《浓缩设备》PPT课件.ppt

食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,食品工厂机械与设备,第八章 浓缩设备,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,引言,浓缩的概念：是从溶液中除去部分溶剂的操作过程。浓缩目的:提高产品浓度,降低后续脱水操作的负荷与成本;直接获得需要浓度的产品。浓缩的方法:蒸发浓缩,冷冻浓缩、膜浓缩等。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,第八章 浓缩设备,第一节 真空蒸发浓缩设备第二节 冷冻浓缩设备,第一节 蒸发浓缩设备,一、真空浓缩的原理与特点二、真空浓缩设备的分类与基本结构三、蒸发器的结构与操作四、蒸发浓缩设备的附属装置五、多效蒸发设备,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,一、真空浓缩的原理与特点,原理：,特 点,1）食品原料大多具有热敏性，以及质量上对产品色、香、味的要求，使得食品的浓缩力求“低温短时”，由于料液的沸点与外压有关，低压相对应于低温，真空浓缩对产品的质量有保障。2）真空浓缩排除了溶解在料液的空气、氧气，由于蒸发空间无氧，对易氧化物料的加工品质有利。4）蒸发速度快，比常压浓缩省时。5）起到预杀菌或部分杀菌的作用.6）操作空间密闭，有助于减少微生物对物料的污染。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,二、真空浓缩设备的分类与基本结构,（一）真空浓缩设备的分类1.按加热蒸汽被利用的次数分（1）单效浓缩设备；（2）多效浓缩设备；（3）带有热泵的浓缩设备2.按料液的流程分（1）循环式：有自然循环与强制循环之分；（2）单程式:一次加热浓缩到规定浓度要求。3.按料液蒸发时的分布状态分（1）非膜式：（2）薄膜式：,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,（二）真空浓缩设备的基本结构,加热室、蒸发室所组成的蒸发器、分离室（除沫器）、冷凝器以及真空装置等。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,三 蒸发器的结构与操作,（一）、夹套式蒸发器（二）、中央循环管式蒸发器（三）、外加热式蒸发器（四）、长管式蒸发器（五）、刮板式蒸发器（六）、板式蒸发器（七）、离心式薄膜蒸发器,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,（一）、夹套式蒸发器,又称为搅拌式真空浓缩锅，属于间歇式中小型食品浓缩设备。主要由圆筒形夹套壳体、犁刀式搅拌器、汽液分离器等组成。被浓缩的料液投入锅内，通过供入夹套内的蒸汽进行加热，在搅拌器的强制性翻动下，料液形成对流而受到较为均匀的加热，并释放出二次蒸汽。二次蒸汽从上部抽出。,夹套式蒸发器的特点,这种蒸发器的加热面积小，料液温度不均衡，加热时间长，料液通道宽，通过强制搅拌加强了加热器表面料液的流动，减少了加热死角，适宜于果酱、炼乳等高黏度料液的浓缩。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,中间有一根直径很大的管子，称为中央循环管。由于中央循环管单位体积溶液占有的传热面比其他加热管内单位溶液占有的要小，溶液汽化较少，因而加热管内形成的汽液混合物的密度就比中央循环管中溶液的密度小，从而使蒸发器中的溶液形成中央循环管下降、而由其他加热管上升的循环流动。（见演示）,（二）中央循环管式蒸发器,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,（三）、外加热式蒸发器,外加热式蒸发器的特征是加热室和分离室分开。根据物料在加热室与分离室间循环的方式，可分为：强制循环型 自然循环型,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,主要由列管式加热器、分离室和循环泵等构成。需要指出的是，这种蒸发器的加热器，除了如图中所示可水平安装以外，还可以垂直安装或倾斜安装。,强制循环型,离心泵抽吸出料,自动抽吸进料,生蒸汽,冷凝水,二次蒸汽,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,除无循环泵以外，基本构成与强制循环式相同。但加热室只能垂直安装。,自然循环型,（见演示）,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,（四）、长管式蒸发器（单程型）,对热敏性成分保留有较严要求的产品，应当采用单程式蒸发器，料液只通过其加热室一次即达到需要的浓度。升膜式蒸发器降膜式蒸发器升降膜式,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,升膜式蒸发器,一般加热管直径为3050mm；其长径比为100300。蒸汽由加热器上部引入，而物料由底部进入，因此蒸汽与物料在加热器内呈逆流。由于从底部进料，所以为防止静压效应引起的沸点升高，进入蒸发器的料液温度应控制在接近沸点。（见演示）,进汽,冷凝水,进料,浓缩液,二次蒸汽,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,升膜式蒸发器的蒸发原理,升膜式蒸发器正常操作的关键是让液体物料在管壁上形成连续不断的液膜。物料从加热器下部的进料管进入，在加热管内被加热蒸发拉成液膜，浓缩液在二次蒸汽带动下一起上升，从加热器上端沿汽液分离器筒体的切线方向进入汽液分离器，浓缩液从分离器底部排出，二次蒸汽进入冷凝器。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,形成爬膜的必要条件,要有足够的传热温差和传热强度，使蒸发的二次蒸汽量和蒸汽速度达到足以带动溶液成膜上升的程度。但是，如传热温差过大或蒸发强度过高，传热表面产生蒸汽量大于蒸汽离开加热面的量，则蒸汽就会在加热表面积聚形成大气泡，甚至覆盖加热面，使液体不能浸润管壁，这时传热系数迅速下降，同时形成“干壁”现象，导致蒸发器非正常运行。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,特点,1 蒸发时间短，适用于热敏性料液；2 高速二次蒸汽具有良好的破沫作用，故尤其适用于易起泡沫的料液；3 静压效应引起沸点升高，故最好控制接近沸点进料；4 一般组成双效或多效流程使用；5 不适用于高粘度的料液；6 加热蒸汽与料液呈逆流。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,降膜式蒸发器,结构和升膜式蒸发器的区别在于，料液是从蒸发器的顶部加入，在重力作用下沿管壁成膜状下降，并在此过程中不断被蒸发而蒸浓，在其底部得到完成液。为了使液体在进入加热管后能有效地成膜，每根管的顶部装有液体分布器。（见演示）,降膜式蒸发原理,料液由顶部加入，通过液料分配器均匀地分配到每根加热管中被加热蒸发，因重力的影响增加了蒸汽的抽拉作用和液膜的流动速度，所以在同样条件下降膜蒸发器的液膜比升膜要薄，传热系数也较大。同时，由于液流加速方向与重力方向一致，没有加速压头所引起的沸点升高。液体的下降是靠本身的重力和二次蒸汽运动的拖带力的作用，其下降的速度比较快，因此成膜的二次蒸汽流速可以较小，对黏度较高的液体也较易成膜状流动。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,降膜蒸发器的液体分布器,齿形溢流器,导流棒,螺纹导流管,料液进入加热列管时要均匀分配，使每根管子的内壁都能被液体所润湿，否则容易发生干壁现象而严重影响蒸发效果，甚至使产品质量降低，阻塞加热管。因此降膜蒸发器加热列管的上部都要设置料液分配装置。（见演示）,升降膜式蒸发器,结构:相当于双管程换热器。在加热蒸发器同时装设升膜管和降膜管。料液先进行升膜加热蒸发，进入蒸发器管板上，浓缩到一定浓度后，再进行降膜蒸发，从加热蒸发器底部进入汽液分离室。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,升降膜蒸发器具有如下的特点:（1）符合物料的要求，初进入蒸发器，物料浓度较低，物料蒸发内阻较小，蒸发速度较快，容易达到升膜的要求。物料经初步浓缩，浓度较大，但溶液在降膜式蒸发中受重力作用还能沿管壁均匀分布形成膜状流动。（2）经升膜蒸发后的汽液混合物，进入降膜蒸发，有利于降膜的液体均匀分布，同时也加速物料的湍流和搅动，以进一步提高降膜蒸发的传热系数。(3）用升膜来控制降膜的进料分配，有利于操作控制。(4）将两个浓缩过程串联，可以提高产品的浓缩比，减低设备高度。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,（五）刮板薄膜式蒸发器,刮板式真空蒸发器是通过旋转的刮板使液料形成液膜的蒸发设备。蒸发器的结构:转动轴、物料分配盘、刮板、轴承、轴封、蒸发室的夹套加热室等部分构成。液料从进料管以稳定的流量进入随轴旋转的分配盘中，在离心力的作用下，通过盘壁小孔被抛向器壁，受重力作用沿器壁下流，同时被旋转的刮板刮成薄膜，薄膜溶液在加热区受热，蒸发浓缩，同时受重力作用下流，瞬间另一块刮板将浓缩液料翻动下推，并更新薄膜，这样物料不断形成新液膜蒸发浓缩。,（见演示）,特点,优点：处理黏度高达50100Pas的黏性料液时仍能保持较高的传热速率。故特别适用于浓缩糖含量高、蛋白含量高的物料，如鸡蛋、蜂蜜和麦芽汁等料液。缺点：设备加工精度要求高，生产能力小。因而一般用于后道浓缩。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,（六）板式蒸发器,板式蒸发器由板式换热器、汽液分离器、真空系统等组成。降膜式板式蒸发器 升膜式板式蒸发器特点,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,结构,主要由板式加热器与分离室组合而成。加热器的总体结构与组合方式与本书第七章介绍的板式换热器的类似，但一般直接利用蒸汽或二次蒸汽进行加热。根据料液与蒸汽在加热板上的流动方向，板式蒸发器的加热板有升膜式、降膜式两种结构。出于加热蒸汽分布和产品分布均匀要求，它们的换热板结构与普通板式热交换器的换热板在供产品进出和加热介质进出的开孔大小、数量、形状、位置不同。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,降膜式板式蒸发器,料液流道两侧为加热蒸汽室，从加热板上方进入，蒸汽流向与产品流向相同。浓缩液二次蒸汽混合物通过加热器下方的通道出来，进入分离器后两者分离，浓缩液从分离器下方引出，二次蒸汽则从上方引出。,料液从加热器左上侧进入后分两路均匀地分布在各加热片上。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,降膜式板式蒸发器示意,Flows in Plate,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,升膜式板式蒸发器,结构与降膜式的类似，只是所用的加热板全为升膜式，并且稀料液与加热蒸汽的走向为逆流，情形与长管升膜式蒸发器的类似。浓缩液二次蒸汽混合物通过上方的通道从加热器出来，进入分离器后两者分离。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,二效式升膜型板式蒸发器示意,Flows in plate,特点,传热系数高；物料停留时间短（数秒），适用于热敏性物料；体积小，加热面积可随意调整，易清洗；因一次通过的浓缩比不高，因此常常构成二效或三效式蒸发系统；密封垫圈易老化而泄漏，使用压力有限。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,（七）离心薄膜蒸发器,离心薄膜蒸发器是一种利用锥形蒸发面高速旋转时产生的离心力使料液成膜状流动的高效蒸发设备。结构工作过程流程特点,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,结构,真空壳体内设置高速旋转转鼓，转鼓由锥形空心碟片叠装而成。碟片间保持有一定加热蒸发空间，空心夹层内通加热蒸汽，外圆径向开有与外界连接的通孔，供加热蒸汽进入和冷凝水离开。碟片的下外表面为工作面，故整机具有较大的工作面，外圈开有环形凹槽和轴向通孔，定向叠装后形成浓缩液环形聚集区和连续的轴向通道。转鼓上部为浓缩液聚集槽，插有浓缩液引出管。,工作过程,料液经真空壳体上的分配管穿过叠锥转鼓的中心部，注入旋转圆锥的下面。注入后很快展成厚0.1mm的液膜，在1s左右的时间内沿加热面流过。因液膜很薄，水分很快汽化。二次蒸汽通过叠锥中央逸出到机壳内，然后排出。浓缩液则聚集于圆锥外缘内侧的一组圆环内，经竖向孔道引至叠锥上方的排料室，最后由固定于机壳上的排料管排出。蒸汽从下部进入，经空心轴至叠锥外缘的汽室，然后流经圆环上的小孔进入锥形元件之间的空间，蒸汽在圆锥表面冷凝，且一旦形成水滴，立即被离心力甩向外锥体排出，故不存在冷凝液膜，减小了传热热阻。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,空心轴,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,离心薄膜蒸发器流程,特点,结构紧凑、传热效率高、蒸发面积大、料液受热时问很短、具有很强的蒸发能力，特别适合果汁和其它热敏性液体食品的浓缩。由于料液呈极薄的膜状流动，流动阻力大，而流动的推动力仅为离心力，故不适用于黏度大、易结晶、易结垢物料的浓缩。设备结构比较复杂，造价较高，传动系统的密封易泄漏，影响高真空。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,四 蒸发浓缩设备的附属装置,汽液分离器,真空系统,蒸汽冷凝器,蒸发加热器,生蒸汽,冷凝水,二次蒸汽,浓缩液,原料液,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,（一）汽液分离器,汽液分离器的作用是分离二次蒸汽夹带的部分目标产物，减少产物损失，同时防止污染污染蒸汽管道。1 碰撞型 2 离心型,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,1.碰撞型,特点：正常操作时效果较好，但阻力损失较大。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,2.离心型,特点：在汽速很大（常压 20-30 m/s，真空60-70 m/s）时，操作性能较好，但阻力损失也较大。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,（二）蒸汽冷凝器,1.混合式冷凝器2.表面式冷凝器 3.水力喷射泵,作用：冷凝蒸发过程产生的二次蒸汽，维持加热蒸发系统的真空度。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,1.混合式冷凝器（直接换热冷凝）,干式真空泵 或 蒸汽喷射泵,离心水泵 或 大气脚,二次蒸汽和冷却水直接混合，冷凝蒸汽后排出冷凝水。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,2.表面式冷凝器（间接换热冷凝器）,主要由一个间壁式的换热器(常见的是列管式).用冷却水作冷却介质.这种冷凝器一般在二次蒸汽的冷凝液有回收价值时才使用。并且,在被冷凝物一侧往往还需要与真空系统相串联,以保证不凝结性气体被及时排走，以保持系统的必要的真空度。,3.水力喷射泵,起混合冷凝和抽真空的双重作用 特点：简单，本身无运动部件,造价低廉；能耗低；适于抽腐蚀性气体；不能获得高的真空度(其大小与水温有关)。,水箱,二次蒸汽,补充新水,溢流水,离心水泵,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,（三）真空泵,有干式和湿式之分。干式仅把冷凝器中的不凝气体（如罗茨真空泵）抽出,常需要在其前面设一个不凝气体分离器。湿式真空泵（如水力喷射泵）可以把冷凝器中的冷却水和不凝气体一起抽出,这种形式的真空泵食品业中使用不多。,五、多效蒸发设备,根据料液与蒸汽流动方向分：并流法、逆流法、平流法根据蒸汽利用次数分：单效、双效与多效蒸发设备,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,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,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,三效逆流蒸发流程图,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,三效平流蒸发流程图,完成液,完成液,三、典型真空浓缩系统,单效降膜式真空浓缩系统顺流式双效真空降膜浓缩设备混流式三效降膜真空浓缩设备,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,单效降膜式真空浓缩系统,系统构成：由降膜式蒸发器、蒸汽喷射器、料液泵、分离器等组成。该系统适用于牛乳的浓缩。它具有能量消耗少、操作稳定、清洗方便等特点。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,单效蒸发流程,加热室通过隔板分成两部分（两组）原料进入贮料筒9经热冷凝水预热后进入分离器10经里面的二次蒸汽进一步预热（夹套），经料液泵4经过料液分布器进入加热器1的降膜管加热蒸发，汽液经分离器分离后经泵5送入加热器再次加热蒸发，浓缩液经汽液分离器分离后用螺杆泵送出，二次蒸汽一部分用于加热蒸汽，一部分冷凝，冷凝热水用于原料的预热。,系统特点,降膜式蒸发器所有加热管束使用同一加热蒸汽，但管束内部分隔为加热面积大小不同的两部分，同时冷凝器设置于加热器外侧的夹套内，结构紧凑。系统中的热泵用来将部分二次蒸汽压缩后作为加热蒸汽使用；同时，通过在进料缸内引入冷凝水管道及在分离室内设置夹套预热装置，对原料进行预热，回收了冷凝水和二次蒸汽的残留热量，提高了能量利用效率。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,顺流式双效真空降膜浓缩流程,结构组成：一、二效蒸发器、热泵、杀菌加热器、维持管、蒸汽喷射泵、水力喷射器、预热器、液料泵等构成。,工作过程,工作时，料液由泵从平衡槽抽出，通过由二效蒸发器二次蒸汽加热的预热器，然后依次经二效、一效蒸发器内的盘管进一步预热。预热后的料液在列管式杀菌杀菌（8692），并在保持管内保持24s；随后相继通过一效蒸发器（加热温度8390，蒸发温度7075）、二效蒸发器（加热温度6874，蒸发温度4852），最后由出料泵抽出。,生蒸汽（500kPa）经分汽包分别向杀菌器、一效蒸发器和热压泵供汽。一效蒸发器产生的二次蒸汽，一部分通过热压泵作为一效蒸发器的加热蒸汽，其余的被导入二效蒸发器作为加热蒸汽。,二效蒸发器产生的二次蒸汽，先通过预热器，在对料液进行预热的同时受到冷凝，余下二次蒸汽与不凝性气体一起由水力喷射器冷凝抽出。各处加热蒸汽产生的冷凝水由泵抽出。,适用性及特点,该设备适用于牛乳、果汁等热敏性料液的浓缩，效果好，质量高，蒸汽与冷却水的消耗量较低，并配有就地清洗装置，使用、操作方便。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,混流式三效降膜真空浓缩设备,结构组成：包括三个降膜式蒸发器、混合式冷凝器、料液平衡槽、热压泵、液料泵和水环式真空泵等，其中第二效蒸发器为组合蒸发器。,三,70,57,45,48%,12%,工作过程,平衡槽内（固形物含量12%）的料液由泵抽吸供料，经预热器预热后，先进入第一效蒸发器（蒸发温度70），通过降膜受热蒸发，进入第一效分离器分离出的初步浓缩料液，由循环液料泵送入第三效蒸发器（蒸发温度57）。从第三效分离器出来的浓缩液由循环液料泵送入第二效蒸发器（蒸发温度44），最后由出料泵从第二效分离器将浓缩液（固形物含量48%）抽吸排出，其中不合格产品送回平衡槽。生蒸汽首先被引入第一效蒸发器和与第一效蒸发器连通的预热器；第一效蒸发器产生的二次蒸汽，一部分通过（与生蒸汽混合的）热压泵增压后作为第一效蒸发器和预热器的加热蒸汽使用；,一部分作为二效蒸发器的热源蒸汽；第二效分离器所产生的二次蒸汽，被引入第三效蒸发器作为热源蒸汽；第三效分离器处的二次蒸汽导入冷凝器，经与冷却水混合冷凝后由冷凝水泵排出。各效产生的不凝气体均进入冷凝器，由水环式真空泵抽出。,适用性及特点,该套设备适用于牛乳等热敏性料液的浓缩，料液受热时间短、蒸发温度低、处理量大，蒸汽消耗量低。例如，处理鲜乳36004000kg/h，每蒸发1kg水仅需0.267kg生蒸汽，比单效蒸发节约生蒸汽76%，比双效蒸发节约46。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,第二节 冷冻浓缩设备,冷冻浓缩是通过冷冻使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。一、冷却结晶设备二、冰与浓缩液的分离设备三、冷冻浓缩设备的装置系统,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,基本原理,水溶液均有如图所示的平衡关系（冻结曲线）。利用冰与水溶液之间的固-液相平衡原理，使低于低共熔点浓度的溶液冷却，其结果表现为溶剂（水）呈晶体（冰晶）析出；将冰晶与母液分离后，即得到增浓的溶液。,溶液,溶质+溶液,冰+溶液,溶液三相平衡曲线,F,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,冷冻浓缩系统基本装置,贮罐(1)中的料液用泵(2)输送到括板式换热器(3)进行冷却,生成微小的冰晶,成为带冰晶的悬浮液,此冰晶液在再结晶罐(4)中,部分冰晶熔化,部分变大,成为冰晶较大的悬浮液,此悬浮液中的浓缩液通过下部的过滤得到收集成为浓缩产品,而带有料液的冰晶再进入分离器(5)进行分离,料液从下部再循环经(2)进行再冷却结晶,而冰晶熔化成为水排出系统。,冷冻浓缩的特点,优点：由于是在低温下对溶液的浓缩，因而，对热敏性物料，尤其是食品物料的浓缩非常有利；冷冻浓缩中溶剂水的排除不是通过加热蒸发，而是依靠从溶液到冰晶的相际传递，因此，可避免低沸点的芳香物质成分因挥发造成的损失。缺点：浓缩比较低，物料最终浓度不超过其低共熔浓度；晶液的分离技术要求高，且溶液的黏度越大，分离越困难，冰晶的夹带损失也越大；成品中的微生物活性未能受到抑制，加工后仍需采用加热等后处理或需要冷冻贮藏；生产成本较高。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,一、冷却结晶设备,冷冻浓缩中的冷却结晶设备实现两个功能：溶剂（水）冷却冻结除去结晶热和进行结晶。根据冷却方法可分为直接冷却式结晶器和间接冷却式结晶器，间接式又可分为内冷式结晶器与外冷式结晶器。（一）直接冷却式真空结晶器（二）内冷式结晶器（三）外冷式结晶器,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,间接式冷却结晶器,（一）直接冷却式真空结晶器,直接冷却式结晶是指结晶热直接由溶液中发生汽化相变为另一部分物质带走的结晶方法。发生汽化的物质可以是水，也可以是制冷剂。部分水真空蒸发的结晶器 直接冷却式真空结晶器的特点 应用举例,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,部分水真空蒸发的结晶器,工作原理：真空状态下部分水分从溶液中吸收热量发生汽化，而溶液中另一部分水则因热量的除去而结晶成冰。这种部分水汽化，部分水结冰的过程基本可使体系的温度保持稳定。例如，在绝对压力 267Pa直接冷却式结晶器中，溶液所对应的沸腾约为-3，此时每蒸发掉1kg水需要吸收的蒸发潜热可使7.14kg的水结晶成冰。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,直接冷却式真空结晶器的特点,设备费和能耗相对较低。由于减压蒸发时，芳香物也损失了，以致浓缩液质量较差。对于多数果汁，如果能用吸收器吸收芳香物，就能减少芳香物的损失。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,应用举例,料液进入真空结晶器后，在267Pa绝对压强下部分蒸发，部分水分成为冰晶。从结晶器出来的冰晶悬浮液经分离器分离后，冰晶排出，浓缩液从顶部进入吸收器。而从真空结晶器出来的带芳香物的蒸汽先经冷凝器除去水分后，从底部进入吸收器。在吸收器内，浓缩液与芳香物的惰性气体逆流流动，芳香物被浓缩液吸收，然后惰性气体由吸收器顶部排出，而吸收了芳香物的浓缩液从吸收器底部排出。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,浓缩液,（二）内冷式结晶器,内冷式结晶器是将冷冻过程与结晶过程结合在一体的结晶设备。特点：间接冷冻、冷冻与结晶在同一设备中完成，结构简单。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,（三）外冷式结晶器,主要由换热器和结晶器组成，换热器的目的主要使料液进入过冷状态。,料液先在外部换热器中过冷产生亚临界晶体，在换热器中晶体的停留时间只有几秒钟，所以产生的晶体特别小，具有小冰晶的悬浮液进入结晶器，在结晶器中停留时间相对较长，其主体过冷度很小，约-0.02。这样小冰晶部分融化，部分长大成大冰晶。,部分无晶体液体从结晶器到换热器间再循环。,浓缩液,二、冰与浓缩液的分离设备,用于冷冻浓缩的冰与浓缩液的分离设备有压榨机、过滤式离心机、洗涤塔以及这些设备组合形式等。（一）压榨机（二）离心机（三）洗涤塔,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,分离设备,（一）压榨机,常用液压活塞式压榨机和螺旋式压榨机。采用压榨机分离，可溶性固体的损失量取决于已压缩冰饼中夹带的浓液量。冰饼中的夹带量与压榨机采用的压力有关，例如在1MPa压力下，每千克冰中大致留附0.65kg液体,而在10MPa压力下并且压缩时间较长时，则每千克冰中留附量可减少至0.1kg。由于压榨法导致较多的可溶性固体损失，所以这种分离方法只用于作前期分离，为冰与溶液的最后完全分离提供冰含量较高的浆料。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,（二）离心机,冷冻浓缩中使用的离心机是过滤式离心机。分离时的溶质损失取决于晶体大小和液体黏度。离心机分离的缺点是当液体从滤饼中流出时，芳香物质将受到损失，这是液体与大量空气密切接触所致。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,（三）洗涤塔,洗涤塔有较好的冰与浓缩液的分离效果，浓缩液不会被稀释，且洗涤塔完全密封，无顶部空间，从而避免了芳香物的损失。洗涤分离原理 洗涤塔形式,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,洗涤分离原理,基本原理：利用冰晶融化水排代晶体间夹带的浓缩液。从结晶器来的晶体浆料从塔底进入，因冰晶密度比浓缩液小，故冰晶逐渐上浮到塔顶，而浓缩液则从塔底经过滤器过滤。融化的水大部分排到洗涤塔外，小部分向下返回，与上浮冰晶逆流接触，洗去冰晶表面的浓缩液。沿塔高方向冰晶夹带的溶质浓度逐渐降低，冰晶随浮随洗，夹带的溶质越来越少。,浓 度,图8.18连续式洗涤塔的工作原理,当向下流动的洗涤水量占融化水量的比率提高时，其洗涤效果明显提高。,洗涤塔形式,按塔中冰晶沿塔移动的推动力不同，洗涤塔可分以下三种：浮床式螺旋式活塞式,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,浮床式洗涤塔,这种洗涤塔中，冰晶与液体作逆向运动，其推动力是晶体和液体两相的密度差。,浓 度,洗涤水,冰晶,螺旋式洗涤塔,这种洗涤塔是以螺旋推送为两相相对运动的推动力，晶体悬浮液进入两同心圆筒的环状空间，在此空间内螺旋在旋转。螺旋具有棱镜状断面，除迫使冰晶沿塔体移动外，还有搅动晶体的作用。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,螺旋轴,螺旋,壳体,活塞式洗涤塔,以活塞的往复移动为冰床移动的推动力。洗涤塔由洗涤塔筒体、塔下部活塞、顶部刮板装置、融冰器等组成。多孔的活塞连着一个中央进料管，并可在下部液压缸驱动下作往复运动。假如图示S1位置与刮板之间充满紧密的冰床，当关闭B、C，开启A阀时，在结晶器浆料过压与液压缸的作用下，活塞向下运动，活塞上方空间将充以晶体浆料。当活塞抵达位置S3时，关闭A，开启B，活塞在液压缸作用下向上运动，此时浓缩液穿过活塞上的多孔网被滤走，并经阀B从洗涤塔排出，而冰晶留在活塞上方。,当活塞抵达S2位置时，活塞上方建立起一个冰床，冰床在顶部挤压刮板，刮下的冰屑与其融化水一起在换热器内循环，少部分融化水往下流动用于洗涤夹带在冰晶中的浓缩液，大部分融化水经阀C排走。,冰晶,三、冷冻浓缩设备的装置系统,将冷冻结晶装置与冰晶悬浮液分离装置有机地结合在一起，便可构成冷冻浓缩装置系统。冷冻浓缩装置系统可以分为单级系统和多级系统。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,单级系统,单级冷冻浓缩系统一次性使料液中的部分水分结成冰晶，然后对冰晶悬浮液分离，得到冷冻浓缩液。原料罐中稀溶液通过循环泵首先输入到刮板式热交换器，在冷媒作用下冷却，生成细微的冰晶，然后进入再结晶罐（成熟罐）。结晶罐保持一个较小的过冷却度，溶液的主体温度将介于该冰晶体系的大、小晶体平衡温度之间，高于小晶体的平衡温度而低于大晶体的平衡温度。,小冰晶开始融化，大冰晶成长。结晶罐下部有一个过滤网，通过滤网从罐底出来的浓缩液，一部分作为浓缩产物排出系统，另一部分与进料液一道再循环冷却进行结晶。未通过滤网的大冰晶料浆从罐底出来后进入活塞式洗涤塔。洗涤塔出来的浓缩液再循环冷却结晶，融化的冰水由系统排出。,多级系统,多级冷冻浓缩系统将前一级的浓缩液作为原料液进一步通过更低的温度使部分水结成冰晶，再进行分离。控制料液在结晶器中的循环速度，可以使料液获得不同的过冷度，从而可以利用同一状态制冷剂实现多级冷冻浓缩所要求的冻结温度差异。应用举例：三级逆流冷冻浓缩系统,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,三级逆流冷冻浓缩系统,工作过程：原料液进入进料罐后与从洗涤塔排代出来的稀溶液混合后由泵抽出，与第3级结晶罐中抽出的一部分溶液混合后，通过3级旋转刮板冻结器冷却成过冷液，进入第3级成熟罐。在此形成大的冰晶悬浮液。此悬浮液分离后，浮在上面的冰晶浆由泵抽至洗涤塔洗涤融化成水，沉在下层的浓缩液通过过滤网被泵抽出。,抽出的浓缩液一部分与进料液混合后在本级再进行冻结，另一部分则由泵抽送至第2级进行结晶。第2级和第1级的工作原理基本与第3级的类似，但此二级成熟罐上层冰晶浆料是由螺旋输送器输送至下级成熟罐的，另外，第1级的浓缩液有一部作为最终浓缩物形式输出系统。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,系统构成特点,该系统所用的洗涤塔为活塞式洗涤塔。洗涤塔上面的融冰加热器利用制冷系统压缩机出来的高压制冷蒸气。此加热器实际上也是制冷系统冷凝器，制冷剂蒸气在将冰水加热融化的同时，自身被冷凝为液体，从而有能量回收利用功能。,食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备,