蒸发器顶部加入，在顶部料液自蒸发器顶部加入，在顶部有有料液分布器料液分布器，使料液均匀地分布在，使料液均匀地分布在每根加热管中。二次蒸汽与浓缩液一每根加热管中。二次蒸汽与浓缩液一般并流而下，料液沿管内壁下流时因般并流而下，料液沿管内壁下流时因受受二次蒸汽二次蒸汽的作用使之呈膜状。由于的作用使之呈膜状。由于加热蒸汽与料液的温差较大，所以传加热蒸汽与料液的温差较大，所以传热效果好。汽液进入蒸发室后进行分热效果好。汽液进入蒸发室后进行分离，离，二次蒸汽二次蒸汽由顶部排出，由顶部排出，浓缩液浓缩液则则由底部抽出。由底部抽出。 （二）料液分布器的作用原理（二）料液分布器的作用原理 1 利用导流管利用导流管(板板)使料液均布；使料液均布； 2 利用筛板或喷嘴使料液均布；利用筛板或喷嘴使料液均布； 3 利用旋液喷头。利用旋液喷头。 （三）单效降膜式浓缩设备的特点（三）单效降膜式浓缩设备的特点1.物料的受热时间仅物料的受热时间仅2min左右，故适合于热敏性物料的浓左右，故适合于热敏性物料的浓缩；缩；2.传热系数高，并可避免泡沫的形成，受热均匀；传热系数高，并可避免泡沫的形成，受热均匀；3.采用热泵，热能经济，冷却水消耗量减少，但生蒸汽的采用热泵，热能经济，冷却水消耗量减少，但生蒸汽的稳定压力需要较高；稳定压力需要较高；4.每根加热管上端进口处，虽安有分配器，但由于液位的每根加热管上端进口处，虽安有分配器，但由于液位的变化，影响薄膜的形成及厚度的变化，甚至会使加热管变化，影响薄膜的形成及厚度的变化，甚至会使加热管内表面暴露而结焦；内表面暴露而结焦；5.利用二次蒸汽作为热源，由于其夹带微量的料液液滴，利用二次蒸汽作为热源，由于其夹带微量的料液液滴，加热管外表面易生成污垢，影响传热；加热管外表面易生成污垢，影响传热；6.加热管长度较长，若结焦后清洗极为困难，不适合于高加热管长度较长，若结焦后清洗极为困难，不适合于高浓度或黏稠性物料的浓缩；浓度或黏稠性物料的浓缩；7.生产过程中，不能随意中断生产，否则易结垢或结焦。生产过程中，不能随意中断生产，否则易结垢或结焦。第三节第三节 多效浓缩设备多效浓缩设备一、多效蒸发的效数一、多效蒸发的效数 1.实际耗汽量大于理论值。实际耗汽量大于理论值。 2.设备费用增加，多效蒸发虽可节约蒸汽，但设备费用增加，多效蒸发虽可节约蒸汽，但蒸发设备及其附属设备的费用却随着效数的增加蒸发设备及其附属设备的费用却随着效数的增加而成倍的增加，当增加至不能弥补所节约的燃料而成倍的增加，当增加至不能弥补所节约的燃料费用时，效数就达到了极限。费用时，效数就达到了极限。 3.蒸发器有效传热温差有极限，随着效数不断蒸发器有效传热温差有极限，随着效数不断增加，每效分配到的有效温差逐渐减小。增加，每效分配到的有效温差逐渐减小。二、多效蒸发的工作原理二、多效蒸发的工作原理 生产中往往为了降低蒸汽的消耗量，生产中往往为了降低蒸汽的消耗量，充分利用二次蒸汽的热量来完成单效蒸发充分利用二次蒸汽的热量来完成单效蒸发达不到浓缩目的，而采用达不到浓缩目的，而采用多效蒸发多效蒸发。实施。实施多效蒸发的条件是各效蒸发器中的加热蒸多效蒸发的条件是各效蒸发器中的加热蒸汽的温度或压强要高于该效蒸发器中的二汽的温度或压强要高于该效蒸发器中的二次蒸汽的温度和压力，也就是说，次蒸汽的温度和压力，也就是说，两者有两者有温度差存在温度差存在，才能使引入的加热蒸汽起加，才能使引入的加热蒸汽起加热作用。热作用。三、多效真空浓缩的流程三、多效真空浓缩的流程 由几个蒸发器相连接，以生蒸汽加热的由几个蒸发器相连接，以生蒸汽加热的蒸发器为第一效，利用第一效产生的二次蒸发器为第一效，利用第一效产生的二次蒸汽加热的蒸发器为第二效，依此类推，蒸汽加热的蒸发器为第二效，依此类推，这种装有多个蒸发器及附属装置的，称为这种装有多个蒸发器及附属装置的，称为多效真空浓缩设备多效真空浓缩设备。 （一）顺流（一）顺流（一）顺流（一）顺流 优点：优点：溶液在各效间的流动不需要用泵溶液在各效间的流动不需要用泵来输送；其次，由于前一效溶液的沸点比后来输送；其次，由于前一效溶液的沸点比后一效高，因此当前一效料液进入后一效时，一效高，因此当前一效料液进入后一效时，便呈过热状念而立即蒸发，产生更多的二次便呈过热状念而立即蒸发，产生更多的二次蒸汽，增加了蒸发器的蒸发量。蒸汽，增加了蒸发器的蒸发量。 缺点：缺点：料液的浓度依效序递增，而加热料液的浓度依效序递增，而加热蒸汽的温度依效序递减，故当溶液黏度增加蒸汽的温度依效序递减，故当溶液黏度增加较大时，使传热总系数减小，而影响蒸发器较大时，使传热总系数减小，而影响蒸发器的传热速率，给未效蒸发增加了困难，但它的传热速率，给未效蒸发增加了困难，但它对浓缩热敏性食品有利。对浓缩热敏性食品有利。（二）逆流（二）逆流（二）逆流（二）逆流 料液由最后一效进入，依次用泵送入前效，最后料液由最后一效进入，依次用泵送入前效，最后的浓缩液由第一效放出。而蒸汽仍为由第一效依次至的浓缩液由第一效放出。而蒸汽仍为由第一效依次至未效。未效。 优点：优点：溶液浓度升高时，溶液的温度也增高，因溶液浓度升高时，溶液的温度也增高，因此各效黏度相差不大，可提高传热系数，改善循环条此各效黏度相差不大，可提高传热系数，改善循环条件。但须注意高温加热面上浓溶液的局部过热有引起件。但须注意高温加热面上浓溶液的局部过热有引起结焦和营养物质破坏的危险。结焦和营养物质破坏的危险。 缺点：缺点：效间料液流动是用泵，使能量消耗增大。效间料液流动是用泵，使能量消耗增大。 （三）平流（三）平流（三）平流（三）平流 平流的流程是各效都加入料液和放出浓平流的流程是各效都加入料液和放出浓缩液，蒸汽的流向仍由第一效至末效依次缩液，蒸汽的流向仍由第一效至末效依次流动。流动。 此法只用于在蒸发操作进行的同时有晶此法只用于在蒸发操作进行的同时有晶体析出的场合，例如食盐溶液的浓缩。这体析出的场合，例如食盐溶液的浓缩。这种方法对结晶操作较易控制，并省掉了黏种方法对结晶操作较易控制，并省掉了黏稠晶体悬浮液的效间泵送。稠晶体悬浮液的效间泵送。第四节第四节 冷冻浓缩设备冷冻浓缩设备一、冷冻浓缩的原理与特点一、冷冻浓缩的原理与特点 冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间的固冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间的固液相平衡原理的一种浓缩方法。冷冻液相平衡原理的一种浓缩方法。冷冻浓缩是将稀溶液中作为溶剂的水冻结并分浓缩是将稀溶液中作为溶剂的水冻结并分离冰晶，从而溶剂减少使溶液浓度增加。离冰晶，从而溶剂减少使溶液浓度增加。 单级冷冻浓缩装置系统单级冷冻浓缩装置系统 1-旋转刮板式结晶器旋转刮板式结晶器 2-混合罐混合罐 3-洗涤塔洗涤塔 4-融冰装置融冰装置 5-贮罐贮罐 6-成品罐成品罐 7-泵泵工作过程工作过程 操作时，料液由操作时，料液由7进入旋转刮板式结晶器，冷却进入旋转刮板式结晶器，冷却至冰晶出现并达到要求后进入带搅拌器的混合罐至冰晶出现并达到要求后进入带搅拌器的混合罐2，在混合罐中，冰晶可继续成长，然后大部分浓缩液在混合罐中，冰晶可继续成长，然后大部分浓缩液作为成品从成品罐作为成品从成品罐6中排出，部分与来自贮罐中排出，部分与来自贮罐5的料的料液混合后再进入结晶器液混合后再进入结晶器1进行再循环，混合的目的是进行再循环，混合的目的是使进入结晶器的料液浓度均匀一致。从混合罐使进入结晶器的料液浓度均匀一致。从混合罐2中出中出来的冰晶夹带部分浓缩液，经洗涤塔来的冰晶夹带部分浓缩液，经洗涤塔3洗涤，洗下来洗涤，洗下来的一定浓度的洗液进入贮罐的一定浓度的洗液进入贮罐5，与原料液混合后再进，与原料液混合后再进入结晶器，如此循环。洗涤塔的洗涤水是利用熔冰入结晶器，如此循环。洗涤塔的洗涤水是利用熔冰装置装置(通常在洗涤塔顶部通常在洗涤塔顶部)将冰晶熔化后再使用，多余将冰晶熔化后再使用，多余的水被排走。的水被排走。