16真空濃縮設備

1.6

真空濃縮設備設備原理設備結構設備的用途物料路線加熱蒸汽路線如何選型？要點一、真空濃縮的工作原理濃縮：從溶液中除去部分溶劑的單元操作。濃縮的目的：除去大量水分，減少包裝、儲運費用；提高成分含量；作為完全脫水工藝的前處理步驟真空濃縮：在負壓下（真空），以較低溫度濃縮。水的物理特性：在一個標準大氣壓的狀態(tài)下，即：0.1MPa,水的沸點：100°C，水的蒸發(fā)潛熱為：538.8Kcal/Kg;水在0.07MPa時，水的沸點：38°C，水的蒸發(fā)潛熱為：575.7Kcal/Kg;可見，隨著環(huán)境壓力的降低，水的沸點也在降低，其蒸發(fā)單位質(zhì)量的水所消耗的熱量卻在增加。

真空濃縮的優(yōu)缺點：

(1)料液沸點低，蒸發(fā)速度快。

(2)能用低壓蒸汽為熱源。

(3)利于保持食品營養(yǎng)成分（因為沸點低）。

(4)真空系統(tǒng)投資大，功耗大。

(5)沸點降低，蒸發(fā)潛熱增大。二、真空濃縮設備的分類、結構和特點一、分類(一)按二次蒸汽利用次數(shù)分：1、單效濃縮裝置2、多效濃縮裝置(二)按料液流程分：1、循環(huán)式：自然與強制循環(huán)2、單程式：

(三)按加熱器結構分：1、盤管式濃縮器2、中央循環(huán)管式濃縮器3、升膜式濃縮器4、降膜式濃縮器5、片式濃縮器6、刮板式濃縮器7、外加熱式濃縮器1.夾套式蒸發(fā)器中小型濃縮設備。由圓筒形夾套殼體、攪拌器、除沫器等組成。適于果醬、蜜餞、糖漿、乳品、豆?jié){晶、食用膠等高粘度料液的濃縮。主要技術參數(shù)蒸發(fā)量300L／h，蒸汽耗用量340kg／h，蒸汽壓力＜196kPa，真空度82．9～88.0kPa。2.盤管式蒸發(fā)器亦稱盤管式濃縮鍋，由上下鍋體、加熱盤管、汽液分離器等組成。料液分批濃縮。二次蒸汽由上部排入汽液分離室，成品由鍋底卸出。單元操作：蒸發(fā)盤管式真空濃縮機組成:蒸發(fā)器、加熱盤管分離器、儀表箱水力分離器特點：體積小、成本低操作維修方便型號：1000型700型

300型蒸發(fā)量：300－1000kg/h加熱面積：3－10m23.中央循環(huán)管式蒸發(fā)器加熱室中中央循環(huán)管的截面一般為加熱管束總面積的40％以上。料液由于受熱程度不同，產(chǎn)生重度差，從邊上上升、中間下降，在分離室進行汽液分離。二次蒸汽由頂部排出。料液經(jīng)中央循環(huán)管下降，再進入加熱管束，形成自然循環(huán)。濃縮后的制品由底部卸出。該類蒸發(fā)器在國內(nèi)糖廠應用較多。中央循環(huán)管蒸發(fā)器動畫4.強制循環(huán)式蒸發(fā)器主要由列管式加熱器、分室和料液循環(huán)泵組成料液強制循環(huán)該蒸發(fā)器為分批作業(yè)優(yōu)點為流速大，達3-4m/s，可防止料液結垢；當加熱蒸汽與料液之間的溫差較小時（3-5℃），仍可進行操作。不足是動力消耗大．強制循環(huán)蒸發(fā)器動畫強制循環(huán)蒸發(fā)器這是燒堿廠的強制循環(huán)蒸發(fā)器5.升膜式蒸發(fā)器由加熱室、分離室和循環(huán)管等組成。料液在加熱管中部沸騰汽化。在上部產(chǎn)生二次蒸汽，流速可達100—l60/s。料液沿管內(nèi)壁成膜狀上升，并不斷蒸發(fā)。優(yōu)點：占地少，傳熱效率較高，料液受熱時間短，在加熱管內(nèi)停留10—20s。適于濃縮熱敏、易起泡和粘度低的液料。缺點是一次濃縮比低，進料量需嚴格控制。升膜式蒸發(fā)器動畫6.降膜式蒸發(fā)器①利用重力作用成膜，能蒸發(fā)粘度較大的料液，且受熱時間短，適于熱敏性強的物料；②料液的沸點均勻，有效溫差較大，傳熱效果好，節(jié)約蒸汽。③蒸發(fā)管較長，沸騰泡沫易受熱破裂，因此適于蒸發(fā)易生泡沫的物料；④清洗方便；⑤適于濃度較大，不易結晶、結垢的物料。目前這類設備在乳品、果汁等食品工業(yè)中應用最廣。特點：降膜式蒸發(fā)器動畫7.刮板式蒸發(fā)器有立式、臥式兩類。加熱時間為2～3S。加熱區(qū)域可分成幾段，采用不同壓力的蒸汽特點：適于高粘度（最高達100Pa.s）的料液或含有懸浮顆粒的料液。多功能刮板濃縮罐立式刮板式濃縮器三、真空濃縮設備的附屬裝置主要附屬裝置：捕集器、冷凝器、蒸汽噴射器和真空裝置等。1、捕集器（一）慣性捕集器：在二次蒸汽流的通道上設置擋板，一般其直徑比二次熱汽入口直徑大2.5～3倍。（二）離心型捕集器：利用離心力分離。2.冷凝器功能：將二次蒸汽冷凝，對不凝氣體分離，減輕真空系統(tǒng)負荷。（一）間接式冷凝器

二次蒸汽與冷卻水間接傳熱，有列管式、板式、螺旋板式和淋水管式。特點：冷凝液可回收利用，但傳熱效率低，故用作冷凝的較少。（二）直接式冷凝器（混合式）

分為逆流式和噴射式。二次蒸汽與冷卻水直接接觸而冷凝。（1）逆流式冷凝器（2）噴射式冷凝器安裝要求：①水泵至噴射器冷卻水入口的管路，盡量減少管件和彎頭，減小阻力損失；②排水管要求垂直，如必須曲折時，折角不大于45°,轉(zhuǎn)折不多于兩次；③各接口要求嚴密，避免泄漏；④連接擴散管出口的尾管長度，一般在2m以上，且不伸入循環(huán)水池之水中。3.真空裝置(一)作用：抽出不凝結氣體，保證系統(tǒng)的真空度，降低濃縮鍋內(nèi)壓力，使料液在低溫下沸騰。

不凝氣體來源：①溶解于冷卻水中的空氣。②料液中分解的氣體。③設備泄漏。(二)常用真空裝置

1、蒸汽噴射器

2、往復式真空泵

3、水環(huán)式真空泵蒸汽噴射泵優(yōu)點是抽氣量大，真空度高，安裝運行和維修簡便，價廉，占地面積小。缺點是要求蒸汽壓力較高，蒸汽量穩(wěn)定，需要較長時間運轉(zhuǎn)，才能達所需真空度。排出的氣體還有微小壓強。真空泵（一）往復式真空泵（二）水環(huán)式真空泵（水環(huán)泵）結構簡單。易于制造，操作可靠，轉(zhuǎn)速較高，可與電機直聯(lián)，內(nèi)部不需潤滑，可使排出氣體免受污染，排氣量較均勻，工作平穩(wěn)可靠。但因高速運轉(zhuǎn)，水的沖擊使葉輪與輪殼磨損，造成真空度下降，需經(jīng)常更換零件。效率較低，為30％～50％。真空度較低，為2.0～4.0kPa。四、單效真空濃縮設備（一）單效降膜式真空濃縮設備

以德國WINGGAND公司引進的單效降膜式真空濃縮系統(tǒng)為例

主要由加熱室、分離室、熱壓泵（蒸汽噴射器)、物料泵、冷凝水泵、水環(huán)式真空泵、螺桿泵及貯料桶等組成。適用于牛乳濃縮。

主要技術參數(shù)：水分蒸發(fā)量：800kg/h；進料量：1210kg／h（進料總?cè)楣腆w含量25.65％);

生產(chǎn)率：410kg／h（出料總?cè)楣腆w含量74％);

蒸汽耗量：465（kg／h）（蒸汽表壓800KPa);

耗水量：水壓300kPa（表壓),22℃15m3/h；電機總功率：約10.4kw。本設備的特點是能量消耗少，操作穩(wěn)定，清洗方便。多效真空濃縮操作流程（三效為例）多效真空濃縮設備１效２效３效加熱蒸汽料液二次蒸汽完成液冷凝水冷凝水冷凝水并流（順流）３效蒸發(fā)流程圖１效２效３效加熱蒸汽料液二次蒸汽完成液冷凝水冷凝水冷凝水逆流３效蒸發(fā)流程圖１效２效３效加熱蒸汽料液二次蒸汽完成液冷凝水冷凝水冷凝水平流３效蒸發(fā)流程圖完成液完成液三效逆流真空濃縮機

主要用于果醬的濃縮蒸發(fā)量：12000kg/h1效2效3效料液溫度：7257420C加熱溫度：14372570C加熱面積：15200150m2成品濃度：5％－28％1.順流式雙效降膜真空濃縮設備（一）組成與流程（二）用途和特點這種設備適用于牛乳、果汁等熱敏性物料的濃縮，效果好，質(zhì)量高，蒸汽與冷卻水的消耗量均較低，并配有清洗裝置，操作方便。(三)主要技術參數(shù)

生產(chǎn)能力（水分蒸發(fā)量）為1200kg／h；殺菌條件為86—92℃保溫24s；一效加熱溫度為83～90℃；一效蒸發(fā)溫度為70～75℃；二效加熱溫度為68～74℃；二效蒸發(fā)溫度48～52℃；物料受熱時間為3min；蒸汽壓力（表壓）為500kPa；蒸汽消耗量為620kg／h；冷卻水耗量為12t/h。順流式雙效降膜真空濃縮設備單元操作：蒸發(fā)雙效降膜真空濃縮機

主要用于奶、果汁的濃縮蒸發(fā)量：2400kg/h1效2效料液溫度：73480C加熱溫度：84700C加熱面積：23.612.2m2成品濃度：45％－50％2.混流式三效降膜真空濃縮設備（一）組成與流程（二）用途與特點

這種設備適用于牛乳等熱敏性液料的濃縮操作，其特點如下：

(1）采用真空降膜蒸發(fā)，液料受熱時間短，蒸發(fā)溫度低、產(chǎn)品質(zhì)量好。

(2)三效蒸發(fā)，配有熱壓泵和預熱器，節(jié)省蒸汽和冷卻水用量。

(3）操作穩(wěn)定，清洗方便，符合食品衛(wèi)生要求。

(4）連續(xù)生產(chǎn)，處理量較大。

（三）主要技術參數(shù)

處理鮮乳量3600～4000kg／h；蒸發(fā)溫度：第一效70℃，第二效57℃。第三效44℃；進料濃度為12％（總?cè)楣腆w含量)；出料濃度為48％（總?cè)楣腆w含量)；蒸汽消耗量為800kg／h；冷卻水消耗量為21t／h（以進水溫度16℃，排水溫度38℃計);電動機總功率為25kW。五、選型1.選型要求和應考慮的因素

（一）料液的性質(zhì)

包括成分組成、粘滯性、熱敏性、發(fā)泡性、腐蝕性，是否含有固體、懸浮物、是否易結晶、結垢等。

（二）工藝要求

包括處理量、蒸發(fā)量二料液和濃縮液的進出口的濃度和溫度、連續(xù)作業(yè)和間歇作業(yè)等。

（三）產(chǎn)品質(zhì)量要求

符合衛(wèi)生標準。色、香、味和營養(yǎng)成分等。

（四）當?shù)刭Y源條件

包括熱源、氣象、水質(zhì)、水量和原料供給情況等。

（五）經(jīng)濟性和操作要求

包括廠房占地面積和高度、設備投資限額和傳熱效果、熱能利用、操作和維修是否方便等。2.選型原則

（一）物料的粘度

料液的原有粘度及蒸發(fā)過程中粘度不斷增大，使物料流速降低，傳熱系數(shù)減少，生產(chǎn)能力下降，對這種物料，宜選強制循環(huán)型、刮板式或降膜式蒸發(fā)器。

（二）熱敏性對熱敏性強的物料，濃縮時要求受熱時間短、溫度低，否則易引起分解或變質(zhì)；一般宜選液料在器內(nèi)停留時間短，真空度較高的薄膜蒸發(fā)器，如片式、離心式的蒸發(fā)設備。若允許料液在較低溫下，較長時間受熱，或液料濃度較低，濃縮比不高時，可用盤管式真空蒸發(fā)器。

（三）結垢性結垢是液料在濃縮過程中因粘度增大、懸浮的微粒積沉、局部焦化過熱等因素所造成。結垢后，增加熱阻，降低傳熱系數(shù)，甚至使作業(yè)無法運行。故宜選刮板式或強制循環(huán)型蒸發(fā)器。

（四）結晶性若濃縮過程中有晶體析出，易沉積于傳熱面上，影響傳熱效果，宜選帶攪拌的或強制循環(huán)型蒸發(fā)器。刮板式蒸發(fā)器亦適用。（五）發(fā)泡性

有些液料在濃縮時產(chǎn)生大量汽泡，會污染附屬裝置，還造成液料的損失，故應考慮消除汽泡；一般采用升膜式、強制循環(huán)式蒸發(fā)器，因其液料的流速大，具有破泡作用。此外標準式蒸發(fā)器裝有較大的汽液分離室，亦可使用。對發(fā)泡嚴重的物料，可采用加人適當?shù)南輨S油、植物油等）的方法。（六）腐蝕性液料的酸度高時，在蒸發(fā)中易對設備的金屬部件產(chǎn)生腐蝕，宜用防腐蝕且導熱性良好的蒸發(fā)器。（七）蒸發(fā)量蒸發(fā)器生產(chǎn)能力的大小取決于傳熱速率，一般傳熱面積小時，宜選用攪