第八章濃縮設備 濃縮 從溶液中除去部分溶劑的單元操作 由于食品中的溶劑主要是水 如果蔬汁 牛奶等 所以食品工業中的濃縮一般指蒸發 真空濃縮 是指在負壓條件下 以較低溫度濃縮 有以下特點 1 料液沸點低 濃縮速度大 2 可利用低壓蒸汽作為熱源 多效時 3 不損害食品的營養成分 4 設備熱耗減少 5 增加真空系統 投資大 功力消耗大 6 沸點降低 蒸發潛熱增大 第一節濃縮概述 一 濃縮的目的1 除去水分 減少包裝 運輸費用2 提高濃度 增加貯藏性能3 干燥的預處理4 結晶的預處理 第一節濃縮概述 二 分類1 按操作方式分 常壓 真空 閃蒸2 按二次蒸汽的利用分 單效濃縮裝置 多效濃縮裝置 帶有熱泵的濃縮裝置3 按料液流程分 循環式 自然與強制循環 單程式 4 按加熱器結構分 盤管式濃縮器 中央循環管式濃縮器 升膜式濃縮器 降膜式濃縮器 片式濃縮器 刮板式濃縮器 外加熱式濃縮器 夾套式蒸發器 中小型濃縮設備 由圓筒形夾套殼體 攪拌器 除沫器等組成 液料置入鍋內 通過蒸汽加熱 并加攪拌 使水分在低壓條件下蒸發 二次蒸汽從頂部排除 主要技術參數蒸發量300L h 蒸汽耗用量340kg h 蒸汽壓力 196kPa 真空度82 9 88 0kPa 適于果醬 蜜餞 糖漿 乳品 豆漿晶 食用膠始粘度料液的濃縮 一 標準式蒸發器 又稱中央循環管式濃縮鍋 下部為加熱室 上部為分離室 加熱室內裝有加熱管束和中央循環管 中央循環管的截面積較大 一般為加熱管束總面積的40 以上 工作時料液在管內流動 加熱蒸汽在管束之間流動 由于中央循環管與加熱管中的料液受熱程度不同 產生密度差 使液料經加熱管而沸騰上升 然后在分離室內進行汽液分離 二次蒸汽由頂部排出 料液經中央循環管下降 回流 形成自然循環 濃縮后的制品由底部卸出 目前這類蒸發器糖廠應用廣泛 圖8 2中央循環管蒸發器A 加熱蒸汽B 料液C 二次蒸汽D 冷凝水E 完成液1 中央循環管2 蒸發室3 除沫器4 外殼5 換熱管 加熱室斷面 圖8 3加熱室斷面圖A 加熱蒸汽1 加熱蒸汽通道2 料液上升通道3 料液下降通道 二 盤管式蒸發器 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 在鍋體內裝有四個加熱盤管 分層排列 管內通入蒸汽 對管間的料液進行加熱 使之沸騰蒸發 料液分批入鍋內進行濃縮 二次蒸汽由上部排入汽液分離室 成品由鍋底卸出 二次蒸汽進入分離室后 因離心力作用 使夾帶的液滴與不凝氣體分離 氣體排出 被分離后的料液經回流管回入蒸發鍋內再進行蒸發 圖8 4盤管式蒸發器A 加熱蒸汽B 冷凝水C 完成液D 二次蒸汽冷凝水E 不凝氣體F 冷卻水進入端G 冷卻水排出端1 蒸發室2 氣液分離器3 回液管4 觀測口5 列管式冷凝器6 加熱蒸汽分配器7 加熱盤管8 水泵9 真空泵10 料液泵 三 外加熱式蒸發器 圖8 5外加熱式自然循環蒸發器A 加熱蒸汽B 冷凝水C 料液D 完成液E 二次蒸汽1 蒸發室2 回流管3 濾網4 分離器 特征 加熱室 分離室分開 有強制循環式 自然循環式 由加熱器 分離器 循環管組成 加熱器有 列管式 板式 強制循環式蒸發器 主要由列管式加熱器 分離室和料液循環泵組成 料液經循環泵 進入加熱器的列管內 被管間的蒸汽加熱 然后在分離室內進行汽液分離 二然汽自室頂排出 被濃縮的溶液由分離室底部再進入循環泵進口 使溶液繼續強制循環蒸發 該蒸發器是分批作業 它的優點是料液在加熱管內的流速大 達3 4m s 停留時間較短 傳熱系數較高 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 缺點是動力消耗大 外加熱板式強制循環蒸發器 圖8 6外加熱板式強制循環蒸發器A 加熱蒸汽B 冷凝水C 料液D 完成液E 二次蒸汽冷凝水F 不凝氣體G 冷卻水進口H 冷卻水出口1 板式換熱器2 料泵3 貯料罐4 成品泵5 分離器6 冷凝水泵7 水環式真空泵8 冷凝器 板式蒸發器 優點是料液經過傳熱面的時間很短 僅2s 液流分布均勻 不易結垢 傳熱系數高 可達10 45 16 72MJ M2 h 料液強制循環 可處理高粘度的料液 結構緊湊 節省加熱蒸汽耗量 拆卸清洗方便 可用于牛奶 果汁 豆 蛋 糖汁 低鹽醬油等多種食品的濃縮 四 升膜式蒸發器 由加熱室 分離室和循環管等組成 料液自加熱室底部進入加熱管內 加熱蒸汽在管束間流過 料液在加熱管中部開始沸騰迅速汽化 在加熱管上部產生的二次蒸汽并快速上升 流速可達100 l60m s 料液在二次蒸汽和抽真空的作用下 沿管內壁成膜狀上升 并不斷被加熱蒸發 有循環型 非循環型這種蒸發器的優點是占地面積小 傳熱效率較高 料液受熱時間短 在加熱管內停留10 20s 適于濃縮熱敏 易起泡和粘度低的液料 缺點是一次濃縮比不大 進料量需要很好控制 進料過多不易成膜 過少則易斷膜干壁 影響產品質量 圖8 7升膜式蒸發器A 加熱蒸汽B 完成液C 料液D 冷凝水E 二次蒸汽1 換熱管2 氣液管3 分離器 五 降膜式蒸發器 由加熱管束 分離器等組成 料液自上部分配到加熱管束內 成膜狀流下 加熱蒸汽在管束外流過 完成換熱后料液進入汽液分離器分離 這種蒸發器的特點 由重力作用降膜 能蒸發粘度較大的料液 受熱時間短 適于熱敏性強的物料 料液的沸點均勻 有效溫差較大 傳熱效果好 節約蒸汽 由于蒸發管較長 液料沸騰時所生成的泡沫易在管壁上受熱破裂 因此適于蒸發易生泡沫的物料 清洗方便 適用于濃度較大 不易結晶 結垢的物料 目前這類設備在乳品 果汁等食品工業中應用最廣 六 刮板式蒸發器 有立式 臥式兩類 由加層圓筒 旋轉刮板器 料液分配盤與驅動裝置等組成 加熱時間為2 3s 加熱區域可分成幾段 采用不同壓力的蒸汽 一般直徑為300 500mm 刮板與加熱筒內壁的最小間隙為 1 5士0 3 mm 刮板的轉速為300 800rpm 這種蒸發器的特點是傳熱系數高 適于高粘度 最高達100Pa s 的料液或含有懸浮顆粒的料液 九 離心式蒸發器 特點是結構緊湊 傳熱效率高 蒸發強度高于其他常用的蒸發器 料液在器內停留時間極短 約1s 制品品質優良 能較好保持原有色 香 昧和營養成分 適于熱敏性物料 是一種新型 高效的濃縮設備 但對粘度大 易結晶的料液不適用 其結構較復雜 造價高 第三節真空濃縮的附屬裝置 真空濃縮設備的附屬裝置主要包括 捕集器 冷凝器 蒸汽噴射器和真空裝置等 一 捕集器功能 防止蒸發過程形成的細微液滴被二次蒸汽帶出 減少原料損失 同時防止污染 一 慣性捕集器它是在二次蒸汽流的通道上設置若干擋板 為了提高分離效果 一般捕集器的直徑比二次熱汽入口直徑大2 5 3倍 二 離心型捕集器形狀與旋風分離器相似 液滴在離心力的作用下被甩到殼壁 并沿壁流回蒸發分離室內 二次蒸汽由頂部排出 在蒸汽流速較大時 分離效果較好 但阻力亦較大 二 冷凝器 功能 將二次蒸汽冷凝 并將其中的不凝氣體分離 以減輕真空系統容積負荷 一 間接式冷凝器亦稱表面式冷凝器 這種冷凝器是利用金屬傳熱冷凝 二次蒸汽不接觸冷卻水 有列管式 板式等 特點是冷凝液可以回收利用 但傳熱效率低 使用較少 二 直接式冷凝器亦稱混合式冷凝器 分為逆流式和噴射式兩種 這種冷凝器利用二次蒸汽與冷卻水直接接觸冷凝 1 逆流式冷凝器 塔式冷凝器 a 噴淋塔式 b 填料塔式 c 板塔式圖8 13幾種塔式冷凝器示意圖A 二次蒸汽B 冷凝水C 回水D 不凝氣體1 噴頭2 填料層3 孔板 二 冷凝器 2 噴射式冷凝器 利用噴射泵的原理 用高速水流抽出二次蒸汽 兼有冷凝和抽真空雙重作用 1 組成 由噴嘴 吸氣室 混合室 擴散室等組成2 優缺點 1 兼有冷凝器及抽真空作用 故不必再配真空裝置 2 結構簡單 造價低廉 冷凝器自身沒有機械運轉部分不需經常檢修 3 適用于抽吸腐蝕性氣體 4 安裝高度低 與濃縮鍋的二次蒸汽排出管水平方向可直接相連 5 整個裝置的功率消耗較小 6 不能獲得較高的真空度 并隨水溫而變 2 噴射式冷凝器 噴射式冷凝器的安裝要求 從水泵至噴射器冷卻水入口的管路 應盡量減少管件和彎頭 使阻力損失減小 排水管要求垂直 如必須曲折時 折角不大于45 轉折不多于兩次 各接口要求嚴密 避免泄漏 連接擴散管出口的尾管長度 一般在2m以上 且不伸入循環水池之水中 三 真空裝置 一 作用 保證系統的真空度 降低濃縮鍋內壓力 使料液在低溫下沸騰 不凝氣體來源 溶解于冷卻水中的空氣 料液中分解的氣體 設備泄漏 二 常用真空裝置蒸汽噴射器往復式真空泵水環式真空泵 四 真空泵 1 往復式真空泵 2 水環式真空泵 水環泵 這類泵結構簡單 易于制造 操作可靠 轉速較高 可與電機直聯 內部不需潤滑 可使排出氣體免受污染 排氣量較均勻 工作平穩可靠 但因高速運轉 水的沖擊使葉輪與輪殼磨損 造成真空度下降 需經常更換零件 效率較低 為30 50 真空度較低 為2 0 4 0kPa 3 蒸汽噴射器 蒸汽噴射泵的優點是抽氣量大 真空度高 安裝運行和維修簡便 價廉 占地面積小 其缺點是要求蒸汽壓力較高 蒸汽量穩定 需要較長時間運轉 才能達所需真空度 排出的氣體還有微小壓強 第三節單效真空濃縮設備 1 加熱器 盤管 4 5盤 每盤1 3圈 2 蒸發室 罐上部 配有除泡沫裝置 3 抽真空 二級蒸汽噴射器 4 二次蒸汽排出 冷凝器 二級蒸汽噴射器特點 結構簡單 操作方便 但傳熱面積小 原料受熱時間長 生產效率低 清洗不便 第三節單效真空濃縮設備 一 單效降膜式真空濃縮設備主要由加熱室 分離室 熱壓泵 蒸汽噴射器 物料泵 冷凝水泵 水環式真空泵 螺桿泵及貯料桶等組成 適用于牛乳濃縮 作業時鮮乳從貯料桶9經流量計進人分離室10 利用二次蒸汽間接加熱 蒸發部分水分 然后由物料泵4送至加熱器第一部分列管頂部 通過分配器使乳液均勻地流人加熱列管內 呈膜狀向下流動 同時受熱蒸發 經第一部分列管加熱蒸發的乳液 由物料泵5送人第二部列管內進一步加熱蒸發 達濃縮要求后由螺桿泵6送出 二次蒸汽進人分離室后 其中一部分由熱壓泵增壓 送人加熱室作熱源 冷凝器安裝在蒸發器殼體的夾套中 部分二次蒸汽在冷凝器內冷凝 并與從加熱器內吸人的冷凝水合在一起 用冷凝水泵7排出 這種濃縮設備的主要技術參數 水分蒸發量 800kg h 進料量 1210kg h 進料總乳固體含量25 65 生產率 410kg h 出料總乳固體含量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 操作穩定 清洗方便 二 單效離心式真空濃縮設備 由雙聯過濾器 平衡桶 輸送泵 離心蒸發器 真空 冷凝和清洗裝置等組成 該設備的特點是產品品質優良 濃度高 一次濃縮至84 固形物 傳熱效率高 清洗維護方便 第四節多效真空濃縮設備 圖8 19三效降膜濃縮設備1 預熱器2 熱壓泵3 一級蒸發器4 二級分離器5 一級分離器6 二級蒸發器7 三級蒸發器8 三級分離器9 主冷凝器10 輔冷凝器 一 多效濃縮流程 a 順流 b 逆流 c 平流 d 混流 第四節多效真空濃縮設備 一 順流式雙效降膜真空濃縮設備 一 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 主要技術參數生產能力 水分蒸發量 為1200kg h 殺菌條件為86 92 保溫24s 一效加熱溫度為83 90 一效蒸發溫度為70 75 二效加熱溫度為68 74 二效蒸發溫度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 二 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 液料受熱時間短 蒸發溫度低 產品質量好 2 三效蒸發 配有熱壓泵和預熱器 節省蒸汽和冷卻水用量 3 操作穩定 清洗方便 符合食品衛生要求 4 連續生產 處理量較大 三 主要技術參數處理量3600 4000kg h 蒸發溫度 第一效70 第二效57 第三效44 進料濃度為12 總乳固體含量 出料濃度為48 總乳固體含量 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 第五節芳香物質的回收設備 一 工作原理提取原果汁的芳香物質是利用其在蒸發中易揮發的性質 在蒸發冷凝器中完成的 該裝置主要由兩組板式換熱器組成 工作時原果汁先送入下板組的通道中 被相隔通道內的蒸汽加熱蒸發 提香后的濃縮液與含芳香物的水蒸汽由下板組上部流出 利用擋板改變方向 使其流向下方 汽液進行分離 然后濃縮液由殼體底部排出 含芳香物的水蒸汽上升導入上板組的通道中 被相隔通道內的冷卻水降溫冷凝 形成芳香物水溶液 從上板組的底部排出 而冷卻水由上板組的上部排出 芳香物水溶液 經兩次蒸發冷凝 才能制成較純的芳香液 二 組成和流程圖8 22所示為PAR 22 PAR O1型芳香物質回收設備流程圖 由三級板式蒸發冷凝器 預熱器 兩個螺旋管冷凝器 計量器和各種泵 閥構成 第六節冷凍濃縮設備 定義冷凍濃縮是將稀溶液中的水分凍結成冰晶 并去除這部分冰晶從而使溶液中的溶質濃度得到提高的濃縮方法 直接冷卻式真空冷凍濃縮器直接冷卻式結晶是指結晶熱直接由溶液中一部分溶劑在真空條件下發生相變汽化 將另一部分物質的熱量帶走 使其溫度降低到冰點以下結晶的濃縮方法 圖8 24真空冷凍濃縮器1 真空冷卻罐2 循環泵3 出料泵4 循環管5 冷凝器6 三級蒸汽噴射泵7 二級蒸汽噴射泵8 一級蒸汽噴射泵 圖8 25冰晶分離塔及料液濃度分布1 融冰器2 洗滌水3 冰晶層4 活塞5 活塞桿6 塔體 2 內冷式冷凍濃縮設備 圖8 26單級冷凍濃縮設備示意圖 3 外冷式冷凍濃縮設備 圖8 27外冷式冷凍濃縮試驗裝置 第七節選型 一 選型要求和應考慮的因素 一 料液的性質包括成分組成 粘滯性 熱敏性 發泡性 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 蒸發量 料液和濃縮液的進出口的濃度和溫度 連續作業和間歇作業等 三 產品質量要求符合衛生標準 色 香 味和營養成分等 四 當地資源條件包括熱源 氣象 水質 水量和原料供給情況等 五 經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 二 選型原則 一 物料的粘度料液的原有粘度及蒸發過程中粘度不斷增大 使物料流速降低 傳熱系數減少 生產能力下降 對這種物料 宜選強制循環型 刮板式或降膜式蒸發器 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 一般宜選液料在器內停留時間短 真空度較高的薄膜蒸發器 如片式 離心式的蒸發設備 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 甚至使作業無法運行 故宜選刮板式或強制循環型蒸發器 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型蒸發器 刮板式蒸發器亦適用 二 選型原則 五 發泡性有些液料在濃縮時產生大量汽泡 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 強制循環式蒸發器 因其液料的流速大 具有破泡作用 此外標準式蒸發器裝有較大的汽液分離室 亦可使用 對發泡嚴重的物料 可采用加人適當的消泡劑 黃油 植物油等 的方法 六 腐蝕性液料的酸度高時 在蒸發中易對設備的金屬部件產生腐蝕 宜用防腐蝕且導熱性良好的蒸發器 七 蒸發量蒸發器生產能力的大小取決于傳熱速率 一般傳熱面積小時 宜選用攪拌式濃縮鍋 單效膜式等蒸發器 傳熱面積大時 為減少蒸汽耗量 宜選用多效 膜式 離心式等蒸發設備 八 經濟性濃縮設備的熱能消耗較大 節能是選型的重要因素 從提高熱能的經濟性考慮 宜選用帶蒸汽噴射器或多效蒸發器 第八節操作和檢修 一 間歇式真空濃縮設備的操作要點 一 準備工作首次使用設備前 必須熟悉有關圖紙 了解設備的結構 管路閥門和儀表的操作規程 電機應裝地線 傳動部分應裝保護罩 在吸人液料前 先將濃縮鍋充分洗滌 并送入蒸汽 保持15 30min進行殺菌 然后放出冷凝水 關閉所有閥門 向冷凝器中注人冷卻水 同時啟動真空裝置 使真空度達規定的要求 二 開始運行以盤管式蒸發器為例 一準備工作完成后 即可吸人液料 當液面浸過各層加熱盤管后 順次開啟各排管的蒸汽閥門 通人蒸汽 開始時必須保持盤管中的蒸汽壓力不要過高 防止料液中空氣突然形成泡沫 造成液料損失 當料液處于穩定的沸騰狀態時 再逐漸增加蒸汽量達到一定蒸汽壓 同時調進料閥門 使料液面保持恰恰能將最上層加熱盤管完全浸沒的高度 隨著濃縮的進行 濃度和粘度逐漸增高 使蒸發速度減慢 這時需適當提高真空度 保持所規定的液料溫度 三 停止運行當液料達濃縮要求時 即關閉蒸汽閥 解除真空 卸出濃縮成品 然后向濃縮鍋通水進行清洗 四 常見的故障及產生原因1 真空度過低原因是接管 閥門漏泄或冷卻水不足 水溫過高或真空裝置內部有故障 2 沸騰突然停止原因是平衡槽抽空 液料中進人空氣或真空系統的工作中斷 二 連續式真空濃縮設備的操作要點 一 試車1 試車前的準備工作全面檢查設備安裝的正確性 安全性和密封度 組織試車人員進行設備的學習和安全教育 設備內做徹底清洗 2 試車步驟和要求步驟是 部件試運轉 水試車 物料試車 首先檢查物料是否合乎要求 部件試運轉主要檢查各泵的運轉是否正常 冷卻水泵必須在給水后 方可啟動 并應保持規定的水壓 在水試車過程中要調節管路上的節流裝置 使各真空部件的真空度和溫度達到要求數據 物料試車的投料前 用堿 酸 水洗滌液將設備清洗干凈 開始的投料量應比要求投料量大10 以上 然后按出料濃度 逐漸調整 水試和物試均按操作規程進行 二 開車前的準備工作打開蒸汽總供汽閥 檢查鍋爐供汽壓力是否達到要求 用氯水或熱水對蒸發器和管道進行消毒 然后打開平衡槽進水閥 把水放滿 三 開車以RP6K7型雙效真空設備為例 首先打開冷卻水泵的給水闊 調水壓至規定的要求 然后依次開動平衡槽出料閥 進料泵 出料泵和真空裝置 以水代物運行 當二效分離器真空度達82 7kPa時 打開殺菌器和熱壓泵的蒸汽閥 并調節熱壓泵的蒸汽壓力約為490kPa 當殺菌溫度和各效蒸發溫度達到要求時 再用物料把水換出 同時關閉出料閥 使物料濃縮后先回人平衡槽 進行大循環 并調節進料量和各工藝參數 當物料達濃度要求時 關閉回流閥 打開出料閥 然后連續進料運行 四 停車和清洗當一個班次結束或一批原料處理完畢時 先關閉蒸汽閥 破壞真空度 然后關閉進 出料泵 冷卻水閥和真空裝置 抽出設備的濃縮液 最后進行一次清洗 清洗的順序一般是水洗 2 氫氧化鈉溶液洗 水洗 2 硝酸溶液洗 水洗 各清洗時間均有要求 五 常見故障與產生原因1 真空度低 蒸發溫度高原因是螺旋接頭松弛 墊圈等密封件損壞 或冷卻水不足 排水溫度過高 或熱壓泵的工作蒸汽高 或真空系統有故障 2 蒸發管 殺菌管結垢原因是原料乳酸高 或進料量少 或中途停車斷料 或物料分配孔堵塞 或加熱溫度高 或清洗不徹底 3 出料不連續或不出料原因是泵蓋 泵的進料管路漏氣 4 出料濃度低原因是進料量大 或熱壓泵工作蒸汽壓力低 或物料泵的密封件損壞 或蒸發管內結垢 三 真空濃縮設備的檢修要點為了保養好設備 保證正常安全運轉 停車后就必須立即進行清洗 及時蓋封 避免塵土污染 濃縮設備上密封處的襯膠 墊圈等容易老化及脫落 使閥門漏泄 儀表失靈等 故必須經常檢修 及時更換 有關設備的其他易損零件 亦應備件 以備更換 檢修后 應進行壓力 真空度等試欏 三 真空濃縮操作流程 第二節常用真空濃縮裝置 一 中央循環式 標準式 濃縮鍋 一 工作原理 料液由沸騰管和中央循環管加熱 由于受熱產生比重不同 形成自然循環 將水分蒸發 二 主要結構1 加熱器 由沸騰加熱管 中央循環管 上下管板組成豎式加熱管束2 蒸發室 加熱室上部的圓筒體 蒸發室有觀測孔 照明 儀表 取樣裝置等輔助部件 三 特點 結構簡單 操作方便 液面易控制 但清洗困難 循環效果差 二 盤管式濃縮罐 1 加熱器 盤管 4 5盤 每盤1 3圈 2 蒸發室 罐上部 配有除泡沫裝置 3 抽真空 二級蒸汽噴射器 4 二次蒸汽排出 冷凝器 二級蒸汽噴射器特點 結構簡單 操作方便 但傳熱面積小 原料受熱時間長 生產效率低 清洗不便 三 薄膜式濃縮裝置 一 升膜式蒸發器組成 垂直管束 分離室 循環管 水力噴射器 1 加熱 在垂直管束外通入蒸汽 2 蒸發 在垂直管束內二次蒸汽向上 3 抽真空 水力噴射器 4 二次蒸汽排出 分離器 泡沫捕集器 水力噴射器5 特點 占地少 熱效高 短時加熱 適合熱敏 易起泡 低粘性料液 三 薄膜式濃縮裝置 二 降膜式濃縮裝置 結構 同升膜式相似 區別 料液從上部加入 在分布裝置作用下 沿管壁成薄膜狀流下 特點 占地面積小 熱效高 受熱時間短 適合濃度粘度大的料液 但設備高度高 料液均布難 三 薄膜式濃縮裝置 三 離心式濃縮裝置組成 錐體離心盤 料液分配管 真空泵 濃縮料吸管 1 加熱 蒸汽由中心軸進入加熱夾套內 冷凝水由離心力甩到周邊后抽出 2 二次蒸汽 由錐體中心 在抽真空時排出 3 料液 由錐體中心加入 在離心力作用下成膜濃縮后 甩到周邊 由真空裝置吸出 三 薄膜式濃縮裝置 四 片式 板式 濃縮裝置組成 板式加熱器 汽液分離器 捕集器 蒸汽噴射壓縮器 輸料泵 1 加熱 板式加熱器2 分離 汽液分離器3 抽真空 蒸汽噴射器4 料液流動 輸液泵特點 傳熱時間短 分布均勻 不易結垢 傳熱效率高 可處理高粘度物料 結構緊湊 裝卸方便 清洗容易 三 薄膜式濃縮裝置 五 刮板式蒸發器 型式 立式 臥式組成 加熱筒 外側 旋轉刮板 料液分配盤 驅動裝置 1 加熱 筒外側蒸汽夾套2 分離 筒上部3 料液分配 經料液分配盤 在離心力和重力作用下 沿筒壁流下 由刮板刮成膜狀 特點 蒸發時呈薄膜狀態 且不斷更新液膜 總傳熱效率高 適于高粘度物料 第三節蒸汽壓縮和冷凍濃縮設備 一 蒸汽壓縮式濃縮設備功能 將二次蒸汽壓縮 使其升壓升溫 再作為加熱蒸汽 型式 蒸汽噴射式 機械壓縮式 一 熱壓泵 蒸汽噴射器 組成 蒸汽室 噴嘴 擴壓器 吸入室 原理 生蒸汽通過噴嘴 吸入二次蒸汽混合后作為加熱蒸汽 加入蒸汽量 WH WF WB WF 1 抽氣系數 WB WF 一 蒸汽壓縮式濃縮設備 帶有熱壓泵的濃縮設備的操作注意事項 1 生蒸汽壓力必須在7kg cm2以上 否則達不到節省蒸汽的效果 2 生蒸汽壓力保持穩定 3 經常檢查噴嘴喉管的磨損 以防生蒸汽進入二次蒸汽管路 二 機械式壓縮裝置原理 用機械式壓縮機將二次蒸汽壓縮成高壓高溫蒸汽 流程 二次蒸汽 混合 絕熱壓縮 冷凝絕熱壓縮效率 i2 i1 i3 i1 100 加熱蒸汽與二次蒸汽的溫差 T T4 T0 二 熱泵型蒸發器 原理 將制冷機組的熱端置入加熱器 加熱料液 用分離器分離二次蒸汽 將制冷機組的冷端置入冷凝器中 冷卻二次蒸汽 不凝氣由真空泵抽出 組成 壓縮機 加熱器 分離器 冷凝器 真空泵 特點 節約能耗 但投資費用大 三 冷凍濃縮設備 原理 將料液中的水冷凍成固態的冰晶 再將冰晶從料液中分離 流程 原料 冷卻結晶 再結晶 分離 洗滌 刮冰 溶冰 冷卻結晶 將料液中的水冷卻成很小的冰晶 送入再結晶器 再結晶 將小冰晶與大冰晶混合 保持溫度恒定 則小冰晶溶化 大冰晶增大 以便分離 分離 用開有小孔的活塞將固態冰晶從液體中分離 洗滌 洗去冰晶上粘附的液態原料 第四節附助設備 一 捕集器功能 防止蒸發過程形成的細微液滴被二次蒸汽帶出 減少料液的損失 同時防止污染 型式 慣性型 離心型 表面型 一 慣性捕集器 通過改變氣流運動方向 使氣液分離 特點 效果好 但阻力損失較大 二 離心捕集器 使氣流旋轉 在離心力作用下使氣液分離 三 表面捕集器 使氣流通過金屬網或磁圈 將液態原理濾出 捕集器容器負荷 A WVB VD 二 冷凝器 功能 將二次蒸汽冷凝 并將其中的不凝氣體分離 以減輕真空系統容積負荷 一 大氣冷凝器 高水位冷凝器 用水噴淋冷卻二次蒸汽 真空腿 平衡冷凝器真空負壓的水柱 二 表面冷凝器 用熱交換器冷凝二次蒸汽 可回收冷凝液 三 低水位冷凝器 同高水位冷凝器 用抽水泵代替真空腿 二 冷凝器 四 噴射式冷凝器 用高速水流抽出二次蒸汽 兼有冷凝和抽真空雙重作用 1 組成 由噴嘴 吸氣室 混合室 擴散室等組成2 優缺點 1 兼有冷凝器及抽真空作用 故不必再配真空裝置 2 結構簡單 造價低廉 冷凝器自身沒有機械運轉部分不需經常檢修 3 適用于抽吸腐蝕性氣體 4 安裝高度低 與濃縮鍋的二次蒸汽排出管水平方向可直接相連 5 整個裝置的功率消耗較小 6 不能獲得較高的真空度 并隨水溫而變 四 噴射式冷凝器 3 安裝注意 1 二次蒸汽的吸入管要盡量減少阻力損失 2 從離心水泵至噴射器的冷水進入管路 應盡量減少管件 使阻力損失減小 3 排水管要求垂直 無彎頭 如必須曲折則不得多于兩次 4 各接口要求嚴密 避免泄漏 四 噴射式冷凝器 4 計算 1 冷卻水消耗量 由二次蒸汽冷凝放出的熱量等于冷卻水所吸收的熱量得 W D I I0 C tK tH 2 抽射系數u0 va v va RGaTa pa u0 k pb p0 1 2 1 3 喉管與噴嘴截面積f2 f1 1 03 pb p0 pb p0 四 噴射式冷凝器 冷卻水通過噴嘴的流速 1 c 2gH 1 2 4 排水管直徑d3 d2 k1 1 2 5 噴嘴數目計算 每噴嘴的水流量v 3600f1 1噴嘴個數n v v 三 真空裝置 一 作用 保證系統的真空度 降低濃縮鍋內壓力 使料液在低溫下沸騰 不凝氣體來源 溶解于冷卻水中的空氣 料液中分解的氣體 設備泄漏 二 常用真空裝置1 往復式真空泵 組成 機身 汽缸 活塞 曲軸 連桿 滑塊 進排氣閥 1 濕室真空泵把冷凝器內的冷卻水及不凝氣體一起排出 2 干式真空泵 2 水環式真空泵 3 水力噴射泵 三 真空裝置 三 真空裝置 4 蒸汽噴射泵 1 工作原理及構造 它與水力噴射器相似 主要不同的是采用較高壓力的水蒸氣作動力源 它由噴嘴 混合室和擴散室組成 2 操作注意事項 A 先打開中間冷凝器的冷卻水閥門 B 啟動最后級蒸汽噴射泵 然后往前逐級啟動 C 停車時先破壞濃縮罐內真空 然后慢慢關閉各級噴射泵以免冷水倒流 D 操作時注意冷凝器內冷卻水的噴出速度適當加減水量 3 優缺點 抽氣量大 真空度高 安裝運行和維護方便 價格低 占地面積小 要求蒸汽壓力較高及蒸汽氣量要穩定 需要較長的時間運轉 才能達到所需的真空度 第五節真空濃縮設備工藝主要計算 一 物料衡算 一 單效濃縮由進出料溶質相等得 二次蒸汽量 W S 1 B0 B1 kg hr 二 多效濃縮1 二次蒸汽量 W S 1 B0 Bn kg hr2 最終產品量 Sn SB0 Bn3 最終料液濃度 Bn SB0 S W1 W2 Wn 二 熱量衡算 一 單效濃縮設備1 熱能的消耗 Q總 Q1 Q2 Q3 Q4 J h 水分蒸發 Q1 WL1 第五節真空濃縮設備主要工藝計算 進料加熱 Q2 SC t1 t2 濃縮器加熱 Q3 W1C1 t1 t2 散熱損失 Q4 Q1 Q2 Q3 3 2 蒸汽消耗量 D Q總 I1 Ik 二 多效濃縮1 自蒸發系數 n C tn 1 tn in tnC 即1kg料降溫后以自身的熱量所能蒸發二次蒸汽能力大小的指標 2 蒸發系數 an In tkCk in tnCn 即1kg生蒸汽冷凝后放出的熱量所能蒸發的二次蒸汽的量 若溶劑為水an 1 0 第五節真空濃縮設備主要工藝計算 3 蒸發水分量及第一效加熱蒸汽量 第n效蒸發水分量Wn W1 D1a1 S 1 1W2 D2a2 S W1 2 2 Wn Dnan S W1 W2 Wn 1 n n若無額外蒸汽加入時 D2 W1 D3 W2 Dn Wn 1上式簡化為 W1 a1D1 b1 W2 a 2D2 b 2 a 2W1 b 2 a2D1 b2 同理 Wn anD1 bn 第五節真空濃縮設備主要工藝計算 以上各式相加得 W W1 W2 Wn a1 a2 an D1 b1 b2 b2 或 W AD1 B第一效加入蒸汽量 D1 W B A三 傳熱面積計算 一 單效濃縮 F Q總 K t 二 多效濃縮 F總 Q總 K t總 t總 多效濃縮有效溫差 任何一效的熱源蒸汽溫度T必須高于料液溫度t 即保持一定溫差 T t 濃縮才能正常進行 第五節真空濃縮設備主要工藝計算 各效溫度差 第一效 t1 T1 t1第二效 t2 T2 t2 第n效 tn Tn tn若無溫度下降 則下一效加熱蒸汽的溫度等于上一效二次蒸汽的溫度 第五節真空濃縮設備主要工藝計算 即t