浓缩机械与设备课件.ppt

.,浓缩机械与设备,.,通用加工机械,?,干燥机械与设备,?,分离机械与设备,?,浓缩机械与设备,?,杀菌机械与设备,?,混合机械与设备,.,食品浓缩机械与设备,第一节,概述,第二节,单效真空浓缩机械与设备,第三节,液膜式真空浓缩机械与设备,第四节,真空浓缩装置的辅助设备,第五节,多效蒸发设备的流程,第六节,冷冻浓缩机械与设备,.,第一节,概述,?,定义,从溶液中除去部分溶剂，使溶质和溶剂的,均匀混合液实现部分分离的操作过程，最终,使物料达到一个低溶剂含量（,30%,）的相对,稳定状态,实质上是溶剂在物料内部借对流扩散作用,从呈液相物料内部达到液相表面而后除去的,过程,.,第一节,概述,?,目的,?,作为干燥的预处理，以降低产品的加工热耗,?,提高产品质量,?,提高产品的保藏性,?,减少产品的体积和重量，便于运输,?,用作某些结晶操作的预处理,?,提取果汁中的芳香物质,.,第一节,概述,?,方法,浓缩,蒸发,冷冻,离心,超滤,结晶,常压浓缩,真空浓缩,加热蒸汽被,利用的次数,单效浓缩,双效浓缩,多效浓缩,热泵浓缩,常采用，热,能利用率,高，,但投资,增加,（蒸发面常压）,（蒸发面负压）,料液的流程,单程式,循环式,自然循环式,强制循环式,加热器的,结构型式,非膜式,薄膜式,中央循环管式,盘管式,升膜式,降膜式,片式,刮板式,离心式,.,蒸,发,浓,缩,?,采用浓缩设备把物料加热，使物料中,易挥发部分水分在其沸点温度下不断地,由液态变为汽态，并将汽化时产生的,二,次蒸汽,不断排除，从而使制品浓度不断,提高，直至达到浓度要求,?,是食品工厂中适用最广泛的浓缩方法,.,真,空,浓,缩,?,利用真空蒸发或机械分离等方法达到物,料浓缩，在,18,80kPa,下，以蒸汽间接加,热方式，对物料加热，使其在低温下沸,腾蒸发,.,真,空,浓,缩,?,蒸发设备,创造蒸发必要条件的设备组合,冷凝器,抽气泵,蒸发器,?,蒸发必要条件,?,供应足够热能，以维持溶液的沸腾温,度和补充因溶剂气体所带走的热量,?,促使溶剂蒸汽迅速排除,.,真,空,浓,缩,?,特点,?,优点,?,缺点,?,由于真空蒸发，须有抽真空系统，增加附属设备和动力,?,蒸发潜热随沸点降低而增大，所以热量消耗大,?,溶液沸点低，传热温差大可相应减小蒸发器的传热面积,?,可以利用低压蒸汽或废蒸汽作加热剂,?,可蒸发不耐高温的溶液,?,操作温度低，热损失较少,.,真,空,浓,缩,?,蒸发器的选择,?,热敏性,?,热敏性物质的变化与温度和时间均有关系，,若温度低，变化很缓慢；温度高但受热时间,短变化也小。因此，常用低温蒸发，或在较,高温度下的瞬时受热蒸发来解决热敏性物料,蒸发过程的特殊要求。宜选用,薄膜式浓缩,装,置或,真空度较高的,浓缩袋置。,?,对热过程很敏感，受热后会引起产物发生,化学、物理变化，从而影响产品质量的性质,.,真,空,浓,缩,?,蒸发器的选择,?,腐蚀性,?,要求浓缩装置的材料选用不锈钢或,涂以防腐涂料的材料。在结构上采用,更换方便的型式，使腐蚀部分易于定,期更换,.,真,空,浓,缩,?,蒸发器的选择,?,结垢性,?,采取有效的防垢措施。定期用化学药品或,机械剥除的办法,?,某些溶液在浓缩过程中，会形成垢层而紧,紧地粘在传热面上，增加热阻，降低传热效,率，影响蒸发性能，甚至因此停产,?,选用,强制循环式,浓缩装置和,升膜式,浓缩装置,.,真,空,浓,缩,?,蒸发器的选择,?,发泡性,?,降低二次蒸汽的流速，以防止跑泡现象，,?,浓缩时产生大量汽泡，汽泡易被二次蒸汽,带走进入冷凝器，不仅造成溶液损失，增加,了产品的损耗，而且污染其它设备,?,结构上考虑消除发泡的可能性,?,设法分离回收泡沫,?,选用,强制循环型,和,升膜式薄膜,浓缩装置,.,真,空,浓,缩,?,蒸发器的选择,?,结晶性,?,溶液在浓度增加时会有晶粒析出，大,量结晶沉积在加热器的传热面上，会妨,碍加热面的热传导，甚至堵塞加热管,?,采用,强制循环,浓缩装置或,带有搅拌器,的,浓缩装置，用外力使结晶保持悬浮状态,.,真,空,浓,缩,?,蒸发器的选择,粘滞性,?,粘度随浓度的增加而增加，使流速,降低，传热系数降低，生产能力下降,?,采用,强制循环型、刮板式或降膜式,浓缩设备,返回,.,第二节,单效真空浓缩机械与设备,?,中央循环管式浓缩锅,标,准,式,蒸,发,器,，,是,一种非膜式自然循环,蒸发器,?,结构,加热室,中央,循环管,加热管,高度,1,2m,管径,25,75mm,截面积为其他加热,管总面积,40,100,蒸发室,要有足够的高度和空间使汽液,分离，高度：为加热管长度的,1.1,1.5,倍，主要根据防止料,液被二次蒸汽夹带的上升速度,决定,.,第二节,单效真空浓缩机械与设备,?,中央循环管式浓缩锅,?,工作原理,加热蒸汽,中央循环管,加热管束,直径大，传热面积小,直径小，传热面积大,汽液重度大,汽液重度小,溶液,自然循环,?,特点,循环速度不大，沸点高，有效温差减少，清,洗和维修不方便,悬筐式,动画演示,.,第二节,单效真空浓缩机械与设备,?,盘管式浓缩锅,是一种非膜式自然循,环蒸发器,?,结构,锅体,:,长圆筒形，分上下段，中,间用,法兰,连接,两端为椭圆,形盖，锅体外焊有加强圈,盘管：,4,5,盘分层排列，每盘,1,3,圈，均有单独的蒸,汽进口和疏水器，盘管,均匀，热能的效率高,.,第二节,单效真空浓缩机械与设备,?,盘管式浓缩锅,先将料液由锅体切线方向加入，,待盘管全部浸没后，自下而上打,开蒸汽阀门，应当控制好进料量，,并与蒸发速度相等，保持一定的,液位，当液面降低，盘管露出时，,则应关闭该层的加热盘管阀门，,调节加热面，控制好加热温度，,避免产生结垢、焦管,?,工作过程,?,特点,优点,结构简单、操作方便、传热系,数高、清洗方便,缺点,传热面积小、料液循环差、盘管,表面易结垢、生产能力有限、二,次蒸汽未能很好利用，仅适用于,中小型工厂粘度大物料的浓缩,返回,.,第三节,液膜式真空浓缩机械与设备,?,升膜式浓缩设备,?,结构,长管薄膜式外加热,自然循环浓缩设备,由多根垂直管构成。管子的直径,一般为,30,50mm,。长管式长,度为,6,8m,，短管式,3,4m,汽液分离器、雾沫捕集器、,水力喷射器、循环管,蒸发器,.,升膜式浓缩设备,?,工作过程,最底部：,管内完全充满料液，热量为对,流换热,中间部：,在加热和真空作用下，开始产生,蒸汽泡，产生二次蒸汽使料液产,生上升力,最高部：,膨胀的二次蒸汽产生强的上升,力，料液呈薄膜状在管内上行，在上行过,程中逐步形成下多上少的爬膜工作状况而,渐次加热浓缩。,动画演示,动画演示,动画演示,在管顶部呈喷雾状，以较高速度进入汽液,分离器，浓缩液通过循环管再加热蒸发，,达浓度后从分离器底部排出,.,升膜式浓缩设备,?,特点,?,静压头产生的沸点升高很小,?,蒸发时间短，适用于热敏性物料浓缩,?,适用于易起泡沫物料的浓缩,?,不适合粘度较大的物料浓缩,?,操作注意事项,?,进料量过多，加热蒸汽压力不够，导致管的底部积液,过多，使料液在管内呈液柱上升而不是呈液膜上升，这,样应失去了液膜蒸发的特点，传热效果降低,关键是合理控制进料量,?,进料量过少会产生管壁结焦现象,?,一次浓缩比不大,.,降膜式浓缩设备,?,结构,汽液分离器,液体分布器,加热器,?,工作过程,料液从顶部进入加热,器内，在降膜分布器,的作用下，均匀地进,人加热管中，受二次,蒸汽的快速流动和本,身重力作用物料沿管,内壁呈膜状自然向下,流动，并受热不断蒸,发浓缩,动画演示,.,降膜式浓缩设备,?,料液分布器,?,作用：使料液均匀地分布,到各加热管,?,型式,?,筛板或喷嘴,?,导流管,?,旋液喷头,.,降膜式浓缩设备,?,特点,?,由于利用液膜的重力作用降膜，,故能蒸发粘度较大的料液，且受热,时间短，适于热敏性强的物料,?,料液的沸点均匀，有效温差较大，,传热效果好，节约蒸汽,?,由于蒸发管较长，液料沸腾时所,生成的泡沫易在管壁上受热破裂，,因此适于蒸发易生泡沫的物料；,?,清洗方便；适于浓度较大，不易,结晶、结垢的物料,动画演示,.,刮板式浓缩设备,?,结构,搅拌轴,:,蒸发器,下段,上有若干刮板，用来将溶液甩至,器壁加热面上，并增加液膜湍动,性，以减少传热过程中的液膜阻,力并防止固体析出物粘壁,有加热夹套，为加热蒸发段,上段,有扩大的截面和固定的叶板，,为汽液分离段,?,工作过程,利用外加动力成膜的单程浓缩设备,.,刮板式浓缩设备,?,特点,?,可处理粘度高甚至带有固体粒,子的物料,?,物料在蒸发器内停留时间短，适,合于热敏性物料,?,设备投资较大，加工精度高，,加热面积相对较小,?,用于番茄、咖啡、牛奶、蜜蜂,.,刮板式浓缩设备,返回,.,第四节,真空浓缩装置的辅助设备,?,汽液分离器（捕沫器、捕集器）,?,型式,作用,:,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，同时防止污染管道,及其他浓缩器的加热面，,一般安装在浓缩器顶部或,侧部,?,原理,惯性型（碰撞型）,离心型,表面型（过滤型）,利用气力悬浮原理,使液滴在气体中的速度小于悬浮速度而分离,.,第四节,真空浓缩装置的辅助设备,?,蒸汽冷凝器,?,型式,作用,:,将真空浓缩缩产生的二次蒸汽进行冷凝，,并将其中的不凝性气体分离，以减轻真空系,统的容积负荷，同时保证达到所需真空度,大气式冷凝器,(,干式逆流,高位冷凝器,),表面式冷凝器,低水位冷凝器,动画演示,动画演示,.,第四节,真空浓缩装置的辅助设备,?,水力喷射器,?,结构,作用,:,冷凝和抽真空,喷嘴：,关键部件，大小与冷凝能,力和冷水水质有关，出口,直径为,1620mm,水质较,好，冷凝能力较小时，取,小值，反之取大值,排列对抽气效果有很大关,系，一般以一定角度倾斜,并按同心圆排列，,13,圈,吸气室：,安装有流体导向板，作用,是防止高速水流的冲击，,使水流缓冲和分配均匀,喉管：,大小与真空度有关，截面,积与喷嘴出口总面积之比,为,34,，长度与喷射安装,高度有关,.,水,力,喷,射,器,?,工作原理,冷却水由泵压入喷射器的喷嘴，由于,喷嘴的截面积很小，因此冷却水以,15,30,米秒的高速度射入混合室和,扩散室，喷嘴在排出冷却水的同时，,其周围形成了低压区域，这样二次蒸,汽就会被不断地吸入。由于冷却水与,二次蒸汽之间存在着温度差，因此两,者不断进行热交换，使二次蒸汽凝结,成水滴时夹带着不凝结气体一起随冷,却水排出。这样既达到冷凝，又起到,了抽真空的作用。,?,特点：,?,适用于抽吸腐蚀性气体,?,有冷凝器及抽真空作用，故不,必再配真空装置,?,结构简单，造价低廉，没有机,械运转部分不需经常检修,?,整个装置的功率消耗较小,?,不能获得较高的真空度，并随,水温而变,.,第四节,真空浓缩装置的辅助设备,?,真空装置,?,不凝性气体来源,作用,:,保证系统的真空度，降低浓缩锅内压力，,使料液在低温下沸腾，主要抽取不凝性气体,?,料液中夹带或溶解的空气,?,料液受热分解后产生的气体,?,设备密封不严而泄漏的空气,?,溶解在冷却水中的空气,.,蒸,汽,喷,射,泵,?,结构,喷嘴：,材料性能要求比水力喷射器高，一般,为不锈钢,动力源：,高压的水蒸汽,.,蒸,汽,喷,射,泵,?,工作原理,高压水蒸汽通过喷嘴后，以高速进入混合室。由于混合室,内的喷嘴出口处压强较低，因此二次蒸汽中的不凝结气体,被吸入混合室，并在此与高速水蒸气混合。混合后的气流,进入扩散室，由于空间增大，流动速度逐渐下降，而温度,和压强逐渐升高，直至升高,到排入大气或升高到排至下,一级泵所需要的压强所对应,的尺寸。被抽真空室内的压,强比混合室的压强要高，这,样才能保证真空室内的被抽,气体源源不断地抽出,?,特点,优点：抽气量大，真空度高，,安装运行和维修简便，价廉，,占地面积小,缺点：要求蒸汽压力较高，,蒸汽量稳定，需要较长时间,运转，才能达所需真空度。,排出的气体还有微小压强,.,真,空,泵,?,往复式真空泵,干式真空泵,与干式逆流冷凝器配套,使用，只抽取冷凝器中,的不凝性气体，抽空效,果较好，使用广泛，但,占地面积大。维护费用,高,.,?,结构简单、紧凑，操作可靠，内,部不需润滑，排气量较均匀，用来,抽吸空气和其他无腐蚀性、不溶于,水的气体。但高速旋转的叶片及密,封填料磨损严重时会使真空度下降，,故需经常检查或更换。轴承需定期,加足润滑脂，以延长使用寿命。,?,启动前工作室内灌半满水，叶轮,转动时，水受离心力作用在泵壳内,壁上形成旋转水环，水环与叶片间,形成密封空间。顺时针旋转的叶轮,在右半转中，叶片之间的容积逐渐,扩大，将被抽容器内的空气经吸气,口由前盖月牙形孔吸入其内。在左,半转中，叶片间的容积逐渐减小，,已吸入的空气被压缩并经后盖月牙,形孔从排气孔排出。,真,空,泵,?,水环式真空泵,?,结构,?,前盖的后部里侧有一月牙,形孔将工作室与吸气孔连通，,后盖的前部里侧也有一月牙,形孔将排气口与工作室连通,?,叶轮：轮榖上放射状均匀,分布着若干个叶片；靠键与,轴连接构成转子，转子偏心,地装在泵壳的圆形工作室内,?,工作原理,?,特点,.,真,空,泵,?,旋片式真空泵,?,结构,?,圆筒形定子和圆柱体转子，转子,在电动机及传动系统带动下，绕自,身中心轴作逆时针旋转。转子装置,在定子腔壁的正上方。与定子紧密,接触。两个旋片横嵌在转子圆柱体,的直径上，它们之间有一根弹簧，,使旋片紧贴在定子的腔壁上。这样,旋片把定子和转子之间的空间分隔,成两个腔室。,?,工作原理,?,旋片跟着转子旋转时。靠近进气,口一面的腔室容积逐渐增大，从被,抽容器中吸入气体、而在另一腔室,中，旋片对已吸入的气体进行压缩，,使它推开排气阀，从排气口,排出。,转子不断转动，过程重复进行，就,达到了抽气的目的。为避免漏气，,排气阀以下部分全浸没在真空油内。,返回,.,第五节,多效蒸发设备的流程,?,为了减少蒸汽消耗量，采用多效蒸发，把,二次蒸汽作为下一个浓缩装置操作的加热蒸,汽来使用,?,将各个蒸发器连接起来一同操作，组成一,个多效蒸发器，每一蒸发器称为一效,?,分类,?,并流法、逆流法、错流法和平流法,.,第五节,多效蒸发设备的流程,?,并流法,动画演示,效,效,效,加热蒸汽,料液,二次蒸汽,完成液,冷凝水,冷凝水,冷凝水,并流（顺流）效蒸发流程图,.,第五节,多效蒸发设备的流程,?,特点,?,各效之间料液的流动不需要泵来输送,?,可以产生更多的二次蒸气，使该效的后一效蒸发更多溶液,?,粘度会增加,P,1, P,2, P,3,T,1, T,2, T,3,.,第五节,多效蒸发设备的流程,?,逆流法,动画演示,效,效,效,二次蒸汽,冷凝水,冷凝水,冷凝水,逆流效蒸发流程图,料液,完成液,加热蒸汽,.,第五节,多效蒸发设备的流程,?,特点,?,效与效之间均需用泵输送料液,?,不致出现粘度太大的情况，传热系数高,?,各效进料温度都较沸点低，产生的二次蒸气量减少,.,第五节,多效蒸发设备的流程,?,混流法,?,在各效间兼用并流和逆流加料的方,法，兼取二者的优点，但操作稍显复,杂,.,第五节,多效蒸发设备的流程,动画演示,?,平流法,效,效,效,加热蒸汽,料液,二次蒸汽,冷凝水,冷凝水,冷凝水,完成液,完成液,完成液,返回,.,第六节,冷冻浓缩机械与设备,?,将溶液中的一部分水以冰的形式析出，并将其从,液相中分离出去，从而使溶液浓缩的方法,?,定义,?,特别适用于浓缩热敏性液态食品、生物制药、要,求保留天然色香味的高档饮料及中药汤剂等,.,0 ,A,B,E,质量分数,E,（共晶点）,溶液,冰溶液,溶质,+,溶液,第六节,冷冻浓缩机械与设备,F,A,B,冻结溶液,T,E,T,B,T,A,D,温,度,T,/,K,原理,C,F,A,.,第六节,冷冻浓缩机械与设备,?,冷却过程,?,工艺,溶液,溶质溶液,共晶点,冰溶液,冻结溶液,273,0,质量分数,温,度,/,C,It all starts from the ice crystal,point of view by removing heat,from the solution.,This is typically done using a,scraped surface heat exchanger,(SSHE). The inside surface is,scraped by a rotating shaft while,the outside is cooled by a,refrigerant.,Tiny ice crystals are formed at,this cold surface.,.,第六节,冷冻浓缩机械与设备,?,结晶过程,冰结晶生成与长大,Once the crystals are formed in,the SSHE they enter a mixed,vessel called a recrystallizer.,Most of the small crystals will,melt here allowing the larger ones,to grow.,This is known as ripening and,forms the heart of the separate,nucleation and growth process.,.,第六节,冷冻浓缩机械与设备,?,循环过程,Since we want a continuous,flow of small crystals to the,recrystallizer we must extract,liquid from a filter in the,recrystallizer and circulate that,over the SSHE.,.,第六节,冷冻浓缩机械与设备,?,分离过程,Once there are sufficient,crystals in the recrystallizer,we can start to separate them,from the concentrated liquid.,This separation is done in,a wash column. Here the,crystals are separated from,the liquid, washed to remove,any remaining concentrate,melted, and discharged as pure water.,The concentrate is returned to the recrystallizer.,冰与溶液,.,第六节,冷冻浓缩机械与设备,Fresh feed replaces the water,that is removed from the system.,The feed is mixed with the,recirculation stream feeding the,SSHE.,Since the feed is replacing the,water that is removed from the,system the concentration of the,soluble solids in the system will,increase.,?,喂料,.,第六节,冷冻浓缩机械与设备,?,排料,All that is left is to add a way to,remove the concentrated product.,This is simply discharged from the,liquid recirculation line after the,filter.,Since the concentrate contains,all of the soluble solids originally in,the feed the system will now,remain constant.,.,第六节,冷冻浓缩机械与设备,?,对热敏性食品的浓缩特别有利,?,特点,?,可避免芳香物质因加热所造成的挥发损失,?,优点,?,缺点,?,不仅受到溶液浓度的限制，而且还取决于冰晶与浓缩液的,分离程度。粘度愈高，分离就愈困难,?,制品加工后还需冷冻或加热等方法处理，以便保藏,?,过程中会造成不可避免的损失，且成本较高,.,第六节,冷冻浓缩机械与设备,?,发生在搅拌的冰晶悬浮液,?,冷冻浓缩单元的组成与类型,?,悬浮结晶法,?,食品料液的冷冻浓缩大多采用内冷式的悬浮结晶法，即冷,却物料使之形成无数自由悬浮于母液中的小冰晶，在带搅,拌的低温罐中长大并不断排除，使母液浓度增加而实现浓,缩。亦即是结晶使之产生可以泵送的悬浮液，,.,第六节,冷冻浓缩机械与设备,?,特点,?,冷冻浓缩单元的组成与类型,?,悬浮结晶法,?,能够迅速形成洁净的冰晶且浓缩终点较大,?,冰结晶与浓缩液的分离比较困难,?,采用洗净法，但大量洗涤液再浓缩会降低生产效率，增,加功耗,.,第六节,冷冻浓缩机械与设备,?,沿冷却界面形成并成长为整体冰晶，随着冰层在冷却面,上生成并成长，界面附近的溶质被排除到液相侧，液相中,的溶质浓度将逐渐升高,?,冷冻浓缩单元的组成与类型,?,渐进冷冻法（层状结晶法或标准冻结法,）,?,特点,?,形成一个整体的冰结晶，固,液界面小，使得浓缩液与冰结,晶的分离相对容易,?,装置简单，控制方便,.,