真空浓缩设备_110页.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,*,真空浓缩设备,真空浓缩设备,4/9/2026,1,1.,搅拌设备很多，但其基本结构主要由,_ _ _,三大部分组成。,（搅拌装置、搅拌罐、轴和轴封装置）,2.,液体在搅拌器的作用下会产生,_,_,_,三种流型，而叶片造成液流有三个分速度为,_,_,和,_,，其中,_,和,_,对液体的搅拌混合起着主要作用。,（轴向、径向、混合；轴向速度、径向速度、切向速度；轴向速度、径向速度）,4/9/2026,2,3.,均质阀主要由,_ _ _,三部分组成；按工作面形式可分为,_ _,两大类。,（阀座、阀杆、冲击环；平面型、非平面型）,4.,柱塞式往复泵的吸入阀和排出阀由,_ _ _ _,和,_,组成。,（阀座、阀板、导向柱、弹簧、开程限制器）,4/9/2026,3,5.,高压均质机种常用二级均质阀，其中一级均质阀的作用,_,二级的作用,_,。,（粉碎脂肪颗粒、使料液混合均匀）,6.,工业中所使用的高剪切均质机可分为,_,和,_,两种。,（轴流式、径流式）,7.,均质机工作过程的机理可归纳为,_ _,和,_,三个学说。,（剪切、撞击、空穴）,4/9/2026,4,1.,搅拌器不同安装形式会产生不同的流场，常用的安装形式有哪几种？,2.,食品工厂选择浓缩设备时应考虑溶液的哪些性质？,4/9/2026,5,液体的浓缩意味着溶剂的脱除，在大多数情况下是水的脱除,对液体食品的浓缩有很多原因，例如：,减少干燥费用；,增加结晶；,减少贮藏和运输费用；,降低水的活性，以增加食品的微生物及化学方面的稳定性；,从废液中回收副产品,4/9/2026,6,4/9/2026,7,在真空条件下对液体进行蒸发浓缩的方法始于,1913,年，,其工艺是建立在英国科学家,E.C.Howard,专利基础之上的，它包含一个蒸汽加热的带有冷凝器和空气泵的双底真空釜。,4/9/2026,8,真空蒸发优点,1,、加热蒸汽与沸腾液体之间的温度差,t,可以增大。,2,、可利用压强较低的蒸汽作为加热蒸汽。,3,、由于低温浓缩，有利于食品溶液进行浓缩，减少体积及重量，便于运输及储存。,4,、由于溶液沸点较低，使浓缩设备的热损失减少。,5,、对料液起加热杀菌作用，有利于食品保藏。,4/9/2026,9,不足之处,1,、由于真空浓缩，须有抽真空系统，从而增加附属机械设备及动力。,2,、由于蒸发潜热随沸点降低而增大，所以热量消耗大。,4/9/2026,10,第一节分类和选择及操作流程,一、分类,（一）根据加热蒸汽被利用的次数来分,1.,单效浓缩装置,2.,多效浓缩装置,3.,带有热泵的浓缩装置,4/9/2026,11,（二）根据料液流程来分,1.,循环式（自然循环和强制循环）,2.,单程式,（三）根据加热器结构型式来分,1.,盘管式浓缩器2.,中央循环管式浓缩器,3.,升膜式浓缩器,4.,降膜式浓缩器等,4/9/2026,12,二、选择原则,（一）结垢性,:,选取流速较大的强制循环型或升膜式的浓缩设备,（二）结晶性：,采用夹套带搅拌器或强制循环浓缩器,（三）粘滞性,选强制循环型、刮板式或降膜式薄膜浓缩器,4/9/2026,13,（四）热敏性,运用各种薄膜式或真空度较高的浓缩器。,（五）发泡性,采用强制循环型或长管薄膜浓缩器。,（六）腐蚀性,通常使用不锈钢材料或采用各种防腐涂层材料的钢材。,4/9/2026,14,三、对浓缩设备的要求,（,1,）传热效果好，热能利用率高，即传热系数高和有效温度差大。,（,2,）结构紧凑、操作方便。,（,3,）汽液分离效果好。,（,4,）设备性能适应食品料液的性质，符合生产工艺要求和食品卫生。,（,5,）易于制造、检修、清洗。,（,6,）具有足够的机械强度，金属消耗量少，耐腐蚀。,4/9/2026,15,四、真空浓缩装置操作流程,（一）单效真空浓缩装置流程,由一台浓缩锅和冷凝器及抽真空装置组合而成。,（二）多效真空浓缩装置流程,常见有并流法、逆流法、平流法,4/9/2026,16,1,、并流法,4/9/2026,17,2,、逆流法,4/9/2026,18,3,、平流法,4/9/2026,19,4/9/2026,20,4/9/2026,21,第二节单效真空浓缩设备,一、中央循环管式（标准式）浓缩锅,（一）作用原理,食品料液经过由沸腾管和中央循环管所组成的竖式管加热面进行加热，由于传热产生重度差，形成了自然循环，而将其水分蒸发，从而达到浓缩目的。,4/9/2026,22,（二）主要构造,1.,加热器体,由沸腾管及中央循环管和上下管板所组成的竖式加热管束。,2.,蒸发室,加热室上部的圆筒体。,4/9/2026,23,4/9/2026,24,(,三,),特点,结构简单、操作方便、锅内液面容易控制。,清洗较困难，粘度大时循环效果较差。,4/9/2026,25,二、盘管式浓缩锅,1.,结构,2.,操作过程注意事项,4/9/2026,26,4/9/2026,27,4/9/2026,284/9/2026,29,三、夹套加热室带搅拌单效浓缩装置,1.,加热器体,2.,蒸发室,3.,操作过程,4/9/2026,30,第三节 升膜式、降膜式浓缩设备,一、升膜式浓缩设备,属于液膜式浓缩器，液体沿管壁成膜状流动，进行连续蒸发，液体在浓缩器停留时间较短，约几秒至几十秒。,4/9/2026,31,（一）结构,由多根垂直管束的加热器体和一个蒸发分离室及循环管组成。为自然循环式。,4/9/2026,32,二、工作过程,（三）料液的控制,4/9/2026,33,4/9/2026,34,管内料液的加热与蒸发分三部分：,最底部,管内完全充满料液，热量主要依靠对流传递。,中间部,开始产生蒸汽泡，使料液产生上升力。,最高部,膨胀的二次蒸发产生强的上升力，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。,4/9/2026,35,二、降膜式浓缩设备,（一）结构,4/9/2026,36,4/9/2026,37,4/9/2026,38,（二）降膜分布器,4/9/2026,39,4/9/2026,40,4/9/2026,41,4/9/2026,42,（三）双效降膜式浓缩设备,1,流程,1.1,物料,1.2,加热蒸汽与冷凝水,1.3,真空的形成,1.4,冷却水,4/9/2026,43,4/9/2026,44,4/9/2026,45,4/9/2026,46,1.,平衡槽,2.,进料泵,3.,一效蒸发器,4.,二效蒸发器,5.,中间物料泵,6.,出料泵,7.,混合冷凝器,8.,中间冷凝器,9.,热压泵,10.,启动蒸汽喷射泵,11.,一级蒸汽喷射泵,12.,二级蒸汽喷射泵,13.,冷凝水泵,14,冷却水泵,4/9/2026,47,2.,分析,2.1,流程,2.1.1,顺流进料，减少了物料热敏性成分的破坏率。,2.1.2,物料受热时间短。,2.1.3,物料预热温差小。,2.1.4,有利于保证产品的质量。,2.1.5,热效率高。,2.1.6,冷却水耗量低。,4/9/2026,48,2.2,布局与结构,2.2.1,设备虽高，但稳定性好。,2.2.2,用大部件做小部件的支撑架。,2.2.3,把四段预热物料的盘管与混合冷凝器、一效与二效蒸发器有机地组合到一起。,2.2.4,采用盘式折流分配装置,4/9/2026,49,2.2.5,物料的预热杀菌采用了盘管结构。,2.2.6,液体、气体的流量控制，采用了结构简单的孔板。,2.2.7,一效、二效结构基本相同，各连接管路的孔径、方位、标高也一致。,2.2.8,布局和结构也有不合理的地方。,4/9/2026,50,4/9/2026,51,设备类型,蒸汽耗量（,T,）,水耗量,每蒸发,1,吨水,每生产,1,吨粉,每蒸发,1,吨水,每生产,1,吨粉,国产单效蒸发器不带热泵,1.15,7.6,3.0,192,国产双效带热泵,0.46,3,10,64,丹麦五效带热泵使用蒸汽压力,0.8Mpa,0.14,0.94,带冷却水塔，循环使用几乎不耗水,4/9/2026,52,3,、为什么节能,3.1,冷凝水显热的利用,3.2,热压泵的应用,3.3,多效的应用,3.4,物料预热器内的牛乳预热盘管起着冷凝二效二次蒸汽的作用。,4/9/2026,53,4.,为什么节水,4.1,节约冷却水,4.2,增加冷凝水,4/9/2026,54,5.,操作不当，一效从何处跑奶,从二效凝结水泵出口处跑奶,4/9/2026,55,（四）三效降膜式浓缩设备,4/9/2026,56,由一、二、三效加热器，一二、三效蒸发器、预热器、冷凝器和热压泵组成。,蒸发耗量低，,1kg,蒸汽可蒸发,4kg,水。,蒸发温度低，部分二次蒸汽经喷射式热压泵重新吸入一效加热器，热量得到充分利用，蒸发温度相对较低。,浓缩比大，降膜式蒸发，使粘度较大的料液容易流动蒸发，不容易结垢，浓缩时间短，浓缩比可达到,15,。,本设备可以实现全自动化生产，智能化系统管理，符合,GMP,标准要求。,4/9/2026,57,4/9/2026,58,4/9/2026,59,4/9/2026,60,第三节 真空浓缩装置的附属设备,一、捕集器,（一）作用,安装在浓缩装置的蒸发分离室顶部或侧面。其作用主要防止蒸发过程中形成的细微液滴，被二次蒸汽夹带逸出。对汽液进行分离，要减少料液的损失，同时防止污染管道及其它浓缩器的加热面。,4/9/2026,61,（二）类型,1,、惯性型捕集器,2,、离心型捕集器,3,、表面型捕集器,4/9/2026,62,4/9/2026,63,二、冷凝器,（一）作用,将真空浓缩所产生的二次蒸汽进行冷凝，并将其中的不凝结气体,(,空气、二氧化碳等,),分离，以减轻真空系统的容积负荷，同时保证达到的所需的真空度。,4/9/2026,64,（二）类型,1,、大气式冷凝器,2,、表面式冷凝器,3,、低水位冷凝器,4,、喷射式冷凝器,4/9/2026,65,4/9/2026,66,4/9/2026,67,喷射式冷凝器1.,结构及工作原理,4/9/2026,68,借离心水泵的动力，将水压入喷嘴，由于喷嘴断面积小，以高速射（,15,30m/s,）入混合室及扩散室后进入排水管中，在喷嘴出口处形成低压区域，不断吸入二次蒸汽，由于二次蒸汽与冷水之间，有一定温度差，两者进行热交换后，二次蒸汽凝结为冷凝水，并夹带不凝结气体，随冷凝水排出，既达到冷凝，又能抽真空作用。,4/9/2026,69,4/9/2026,70,优缺点,：,优点：,（）兼有冷凝器及抽真空作用，不必再配置真空装置；,（,2,）结构简单，造价低廉，冷凝器本身设有机械运转部分，不要经常检修；,（）适于抽吸腐蚀性气体；,（）安装高度较低，与二次蒸汽排出管水平方向直接连接；,（）整个装置功率消耗小。,4/9/2026,71,缺点：,(1),不能获得较高的真空度，随水温的高低而变化,(2),水泵运转时的实际功率消耗较大。,4/9/2026,72,水力喷射器安装注意事项,（,1,）二次蒸汽的吸入管径，可按蒸汽流速,50-80m/s,范围选择管径，尽量减少阻力损失；,（,2,）冷水进入管径，尽量减少管件，使阻力损失减少；,（,3,）排水管垂直而无弯头，须曲折时，折角不大于,45,度，常用,30,，,转折不得低于二次。,4/9/2026,73,三、真空装置,（一）作用,主要作用是抽取不凝结气体，保证整个浓缩装置处于真空状态，并且降低浓缩锅内压力，从而使料液在低温下沸腾，有利于提高食品的质量。,4/9/2026,74,（二）常用的真空装置,1,、复式真空泵,（,1,）湿式真空泵,（,2,）干式真空泵,4/9/2026,75,4/9/2026,76,2,水环式真空泵,4/9/2026,77,3.,水力喷射泵,4.,蒸汽喷射泵,（,1,）工作原理及构造,采用较高压力的水蒸气作动力源，由泵嘴、混合室和扩散器组成。,4/9/2026,78,4/9/2026,79,(2),多级蒸汽喷射泵的操作注意事项,单级：最高真空度达,650-720mm,汞柱,双级：最高真空度达,730-750mm,汞柱,三级：最高真空度达,755-758mm,汞柱,4/9/202680,操作注意事项,先打开中间冷凝器的冷却水阀门；,启动最后级喷射泵（即吸入真空度最低的泵）然后往前逐级启动，停车时先关第一级吸入真空度最高的泵，然后往后逐级关闭；,停车时先破坏浓缩罐内的真空，然后慢慢关闭各级蒸汽喷射泵，以免冷水倒流罐内；,操作时，注意冷凝器内冷却水的排出速度，适当加减水量。,4/9/2026,81,(3),优缺点,抽气量大、真空度高、安装运行和维修简便、价格便宜、占地面积小。,要求蒸汽压力较高及蒸汽量要稳定，需较长的时间运转才能达到所需的真空度，排出气体有微小压力，只能排入大气中去。,4/9/2026,82,三、刮板式、离心式薄膜浓缩设备,一、刮板式薄膜浓缩设备,（一）分类,（二）结构,（三）工作过程,4/9/2026,83,4/9/2026,84,四、离心式薄膜浓缩设备,(,一,),结构,图,5,18【,轻版,177,页 图,5,15】,（二）工作过程,4/9/2026,85,4/9/2026,86,第五节 真空浓缩设备的主要计算,一、物料衡算,（一）单效浓缩设备,式中,S,料液进料量（公斤,/,小时）,W,蒸发之水分（或二次蒸汽）量（公斤,/,小时）,B,0,原料液浓度（）,B,1,浓缩液浓度（）,4/9/2026,87,(,二,),多效浓缩设备,1.,蒸发水分量,式中,B,n,末效料液浓度（）,2.,最终产品的量,3.,料液最终浓度,式中,W,1,W,2W,3,W,n,各效所蒸发的水分量（公斤,/,小时）,4/9/2026,88,二、热量计算,（一）单效浓缩设备,1.,热能的消耗包括,（,1,）消耗于水分的蒸发,Q,1,；,（,2,）消耗于进料的加热,Q,2,；如果进料的温度等于物料煮沸的温度,t,2,，则在进料加热上的热量消耗为零，如果,t,1,t,2,，则热量的消耗为负数；,（,3,）消耗于浓缩器的加热,Q,3,；,（,4,）消耗于向周围介质的热量损失,Q,4,。,4/9/2026,89,所以：,Q,总,=Q,1,+Q,2,+Q,3,+Q,4,Q,1,=WL,1,(,焦,),Q,2,=SC(t,1,-t,2,)(,焦,),Q,3,=W,1,C,1,(t,1,-t,2,)(,焦,),Q,4,=(Q,1,+Q,2,+Q,3,)3%(,焦,),4/9/2026,90,2.,蒸汽消耗,式中,i,1,加热蒸汽热焓（焦,/,公斤）,i,k,加热蒸汽冷凝水之热焓（焦,/,公斤）,4/9/2026,91,（二）多效浓缩设备,1.,自蒸发系数,式中,i,n,第,n,效加热蒸汽的热焓（焦,/,公斤）,t,n-1,第,n-1,效的溶液温度（开）,t,n,第,n,效的溶液温度（开）,一般并流式,4/9/2026,92,2.,蒸发系数,式中,I,n,第,n,效加热蒸汽的热焓（焦,/,公斤）,t,k,第,n,效加热蒸汽的冷凝水温度（开）,如果溶剂是水，则可近似地取为,1.0,。,4/9/2026,93,3.,蒸发水分量及第一效加热蒸汽量,4/9/2026,94,4/9/2026,95,三、传热面积计算,（一）单效浓缩设备,式中,K,传热系数（瓦,/,米,2,开）,t-,加热蒸汽的温度（,t,）与被浓缩料液的温度（,t,2,）之差（开）,4/9/2026,96,（二）多效浓缩设备,它的传热面积计算公式同上式。但是多效传热面积合理分配、计算比较复杂，一般采用试算方法，即从上式中，先确定,1,2,个参数，进行试算，然后核算其假定数值是否合适，经过反复,2,3,次运算才能完成，一般可根据经验数据，先确定,K,值。对于有效温度差如何合理分配，它与传热量有一定的关系。,4/9/2026,97,多效浓缩的有效温度差和分配：,根据浓缩操作得出，任何效的机热蒸汽温度（,T,），必须高于溶液的沸点温度（,t,）。保持一定温差（,T-t,），浓缩操作才能正常进行。,各效温度差，若用,t,1,，,t,2,，,t,n,表示，则第一效温差,t,1,T,1,-t,1,第二效温差,t,2,T,2,-t,2,第三效的温差为,t,3,T,3,-t,3,，如果无温度损失,t,，则溶液的沸点即等于二次蒸汽温度，也必等于进入次一效加热蒸汽的温度。,4/9/2026,98,所以各效的总温度差为：,t,总,t,1,t,2,t,n,T,1,-t,n,=T,1,-T,n,式中,T,n,末效二次蒸汽的温度（开）,实际上，由于各效均有温度损失，所以总的有效温差的数值，,t,比上式计算出的数值要小。其关系,t,t,总,式中,总温度损失,n,+,n,+,m-n,n,溶液沸点升高温度损失（开）,n,溶液的静压引起温度损失（开）,m-n,各效间二次蒸汽在管路中温度损失（开），一般,m-n,=1,4/9/2026,99,1.,确定各效传热面积相等，对有效温差进行分配,这种情况有利于制造设备，检修方便，以三效浓缩装置为例：,4/9/2026,100,各效的有效温度差如下关系,4/9/2026,101,依此则得多效浓缩锅中任何效（,X,）的有效温度差,t,，为：,如果各效二次蒸汽温度为已知时，则可根据各效温度损失，求出各效溶液的沸点温度，各效的有效温差，即为各效加热蒸汽温度（,T,）与各效溶液沸点温度（,t,）之差。,4/9/2026,102,2,、确定各效沸点的方法,（,1,）假定各效蒸汽压强之间，具有相等的压强降,以,P,0,表示第一效加热蒸汽的压强，,P,k,表示末效二次蒸汽进入冷凝器的压强，则总压强降：,P=P,0,-P,k,根据假定各效蒸汽压强降相等，则效数为,n,时，每效的压强为，从,P,x,即可求出各效二次蒸汽温度，例如三效浓缩锅,P,x,=,P/3,。,4/9/2026,103,若忽略蒸汽管道中的压强降，则第三效蒸发室上部空间压强,P,3,=,P,k,。由P,3,可查出相应的饱和蒸汽温度,T,3,(,即三效的二次蒸汽温度,),。第二效蒸汽室的压强,P,2,P,3,+,P/3,由,P,2,可查出相应的饱和蒸汽温度,T2.,第一效蒸发室的压强,P,1,=P,2,+,P/3,由,P,1,可查出相应的饱和蒸汽温度,T,1,。,从各效的二次蒸汽温度和有效温度差，则可求出各效溶液的沸点温度，然后再求出其它参数及核算。,4/9/2026,104,（,2,）假定各效水分蒸发量的比例,若无额外蒸汽抽出，采用并流法操作时，对于四效以下的浓缩锅，各效溶剂蒸发量可按下述比例进行估算。,双效：,W,1,:W,2,=1:1.1,三效：,W,1,:W,2,:W,3,=1:1.1:1.2,四效：,W,1,:W,2,:W,3,:W,4,=1:1.1:1.2:1.3,求出各效水分蒸发量后，则可计算各效溶液浓度，从而计算溶液的沸点等项。,4/9/2026,105,四、蒸发室直径及高度计算,4/9/2026,106,（二）蒸发室高度计算,1.,蒸发空间的容积,4/9/2026,107,4/9/2026,108,例题：,蒸发能力为,1200,公斤,/,小时之单效真空浓缩锅，采用盘管式加热器，试求浓缩锅基本工艺尺寸。已知水蒸气量,W=1200,公斤,/,小时；加热蒸汽（饱和）,1,大气压；真空度不低于,660,毫米汞柱；内加热盘管式（自然循环）；牛乳性质：进乳,12,，乳温为,50,0,60,0,C,浓缩乳,42,。,4/9/2026,109,式中,L,1,二次蒸汽汽化潜热（焦,/,公斤）,L,1,=i,2,-t,2,C,C,物料的比热（焦,/,公斤,开）,t,1,料液进料温度（开）,t,2,浓缩液温度（开）,i,2,二次蒸汽热焓（焦,/,公斤,开）,W,1,浓缩锅体的重量（公斤）,C,1,浓缩锅体材料比热（焦,/,公斤,开）,t,1,浓缩锅蒸发时温度（开）,t,2,浓缩锅开始的温度（开）,4/9/2026,110,