《真空浓缩设备》PPT课件.ppt

第八章 浓缩设备,浓缩：从溶液中除去部分溶剂的单元操作。由于食品中的溶剂主要是水，如果蔬汁，牛奶等。所以食品工业中的浓缩一般指蒸发。真空浓缩：是指在负压条件下，以较低温度浓缩。有以下特点：(1)料液沸点低，浓缩速度大。(2)可利用低压蒸汽作为热源(多效时)。(3)不损害食品的营养成分。(4)设备热耗减少。(5)增加真空系统，投资大，功力消耗大。(6)沸点降低，蒸发潜热增大。,第一节 浓缩概述,一、浓缩的目的1.除去水分，减少包装、运输费用2.提高浓度，增加贮藏性能3.干燥的预处理4.结晶的预处理,第一节 浓缩概述,二、分类1.按操作方式分：常压 真空 闪蒸2.按二次蒸汽的利用分：单效浓缩装置多效浓缩装置带有热泵的浓缩装置3.按料液流程分：循环式：自然与强制循环。单程式：4.按加热器结构分：盘管式浓缩器中央循环管式浓缩器升膜式浓缩器,-降膜式浓缩器-片式浓缩器-刮板式浓缩器-外加热式浓缩器。,夹套式蒸发器,中小型浓缩设备。由圆筒形夹套壳体、搅拌器、除沫器等组成。液料置入锅内，通过蒸汽加热，并加搅拌，使水分在低压条件下蒸发。二次蒸汽从顶部排除。主要技术参数蒸发量 300Lh，蒸汽耗用量 340kgh，蒸汽压力196kPa，真空度 82988.0kPa。适于果酱、蜜饯、糖浆、乳品、豆浆晶、食用胶始粘度料液的浓缩。,一、标准式蒸发器,又称中央循环管式浓缩锅。下部为加热室，上部为分离室。加热室内装有加热管束和中央循环管。中央循环管的截面积较大，一般为加热管束总面积的40以上。工作时料液在管内流动，加热蒸汽在管束之间流动，由于中央循环管与加热管中的料液受热程度不同，产生密度差，使液料经加热管而沸腾上升，然后在分离室内进行汽液分离。二次蒸汽由顶部排出。料液经中央循环管下降、回流，形成自然循环。浓缩后的制品由底部卸出。目前这类蒸发器糖厂应用广泛。,图82 中央循环管蒸发器A-加热蒸汽 B-料液 C-二次蒸汽 D-冷凝水 E-完成液1-中央循环管 2-蒸发室 3-除沫器 4-外壳 5-换热管,加热室断面,图83 加热室断面图A-加热蒸汽 1-加热蒸汽通道2-料液上升通道 3-料液下降通道,二、盘管式蒸发器,亦称盘管式浓缩锅，由上下锅体、加热盘管、汽液分离器等组成。在锅体内装有四个加热盘管，分层排列，管内通入蒸汽，对管间的料液进行加热，使之沸腾蒸发。料液分批入锅内进行浓缩。二次蒸汽由上部排入汽液分离室，成品由锅底卸出。二次蒸汽进入分离室后，因离心力作用，使夹带的液滴与不凝气体分离，气体排出，被分离后的料液经回流管回入蒸发锅内再进行蒸发。,图84 盘管式蒸发器A-加热蒸汽 B-冷凝水 C-完成液 D-二次蒸汽冷凝水 E-不凝气体 F-冷却水进入端 G-冷却水排出端1-蒸发室 2-气液分离器 3-回液管 4-观测口 5-列管式冷凝器 6-加热蒸汽分配器 7-加热盘管 8-水泵 9-真空泵 10-料液泵,三、外加热式蒸发器,图85 外加热式自然循环蒸发器A-加热蒸汽 B-冷凝水 C-料液 D-完成液 E-二次蒸汽1-蒸发室 2-回流管 3-滤网 4-分离器,特征：加热室、分离室分开。有 强制循环式、自然循环式。由 加热器、分离器、循环管组成。加热器有：列管式、板式。,强制循环式蒸发器,主要由列管式加热器、分离室和料液循环泵组成。料液经循环泵，进入加热器的列管内，被管间的蒸汽加热，然后在分离室内进行汽液分离；二然汽自室顶排出，被浓缩的溶液由分离室底部再进入循环泵进口，使溶液继续强制循环蒸发；该蒸发器是分批作业，它的优点是料液在加热管内的流速大，达34m/s，停留时间较短，传热系数较高，可防止料液结垢；当加热蒸汽与料液之间的温差较小时（35）。仍可进行操作。缺点是动力消耗大,外加热板式强制循环蒸发器,图86 外加热板式强制循环蒸发器A-加热蒸汽 B-冷凝水 C-料液 D-完成液 E-二次蒸汽冷凝水 F-不凝气体 G-冷却水进口 H-冷却水出口 1-板式换热器 2-料泵 3-贮料罐 4-成品泵 5-分离器 6-冷凝水泵 7-水环式真空泵 8-冷凝器,板式蒸发器,优点是料液经过传热面的时间很短，仅2s，液流分布均匀，不易结 垢。传热系数高，可达10.4516.72MJ/M2h。料液强制循环，可处理高粘度的料液。结构紧凑，节省加热蒸汽耗量，拆卸清洗方便，可用于牛奶、果汁，豆。蛋、糖汁，低盐酱油等多种食品的浓缩。,四、升膜式蒸发器,由加热室、分离室和循环管等组成。料液自加热室底部进入加热管内。加热蒸汽在管束间流过，料液在加热管中部开始沸腾迅速汽化。在加热管上部产生的二次蒸汽并快速上升，流速可达100l60m/s。料液在二次蒸汽和抽真空的作用下，沿管内壁成膜状上升，并不断被加热蒸发。有循环型、非循环型这种蒸发器的优点是占地面积小，传热效率较高，料液受热时间短，在加热管内停留1020s。适于浓缩热敏、易起泡和粘度低的液料。缺点是一次浓缩比不大，进料量需要很好控制、进料过多不易成膜，过少则易断膜干壁影响产品质量。,图87升膜式蒸发器A-加热蒸汽 B-完成液 C-料液 D-冷凝水 E-二次蒸汽1-换热管 2-气液管 3-分离器,五、降膜式蒸发器,由加热管束、分离器等组成。料液自上部分配到加热管束内，成膜状流下，加热蒸汽在管束外流过，完成换热后料液进入汽液分离器分离。这种蒸发器的特点：由重力作用降膜，能蒸发粘度较大的料液，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；适用于浓度较大，不易结晶、结垢的物料。目前这类设备在乳品、果汁等食品工业中应用最广。,六、刮板式蒸发器,有立式、卧式两类。由加层圆筒、旋转刮板器、料液分配盘与驱动装置等组成。加热时间为23s。加热区域可分成几段，采用不同压力的蒸汽。一般直径为300500mm，刮板与加热筒内壁的最小间隙为（1.5士0.3）mm。刮板的转速为 300 800rpm。这种蒸发器的特点是传热系数高，适于高粘度（最高达100Pa.s）的料液或含有悬浮颗粒的料液。,九、离心式蒸发器,特点是结构紧凑，传热效率高，蒸发强度高于其他常用的蒸发器，料液在器内停留时间极短，约1s，制品品质优良，能较好保持原有色、香、昧和营养成分。适于热敏性物料，是一种新型、高效的浓缩设备。但对粘度大、易结晶的料液不适用，其结构较复杂，造价高。,第三节 真空浓缩的附属装置,真空浓缩设备的附属装置主要包括：捕集器、冷凝器、蒸汽喷射器和真空装置等。一、捕集器功能：防止蒸发过程形成的细微液滴被二次蒸汽带出，减少原料损失，同时防止污染。（一）惯性捕集器 它是在二次蒸汽流的通道上设置若干挡板，为了提高分离效果，一般捕集器的直径比二次热汽入口直径大2.53倍。（二）离心型捕集器 形状与旋风分离器相似，液滴在离心力的作用下被甩到壳壁，并沿壁流回蒸发分离室内。二次蒸汽由顶部排出。在蒸汽流速较大时，分离效果较好，但阻力亦较大。,二、冷凝器,功能：将二次蒸汽冷凝，并将其中的不凝气体分离，以减轻真空系统容积负荷。（一）间接式冷凝器 亦称表面式冷凝器，这种冷凝器是利用金属传热冷凝，二次蒸汽不接触冷却水，有列管式、板式等。特点是冷凝液可以回收利用，但传热效率低，使用较少。（二）直接式冷凝器 亦称混合式冷凝器。分为逆流式和喷射式两种。这种冷凝器利用二次蒸汽与冷却水直接接触冷凝。1逆流式冷凝器,塔式冷凝器,（a）喷淋塔式（b）填料塔式（c）板塔式图813 几种塔式冷凝器示意图A-二次蒸汽 B-冷凝水 C-回水 D-不凝气体1-喷头 2-填料层 3-孔板,二、冷凝器,2、喷射式冷凝器：利用喷射泵的原理，用高速水流抽出二次蒸汽，兼有冷凝和抽真空双重作用。1、组成：由喷嘴，吸气室，混合室，扩散室等组成2、优缺点：(1)兼有冷凝器及抽真空作用，故不必再配 真空装置。(2)结构简单，造价低廉，冷凝器自身没有 机械运转部分不需经常检修。(3)适用于抽吸腐蚀性气体。(4)安装高度低，与浓缩锅的二次蒸汽排出 管水平方向可直接相连。(5)整个装置的功率消耗较小。(6)不能获得较高的真空度，并随水温而变。,2喷射式冷凝器,喷射式冷凝器的安装要求：从水泵至喷射器冷却水入口的管路，应尽量减少管件和弯头，使阻力损失减小；排水管要求垂直，如必须曲折时，折角不大于45,转折不多于两次；各接口要求严密，避免泄漏；连接扩散管出口的尾管长度，一般在2m以上，且不伸入循环水池之水中。,三、真空装置,(一)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。不凝气体来源：溶解于冷却水中的空气。料液中分解的气体。设备泄漏。(二)常用真空装置蒸汽喷射器往复式真空泵水环式真空泵,四、真空泵,1.往复式真空泵,2.水环式真空泵（水环泵）,这类泵结构简单。易于制造，操作可靠，转速较高，可与电机直联，内部不需润滑，可使排出气体免受污染，排气量较均匀，工作平稳可靠。但因高速运转，水的冲击使叶轮与轮壳磨损，造成真空度下降，需经常更换零件。效率较低，为 3050。真空度较低，为2.04.0kPa。,3.蒸汽喷射器,蒸汽喷射泵的优点是抽气量大，真空度高，安装运行和维修简便，价廉，占地面积小。其缺点是要求蒸汽压力较高，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。,第三节 单效真空浓缩设备,1、加热器：盘管，45盘，每盘13圈。2、蒸发室：罐上部，配有除泡沫装置。3、抽真空：二级蒸汽喷射器。4、二次蒸汽排出：冷凝器，二级蒸汽喷射器特点：结构简单，操作方便，但传热面积小，原料受热时间长，生产效率低，清洗不便。,第三节 单效真空浓缩设备,（一）单效降膜式真空浓缩设备 主要由加热室、分离室、热压泵（蒸汽喷射器)、物料泵、冷凝水泵、水环式真空泵、螺杆泵及贮料桶等组成。适用于牛乳浓缩。作业时鲜乳从贮料桶9经流量计进人分离室10，利用二次蒸汽间接加热、蒸发部分水分；然后由物料泵4送至加热器第一部分列管顶部，通过分配器使乳液均匀地流人加热列管内，呈膜状向下流动、同时受热蒸发；经第一部分列管加热蒸发的乳液，由物料泵5送人第二部列管内进一步加热蒸发，达浓缩要求后由螺杆泵6送出。二次蒸汽进人分离室后，其中一部分由热压泵增压，送人加热室作热源。冷凝器安装在蒸发器壳体的夹套中，部分二次蒸汽在冷凝器内冷凝，并与从加热器内吸人的冷凝水合在一起，用冷凝水泵7排出。,这种浓缩设备的主要技术参数：水分蒸发量：800kg/h；进料量：1210kgh（进料总乳固体含量 25.65);生产率：410kgh（出料总乳固体含量74);蒸汽耗量：465（kgh）（蒸汽表压 800KPa);耗水量：水压300kPa（表压),2215m3/h；电机总功率：约10.4kw。本设备的特点是能量消耗少，操作稳定，清洗方便。,（二）单效离心式真空浓缩设备,由双联过滤器、平衡桶、输送泵、离心蒸发器、真空、冷凝和清洗装置等组成。该设备的特点是产品品质优良、浓度高（一次浓缩至84固形物),传热效率高，清洗维护方便。,第四节 多效真空浓缩设备,图819 三效降膜浓缩设备1-预热器 2-热压泵 3-一级蒸发器 4-二级分离器 5-一级分离器 6-二级蒸发器 7-三级蒸发器 8-三级分离器 9-主冷凝器 10-辅冷凝器,一、多效浓缩流程,（a）顺流,（b）逆流,（c）平流,（d）混流,第四节 多效真空浓缩设备,一、顺流式双效降膜真空浓缩设备,一、顺流式双效降膜真空浓缩设备,（一）组成与流程（二）用途和特点 这种设备适用于牛乳、果汁等热敏性物料的浓缩，效果好，质量高，蒸汽与冷却水的消耗量均较低，并配有清洗装置，操作方便。(三)主要技术参数 生产能力（水分蒸发量）为1200kgh；杀菌条件为8692保温24s；一效加热温度为8390；一效蒸发温度为7075；二效加热温度为6874；二效蒸发温度4852；物料受热时间为3min；蒸汽压力（表压）为500kPa；蒸汽消耗量为 620kgh；冷却水耗量为12t/h。,二、混流式三效降膜真空浓缩设备,（一）组成与流程,（二）用途与特点 这种设备适用于牛乳等热敏性液料的浓缩操作，其特点如下：(1）采用真空降膜蒸发，液料受热时间短，蒸发温度低、产品质量好。(2)三效蒸发，配有热压泵和预热器，节省蒸汽和冷却水用量。(3）操作稳定，清洗方便，符合食品卫生要求。(4）连续生产，处理量较大。（三）主要技术参数 处理量36004000kgh；蒸发温度：第一效70，第二效57。第三效44；进料浓度为12（总乳固体含量)；出料浓度为48（总乳固体含量)；蒸汽消耗量为 800kgh；冷却水消耗量为21th（以进水温度 16，排水温度 38 计);电动机总功率为25kW。,第五节 芳香物质的回收设备,一、工作原理 提取原果汁的芳香物质是利用其在蒸发中易挥发的性质，在蒸发冷凝器中完成的。该装置主要由两组板式换热器组成。工作时原果汁先送入下板组的通道中，被相隔通道内的蒸汽加热蒸发，提香后的浓缩液与含芳香物的水蒸汽由下板组上部流出，利用挡板改变方向，使其流向下方，汽液进行分离，然后浓缩液由壳体底部排出；含芳香物的水蒸汽上升导入上板组的通道中，被相隔通道内的冷却水降温冷凝，形成芳香物水溶液，从上板组的底部排出，而冷却水由上板组的上部排出。芳香物水溶液，经两次蒸发冷凝，才能制成较纯的芳香液。,二、组成和流程 图822所示为PAR22PARO1型芳香物质回收设备流程图。由三级板式蒸发冷凝器、预热器、两个螺旋管冷凝器、计量器和各种泵、阀构成。,第六节 冷冻浓缩设备,定义冷冻浓缩是将稀溶液中的水分冻结成冰晶，并去除这部分冰晶从而使溶液中的溶质浓度得到提高的浓缩方法。,直接冷却式真空冷冻浓缩器直接冷却式结晶是指结晶热直接由溶液中一部分溶剂在真空条件下发生相变汽化，将另一部分物质的热量带走，使其温度降低到冰点以下结晶的浓缩方法。,图824 真空冷冻浓缩器1-真空冷却罐 2-循环泵 3-出料泵 4-循环管 5-冷凝器 6-三级蒸汽喷射泵 7-二级蒸汽喷射泵 8-一级蒸汽喷射泵,图825 冰晶分离塔及料液浓度分布1-融冰器 2-洗涤水 3-冰晶层 4-活塞 5-活塞杆 6-塔体,2.内冷式冷冻浓缩设备,图826 单级冷冻浓缩设备示意图,3.外冷式冷冻浓缩设备,图827 外冷式冷冻浓缩试验装置,第七节 选 型,一、选型要求和应考虑的因素（一）料液的性质 包括成分组成、粘滞性、热敏性、发泡性、腐蚀性，是否含有固体、悬浮物、是否易结晶、结垢等。（二）工艺要求 包括处理量、蒸发量、料液和浓缩液的进出口的浓度和温度、连续作业和间歇作业等。（三）产品质量要求 符合卫生标准，色、香、味和营养成分等。（四）当地资源条件 包括热源、气象、水质、水量和原料供给情况等。（五）经济性和操作要求 包括厂房占地面积和高度、设备投资限额和传热效果、热能利用、操作和维修是否方便等。,二、选型原则,（一）物料的粘度 料液的原有粘度及蒸发过程中粘度不断增大，使物料流速降低，传热系数减少，生产能力下降，对这种物料，宜选强制循环型、刮板式或降膜式蒸发器。（二）热敏性 对热敏性强的物料，浓缩时要求受热时间短、温度低，否则易引起分解或变质；一般宜选液料在器内停留时间短，真空度较高的薄膜蒸发器，如片式、离心式的蒸发设备。若允许料液在较低温下，较长时间受热，或液料浓度较低，浓缩比不高时，可用盘管式真空蒸发器。（三）结垢性 结垢是液料在浓缩过程中因粘度增大、悬浮的微粒积沉、局部焦化过热等因素所造成。结垢后，增加热阻，降低传热系数，甚至使作业无法运行。故宜选刮板式或强制循环型蒸发器。（四）结晶性 若浓缩过程中有晶体析出，易沉积于传热面上，影响传热效果，宜选带搅拌的或强制循环型蒸发器。刮板式蒸发器亦适用。,二、选型原则,（五）发泡性 有些液料在浓缩时产生大量汽泡，会污染附属装置，还造成液料的损失，故应考虑消除汽泡；一般采用升膜式、强制循环式蒸发器，因其液料的流速大，具有破泡作用。此外标准式蒸发器装有较大的汽液分离室，亦可使用。对发泡严重的物料，可采用加人适当的消泡剂（黄油、植物油等）的方法。（六）腐蚀性 液料的酸度高时，在蒸发中易对设备的金属部件产生腐蚀，宜用防腐蚀且导热性良好的蒸发器。（七）蒸发量 蒸发器生产能力的大小取决于传热速率，一般传热面积小时，宜选用搅拌式浓缩锅、单效膜式等蒸发器。传热面积大时，为减少蒸汽耗量，宜选用多效、膜式、离心式等蒸发设备。（八）经济性 浓缩设备的热能消耗较大，节能是选型的重要因素。从提高热能的经济性考虑，宜选用带蒸汽喷射器或多效蒸发器。,第八节 操作和检修,一、间歇式真空浓缩设备的操作要点（一）准备工作 首次使用设备前，必须熟悉有关图纸，了解设备的结构、管路阀门和仪表的操作规程；电机应装地线，传动部分应装保护罩。在吸人液料前，先将浓缩锅充分洗涤，并送入蒸汽，保持1530min进行杀菌；然后放出冷凝水，关闭所有阀门，向冷凝器中注人冷却水，同时启动真空装置，使真空度达规定的要求。（二）开始运行 以盘管式蒸发器为例，一准备工作完成后，即可吸人液料，当液面浸过各层加热盘管后，顺次开启各排管的蒸汽阀门，通人蒸汽。开始时必须保持盘管中的蒸汽压力不要过高，防止料液中空气突然形成泡沫，造成液料损失；当料液处于稳定的沸腾状态时，再逐渐增加蒸汽量达到一定蒸汽压，同时调进料阀门，使料液面保持恰恰能将最上层加热盘管完全浸没的高度。随着浓缩的进行、浓度和粘度逐渐增高，使蒸发速度减慢，这时需适当提高真空度，保持所规定的液料温度。（三）停止运行 当液料达浓缩要求时，即关闭蒸汽阀，解除真空，卸出浓缩成品；然后向浓缩锅通水进行清洗。（四）常见的故障及产生原因 1真空度过低 原因是接管、阀门漏泄或冷却水不足、水温过高或真空装置内部有故障。2沸腾突然停止 原因是平衡槽抽空、液料中进人空气或真空系统的工作中断。,二、连续式真空浓缩设备的操作要点,（一）试车 1试车前的准备工作 全面检查设备安装的正确性、安全性和密封度。组织试车人员进行设备的学习和安全教育。设备内做彻底清洗。2试车步骤和要求 步骤是：部件试运转水试车物料试车。首先检查物料是否合乎要求。部件试运转主要检查各泵的运转是否正常，冷却水泵必须在给水后，方可启动，并应保持规定的水压。在水试车过程中要调节管路上的节流装置，使各真空部件的真空度和温度达到要求数据。物料试车的投料前，用碱、酸、水洗涤液将设备清洗干净。开始的投料量应比要求投料量大10以上，然后按出料浓度，逐渐调整。水试和物试均按操作规程进行。,（二）开车前的准备工作 打开蒸汽总供汽阀，检查锅炉供汽压力是否达到要求。用氯水或热水对蒸发器和管道进行消毒，然后打开平衡槽进水阀，把水放满。（三）开车 以RP6K7型双效真空设备为例，首先打开冷却水泵的给水阔，调水压至规定的要求，然后依次开动平衡槽出料阀、进料泵、出料泵和真空装置，以水代物运行。当二效分离器真空度达82.7kPa时，打开杀菌器和热压泵的蒸汽阀，并调节热压泵的蒸汽压力约为490kPa，当杀菌温度和各效蒸发温度达到要求时，再用物料把水换出，同时关闭出料阀，使物料浓缩后先回人平衡槽，进行大循环，并调节进料量和各工艺参数，当物料达浓度要求时，关闭回流阀，打开出料阀，然后连续进料运行。（四）停车和清洗 当一个班次结束或一批原料处理完毕时，先关闭蒸汽阀，破坏真空度、然后关闭进、出料泵、冷却水阀和真空装置，抽出设备的浓缩液；最后进行一次清洗，清洗的顺序一般是水洗 2氢氧化钠溶液洗水洗 2硝酸溶液洗水洗；各清洗时间均有要求。,（五）常见故障与产生原因 1真空度低、蒸发温度高 原因是螺旋接头松弛，垫圈等密封件损坏；或冷却水不足，排水温度过高；或热压泵的工作蒸汽高；或真空系统有故障。2蒸发管、杀菌管结垢 原因是原料乳酸高；或进料量少；或中途停车断料；或物料分配孔堵塞；或加热温度高；或清洗不彻底。3出料不连续或不出料 原因是泵盖、泵的进料管路漏气。4出料浓度低 原因是进料量大；或热压泵工作蒸汽压力低，或物料泵的密封件损坏；或蒸发管内结垢。三、真空浓缩设备的检修要点 为了保养好设备，保证正常安全运转，停车后就必须立即进行清洗，及时盖封，避免尘土污染。浓缩设备上密封处的衬胶、垫圈等容易老化及脱落，使阀门漏泄，仪表失灵等，故必须经常检修，及时更换。有关设备的其他易损零件，亦应备件，以备更换。检修后，应进行压力、真空度等试椤,三、真空浓缩操作流程,第二节 常用真空浓缩装置,一、中央循环式(标准式)浓缩锅。(一)工作原理：料液由沸腾管和中央循环管加热，由于受热产 生比重不同，形成自然循环，将水分蒸发。(二)主要结构1、加热器：由沸腾加热管，中央循环管，上下管板组成竖式 加热管束2、蒸发室：加热室上部的圆筒体。蒸发室有 观测孔、照明、仪表、取样装置等辅助部件。(三)特点：结构简单，操作方便，液面易控制。但清洗困难，循环效果差。,二、盘管式浓缩罐,1、加热器：盘管，45盘，每盘13圈。2、蒸发室：罐上部，配有除泡沫装置。3、抽真空：二级蒸汽喷射器。4、二次蒸汽排出：冷凝器，二级蒸汽喷射器特点：结构简单，操作方便，但传热面积小，原料受热时间长，生产效率低，清洗不便。,三、薄膜式浓缩装置,(一)升膜式蒸发器组成：垂直管束，分离室，循环管，水力喷射器。1、加热：在垂直管束外通入蒸汽。2、蒸发：在垂直管束内二次蒸汽向上。3、抽真空：水力喷射器。4、二次蒸汽排出：分离器，泡沫捕集器，水力喷射器5、特点：占地少，热效高，短时加热，适合热敏，易起泡，低粘性料液。,三、薄膜式浓缩装置,(二)降膜式浓缩装置。结构：同升膜式相似。区别：料液从上部加入，在分布装置作用下，沿管壁成薄膜状流下。特点：占地面积小，热效高，受热时间短，适合浓度粘度大的料液，但设备高度高，料液均布难。,三、薄膜式浓缩装置,(三)离心式浓缩装置组成：锥体离心盘，料液分配管，真空泵，浓缩料吸管。1、加热：蒸汽由中心轴进入加热夹套内，冷凝水由离心力甩到周边后抽出。2、二次蒸汽：由锥体中心，在抽真空时排出。3、料液：由锥体中心加入，在离心力作用下成膜浓缩后，甩到周边，由真空装置吸出。,三、薄膜式浓缩装置,(四)片式(板式)浓缩装置组成：板式加热器，汽液分离器，捕集器，蒸汽喷射压缩器，输料泵。1、加热：板式加热器2、分离：汽液分离器3、抽真空：蒸汽喷射器4、料液流动：输液泵特点：传热时间短，分布均匀，不易结垢，传热效率高，可处理高粘度物料，结构紧凑，装卸方便，清洗容易。,三、薄膜式浓缩装置,(五)刮板式蒸发器：型式：立式、卧式组成：加热筒(外侧)，旋转刮板，料液分配盘，驱动装置。1、加热：筒外侧蒸汽夹套2、分离：筒上部3、料液分配：经料液分配盘，在离心力和重力作用下，沿筒壁流下，由刮板刮成膜状。特点：蒸发时呈薄膜状态，且不断更新液膜，总传热效率高，适于高粘度物料。,第三节 蒸汽压缩和冷冻浓缩设备,一、蒸汽压缩式浓缩设备功能：将二次蒸汽压缩，使其升压升温，再作为加热蒸汽。型式：蒸汽喷射式，机械压缩式。(一)热压泵(蒸汽喷射器)组成：蒸汽室，喷嘴，扩压器，吸入室。原理：生蒸汽通过喷嘴，吸入二次蒸汽混合后作为加热蒸汽。加入蒸汽量：WHWFWBWF(1)抽气系数：WB/WF,一、蒸汽压缩式浓缩设备,带有热压泵的浓缩设备的操作注意事项：1、生蒸汽压力必须在7kg/cm2以上，否则达不到节省蒸汽的效果。2、生蒸汽压力保持稳定。3、经常检查喷嘴喉管的磨损，以防生蒸汽进入二次蒸汽管路。(二)机械式压缩装置原理：用机械式压缩机将二次蒸汽 压缩成高压高温蒸汽。流程：二次蒸汽混合绝热压缩冷凝绝热压缩效率：=(i2i1)/(i3i1)100%加热蒸汽与二次蒸汽的温差：TT4T0,二、热泵型蒸发器,原理：将制冷机组的热端置入加热器，加热料液，用分离器分离二次蒸汽，将制冷机组的冷端置入冷凝器中，冷却二次蒸汽，不凝气由真空泵抽出。组成：压缩机，加热器，分离器，冷凝器，真空泵。特点：节约能耗，但投资费用大。,三、冷冻浓缩设备,原理：将料液中的水冷冻成固态的冰晶，再将冰晶从料液中分离。流程：原料冷却结晶再结晶分离洗涤刮冰溶冰。冷却结晶：将料液中的水冷却成很小的冰晶，送入再结晶器。再结晶：将小冰晶与大冰晶混合，保持温度恒定，则小冰晶溶化，大冰晶增大，以便分离。分离：用开有小孔的活塞将固态冰晶从液体中分离。洗涤：洗去冰晶上粘附的液态原料。,第四节 附助设备,一、捕集器功能：防止蒸发过程形成的细微液滴被二次蒸汽带出，减少料液的损失，同时防止污染。型式：惯性型，离心型，表面型。(一)惯性捕集器：通过改变气流运动方向，使气液分离。特点：效果好，但阻力损失较大。(二)离心捕集器：使气流旋转，在离心力作用下使气液分离。(三)表面捕集器：使气流通过金属网或磁圈，将液态原理滤出。捕集器容器负荷：AW VB/VD,二、冷凝器,功能：将二次蒸汽冷凝，并将其中的不凝气体分离，以减轻真空系统容积负荷。(一)大气冷凝器(高水位冷凝器)：用水喷淋冷却二次蒸汽。真空腿：平衡冷凝器真空负压的水柱，(二)表面冷凝器：用热交换器冷凝二次蒸汽，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)喷射式冷凝器：用高速水流抽出二次蒸汽，兼有冷凝和抽真空双重作用。1、组成：由喷嘴，吸气室，混合室，扩散室等组成2、优缺点：(1)兼有冷凝器及抽真空作用，故不必再配 真空装置。(2)结构简单，造价低廉，冷凝器自身没有 机械运转部分不需经常检修。(3)适用于抽吸腐蚀性气体。(4)安装高度低，与浓缩锅的二次蒸汽排出管 水平方向可直接相连。(5)整个装置的功率消耗较小。(6)不能获得较高的真空度，并随水温而变。,(四)喷射式冷凝器,3、安装注意：(1)二次蒸汽的吸入管要尽量减少阻力损失。(2)从离心水泵至喷射器的冷水进入管路，应尽量减少管件，使阻力损失减小。(3)排水管要求垂直，无弯头，如必须曲折则不得多于两次。(4)各接口要求严密，避免泄漏。,(四)喷射式冷凝器,4、计算：(1)冷却水消耗量：由二次蒸汽冷凝放出的热量等于冷却水所吸收的热量得：WD(II0)/C(tK tH)(2)抽射系数 u0va/v，vaR Ga Ta/pa;u0k(pb/p0)1/21(3)喉管与喷嘴截面积 f2/f11.03pb/p0pb/p0,(四)喷射式冷凝器,冷却水通过喷嘴的流速 1 c(2 g H)1/2(4)排水管直径 d3d2(k1)1/2(5)喷嘴数目计算：每喷嘴的水流量 v=3600 f1 1 喷嘴个数 nv/v,三、真空装置,(一)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。不凝气体来源：溶解于冷却水中的空气。料液中分解的气体。设备泄漏。(二)常用真空装置1、往复式真空泵：组成：机身，汽缸，活塞，曲轴，连杆，滑块，进排气阀。(1)湿室真空泵把冷凝器内的冷却水及不凝气体一起排出。(2)干式真空泵。,2、水环式真空泵：3、水力喷射泵：,三、真空装置,三、真空装置,4、蒸汽喷射泵。(1)工作原理及构造：它与水力喷射器相似，主要不同的是采用较高压力的水蒸气作动力源。它由喷嘴，混合室和扩散室组成。(2)操作注意事项：A.先打开中间冷凝器的冷却水阀门;B.启动最后级蒸汽喷射泵，然后往前逐级启动;C.停车时先破坏浓缩罐内真空，然后慢慢关闭各级喷射泵以免冷水倒流;D.操作时注意冷凝器内冷却水的 喷出速度适当加减水量。(3)优缺点：抽气量大，真空度高，安装运行和维护方便，价格低，占地面积小。要求蒸汽压力较高及蒸汽气量要稳定，需要较长的时间运转，才能达到所需的真空度。,第五节 真空浓缩设备工艺主要计算,一、物料衡算(一)单效浓缩 由进出料溶质相等得：二次蒸汽量：WS(1B0/B1)kg/hr(二)多效浓缩1、二次蒸汽量：WS(1B0/Bn)kg/hr2、最终产品量：SnS B0/Bn3、最终料液浓度：BnSB0/(SW1W2Wn)二、热量衡算(一)单效浓缩设备1、热能的消耗：Q总Q1Q2Q3Q4(J/h)水分蒸发：Q1W L1,第五节 真空浓缩设备主要工艺计算,进料加热：Q2 S C(t1t2)浓缩器加热：Q3W1 C1(t1t2)散热损失：Q4(Q1Q2Q3)3%2、蒸汽消耗量：DQ总/(I1Ik)(二)多效浓缩1、自蒸发系数：nC(tn-1tn)/(intn C)即1kg料降温后以自身的热量所能蒸发二次蒸汽能力大小的指标。2、蒸发系数：an(Intk Ck)/(intn Cn)即1kg生蒸汽冷凝后放出的热量所能蒸发的二次蒸汽的量。若溶剂为水an1.0,第五节 真空浓缩设备主要工艺计算,3、蒸发水分量及第一效加热蒸汽量。第n效蒸发水分量Wn。W1(D1a1S1)1W2 D2 a2(SW1)22 WnDnanS(W1W2Wn-1)n n若无额外蒸汽加入时。D2W1，D3W2，,DnWn-1上式简化为：W1a1D1b1，W2a2D2b2a2W1b2a2D1b2 同理：WnanD1bn,第五节 真空浓缩设备主要工艺计算,以上各式相加得：W=W1+W2+Wn=(a1+a2+an)D1+(b1+b2+b2)或：WAD1B第一效加入蒸汽量：D1(WB)/A三、传热面积计算(一)单效浓缩：FQ总/Kt(二)多效浓缩：F总Q总/Kt总t总多效浓缩有效温差。任何一效的热源蒸汽温度T必须高于料液温度t，即保持一定温差(Tt)，浓缩才能正常进行。,第五节 真空浓缩设备主要工艺计算,各效温度差：第一效 t1=T1t1第二效 t2=T2t2 第 n 效 tn=Tntn若无温度下降，则下一效加热蒸汽的温度等于上一效二次蒸汽的温度。,第五节 真空浓缩设备主要工艺计算,即 t1=T2，t2=T3，tn-1=Tn所以 t总tt1+t2+tnT1tn实际上，由于各效间均有热量损失。所以：t总=t+总温度损失=n+n+m-n 沸点升高 静压 管路 1、确定各效传热面积及有效温差分配(以三效为例)。F1t1Q1/K1，F2t2Q2/K2，F3t3Q3/K3一般取 F1F2F3所以 t1：t2：t3Q1/K1：Q2/K2：Q3/K3,第五节 真空浓缩设备主要工艺计算,对于任意效x,第五节 真空浓缩设备主要工艺计算,2、确定各效沸点（通过压强或蒸发量）(1)假定各效蒸汽压强具有相等的压降设：P0第一效加热蒸汽的压强 Pk末效二次蒸汽的压强 P总压降 PP0Pk若有n效，每效的压降为PxPxP/n从Px可求出各效二次蒸汽的压强及温度，以三效为例：Px=P/3 P3 Px，P2P3+P/3，P1P2+P/3压强确定以后，即可求得沸点。,第五节 真空浓缩设备主要工艺计算,(2)假定各效水分蒸发量的比例二效：W1：W2=1：1.1三效：W1：W2：W3=1：1.1：1.2四效：W1：W2：W3：W4=1：1.1：1.2：1.3求出各效水分蒸发量Wi以后，则可计算个效料液浓度，从而计算料液的沸点等。四、蒸发室直径及高度(一)蒸发室直径：d(4 W V0/3600 W0)1/2(二)蒸发室高度：1、蒸发空间的容积：VW/02、蒸发室截面积：FW/(36000W0)d2/43、蒸发室高度：HV/F4V/d2,例题：蒸发能力为1200公斤/小时的单效浓缩锅，采用盘管式加热器，试求浓缩锅基本工艺尺寸。已知水蒸汽量W1200公斤/小时；加热蒸汽1个大气压；真空度不低于660mmHg，牛乳性质：B012，温度5060，浓缩后B142。解：1、物料计算 处理量 浓缩乳生量 16801200480 公斤/小时 2、热量计算 Q1WL112002376.62851920 千焦/小时 Q20 Q3Q15 Q1.05Q12994516 千焦/小时 蒸汽消耗量 D=Q/L1357.1 公斤/小时,3、传热面积计算 FQ/Kt K10501.163 w/m2K 加热蒸汽温度 t119.6 溶液沸点温度t1，真空度为660mmHg时，水的沸点温度tp051 平均浓度（1242）/2 27，n1 静压变化 Prh/2=1050kg/m30.8m/20.042 atm 真空度 660mmHg0.13 atm料液中间压力 P10.130.0420.172 atm对应的料液中间温度 t P0+P=56.5 真空度为0.13atm时，二次蒸汽的温度，t P0 51 压力变化引起的温度损失 n56.5515.5料液的蒸发温度 t 1=5115.557.5 FQ/Kt 2994516/4.1861050(119.657.5)11m2,3、浓缩锅尺寸计算 浓缩锅直径 d0(4 W V0/3600 W0)1/2 v011.2 m3/kg r0=1/v0=1/11.20.089 kg/m3 W0=(4.26/r0)1/33.62 m/s 代入得 d01.145m 排管的传热面积 F1（d1d2）（2R2b）2.22 m2 5 F1 11.1 m2,