《浓缩及设备》PPT课件.ppt
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1、2023/7/19,浓缩与设备,姓名:伍俭学号:107011508班级:生化103指导老师:乔德阳,2023/7/19,浓缩与设备,第一节 浓缩概述第二节 浓缩的类型第三节 真空浓缩设备第四节 单效真空浓缩设备第五节 真空浓缩装置的附属设备,2023/7/19,第一节 概 述,一、浓缩的概念 浓缩是从溶液中除去部分溶剂的单元操作,是溶质和溶剂均匀混合液的部分分离过程。浓缩过程中,水分在物料内部借对流扩散作用从液相内部达液相表面而后除去,最低水分含量约为30%(质量),一般为稳定状态的过程。,2023/7/19,二、浓缩的目的,1.除去食品中大量水分,减少包装,贮藏和运输费用。例如,100T含5
2、%固形物的番茄榨出汁浓缩至含固形物28%的番茄酱,重量减至18T,体积也大大缩小。这样可大大降低包装,贮藏和运输费用。2.提高制品浓度,增加制品的保藏性。用浓缩方法提高制品的糖分或盐分可使水分活度降低,使制品达到微生物学上安全的程度,延长制品的有效保藏期。,2023/7/19,3.浓缩经常用作干燥或更安全的脱水的预处理过程。这种情况特别适用于原液含大量水分,而用浓缩法排除这部分水分比用干燥法更为节约时间,如制造奶粉时,牛奶先经预浓缩至固形物45%52%以后再进行干燥。4.浓缩用作某些结晶操作的预处理过程。,2023/7/19,第一节 蒸发浓缩,一、蒸发的基本概念1定义:蒸发浓缩是利用溶剂和溶质
3、挥发度的差异,从而获得一个有利的汽液平衡条件,达到分离的目的。即溶液中溶质的挥发性小,溶剂具有明显挥发性时,工业上常用加热方法,使溶剂汽化达到使溶质增浓的目的就是蒸发操作。,2023/7/19,食品工业浓缩的物料大多数为水溶液。蒸发就指水溶液的蒸发。,2023/7/19,蒸发浓缩,二、蒸发浓缩原理蒸发作为浓缩的重要手段,生产中应用最早也最广泛,称为蒸发浓缩。蒸发是将溶液加热至沸腾,使部分溶剂汽化并移除,以提高溶液浓度的操作。也是溶液中挥发性溶剂和不挥发性溶质间的分离过程。蒸发的必要条件:热能的不断供给(饱和蒸汽)和生成的蒸气的不断排除。蒸发浓缩的受热时间、浓缩温度(与操作压力等有关)和浓缩工艺
4、和设备是影响浓缩质量的关键因素。温度是蒸发浓缩最重要的控制指标。,2023/7/19,食品物料蒸发浓缩的特点(了解皆可),热敏性:加热温度和加热时间腐蚀性:酸性食品粘稠性:蛋白质、糖分、果胶 结垢性:蛋白质、糖分、果胶过热 泡沫性:物料沸腾时形成易挥发成分:芳香成分和风味成分,2023/7/19,蒸发设备的要求,1.工艺上的要求1)适应物料性质,符合工艺要求和食品卫生;2)保证达到要求的浓度;2.热能利用上的要求 合理使用加热蒸汽和二次蒸汽,降低全厂耗汽量和燃料耗用量。,2023/7/19,3.设备结构的要求1)在一定容积内尽量增大其加热面积,以减少金属耗量和占地面积;2)蒸发效能好,具有较高
5、的传热系数,热能利用率高;3)结构简单,制造、安装、维修和清洗方便;,2023/7/19,蒸发浓缩操作流程,1.加热室;2.蒸发室;3.混合冷凝器4.分离器;5.缓冲罐;6.真空泵。,单效真空蒸发流程,2023/7/19,加热蒸汽进入蒸发器的加热室1后,在加热室的管间冷凝,放出的热量通过管壁传给了管内溶液,冷凝水从下部排出;被蒸发浓缩后的完成液由蒸发器的底部排出;蒸发时产生的二次蒸汽至冷凝器3与冷却水相混合而被冷却,冷却液从冷凝器底部排出;溶液中的不溶性气体经分离器4和缓冲罐5再由真空泵6抽出排往大气。,2023/7/19,二、蒸发浓缩操作的方式,单效蒸发:产生的二次蒸汽直接被冷凝而不再利用;
6、多效蒸发:二次蒸汽被引入另一蒸发器作为热源利用的多个蒸发器串联的蒸发操作。蒸发是在常压下进行称为常压蒸发。,2023/7/19,蒸发在低于大气压力下进行称真空蒸发。真空蒸发是工业中应用最广的一种蒸发操作,主要优点是:低压下使溶液的沸点降低,溶液可在较低温度下沸腾,使溶剂蒸发。在传热量一定情况下节约传热面积,防止热敏性溶液在高温下的分解或变质。如葡萄汁采用真空蒸发浓缩,对果汁风味影响很小,比常压蒸发风味好得多,浓缩的葡萄汁含糖量可达60-80%。,2023/7/19,二 冷冻浓缩,冷冻浓缩是利用冰和水溶液之间的固液相平衡原理来实现浓缩的操作方法。当溶液中所含溶质的浓度低于最低共溶浓度时,冷却的结
7、果使溶剂结成晶体(冰晶)析出,使溶质浓度提高。,2023/7/19,图示为蔗糖水溶液的固液相平衡图。平衡图中纵坐标t表示温度,横坐标x表示蔗糖的百分比浓度。AE是冰点曲线,也即冰和溶液的平衡线,其中A点为纯水(溶液浓度X=0)的冰点;EB是溶解度曲线,即固体溶质和溶液的平衡线;E点是最低共溶点,即固体溶质和溶液的平衡点,代表了冰和固体溶质共同熔化的最低温度,称最低共熔点。,蔗糖水溶液固液平衡图,2023/7/19,冷冻浓缩的基本原理:冷冻浓缩是在溶液浓度低于最低共熔点浓度下进行的。如浓度为X1、温度为t1的溶液对应的冰点为t1,当温度为t1时就有冰晶出现。当温度继续下降至t2时,就会有部分冰晶
8、产生,溶液浓度可增加到X2。温度继续下降,冰晶不断增加,浓度也不断提高.当温度降至最低共熔点温度以下时,整个溶液全被冷冻成冰晶,达不到分离的目的。,2023/7/19,冷冻浓缩,图3 悬浮结晶冷冻浓缩装置及流程1、回转制冰机;2、大皮带轮;3、小皮带轮;4、减速电机;5、制冷机;6、低温药液泵;7、滤网;8、冰晶;9、药液罐,2023/7/19,冷冻浓缩需分两个步骤进行:通过冷冻使溶液中的水分部分结晶析出通过过滤使冰晶与溶液分离。冷冻浓缩可以防止溶液中的香气损失,特别适用于热敏性强的溶液。但成本较高,有溶质损失。,2023/7/19,三 膜浓缩,蒸发浓缩属于热浓缩工艺,存在着浓缩温度较高、热敏
9、性有效成份容受破坏和挥发性成份容易逸散等影响产品质量的因素。因此,寻找非热浓缩工艺就成了研究的目标。冷冻浓缩是非热浓缩方法之一,膜浓缩被认为也是一种具有发展前景的非热浓缩新工艺和技术。,2023/7/19,膜浓缩,膜蒸馏浓缩 其传质过程可分为:(1)水分子在热侧膜面处蒸发形成水蒸气;(2)水蒸气通过膜的微孔从膜面的热侧扩散到冷侧;(3)传递到冷侧膜面的水蒸气重新冷凝成水。因而膜蒸馏是一蒸发过程。与以压力为传质驱动力的膜分离(反渗透)方式不同,膜蒸馏是以温度为驱动力。,2023/7/19,四、吸附分离浓缩,大孔吸附树脂主要由高分子材料制成,利用其具有的很大比表面积、不同大小的孔径和极性特性,可以
10、选择性吸附提取液中一些有用的化合物成份。近年来,大孔吸附树脂在中药及天然药物活性成份和有效部位的分离、纯化中应用越来越多。适用于:(1)有效成份的粗分和精制;(2)单味药有效部位的制备;(3)复方有效部位的制备;(4)复方制剂中除去糖、氨基酸、多肽等水溶性杂质,以降低服用量或吸湿性。,2023/7/19,吸附分离浓缩,该技术是中药现代化生产关键技术之一,可以提取有效部分,去除无效部分,达到分离、富集或浓缩有效部位(群)或有效成份(群)的目的,显著降低用药剂量。一般可以使中药有效部位(群)或有效成份(群)的含量提高1014倍,临床用药剂量下降67倍。,2023/7/19,第二节 真空浓缩设备概述
11、,浓缩:从溶液中除去部分溶剂的单元操作。一般食品中溶剂为水,如果汁,牛奶等,故食品工业中的浓缩通常指蒸发。真空浓缩:在负压下,以较低温度浓缩。特点:(1)料液沸点低,浓缩速度快。(2)能用低压蒸汽为热源。(3)利于保持食品营养成分。(4)能耗小。(5)真空系统投资大,功耗大。(6)沸点降低,蒸发潜热增大。,2023/7/19,1、蒸发器的分类、结构和特点,一、分类(一)按二次蒸汽利用次数分:1、单效浓缩装置。2、多效浓缩装置。3、带有热泵的浓缩装置。(二)按料液流程分:1、循环式:自然与强制循环。2、单程式:(三)按加热器结构分: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
12、、降膜式浓缩器。5、片式浓缩器。6、刮板式浓缩器。7、外加热式浓缩器。,2023/7/19,三 根据加热器结构型式分,1.夹套式浓缩器2.盘管式浓缩器3.标准式浓缩器4.强制循环式浓缩器5.升膜式浓缩器6.降膜式浓缩器7.刮板式浓缩器8.板式浓缩器9.离心式浓缩器,2023/7/19,一、夹套式浓缩器,中小型浓缩设备。由圆筒形夹套壳体、搅拌器、除沫器等组成。适于果酱、蜜饯、糖浆、乳品、豆浆晶、食用胶等高粘度料液的浓缩。,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。,2023/7/19,夹套加热室带搅拌单效浓缩装置,在下锅体外壁有
13、一夹套,在夹套间通入加热蒸汽,对锅内料液进行浓缩,同时通过横卧在下锅体的搅拌器不断进行搅拌。搅拌以强化流动,不断更新加热面外的料液,从而提高浓缩效果和保证产品质量,搅拌转速为1020rpm,搅拌器上有四个浆叶,浆叶与加热面的距离为510mm。,优点:结构简单,操作控制容易。缺点:加热面积小,生产能力低,不能连续生产。,2023/7/19,二、盘管式浓缩器,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。料液分批浓缩。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,在离心力作用下,使夹带的液滴与不凝气体分离,气体排出,被分离后的料液回流再进行蒸发。,2023/7/19
14、,盘管式浓缩罐,1.工作原理及结构工作原理:它是乳品厂较早采用的一种真空单效浓缩装置。在罐体内有盘管,管内通加热蒸汽,对物料加热。,2023/7/19,盘管一般由45组分层排列,每组有13圈。盘管的蒸汽进口和凝结水出口有两种形式。盘管多采用扁平椭圆形截面,以减少罐内流体自然循环阻力,而且便于清洗。各层盘管单独用阀门控制,可根据料液面来调节加热面。,2023/7/19,特点:,(1)结构简单,操作方便,易于控制;(2)可根据料液量,可任意开启各排管的加热蒸汽,以满足操作需要;(3)锅内物料浓度均匀,特别适用于粘度高的物料浓缩;(4)间歇出料,物料受热时间长,对产品质量有影响;(5)设备体积较大,
15、清洗不便,尤其结垢清洗更困难。,2023/7/19,单元操作:蒸发,盘管式真空浓缩机组成:蒸发器、加热盘管 分离器、仪表箱 水力分离器特点:体积小、成本低 操作维修方便型号:1000型 700型 300 型蒸发量:3001000kg/h加热面积:310 m2,2023/7/19,三、标准式浓缩器,中央循环管式浓缩锅。加热室中中央循环管的截面一般为加热管束总面积的40以上。料液由于受热程度不同,产生重度差,从边上上升、中间下降,在分离室进行汽液分离。二次蒸汽由顶部排出。料液经中央循环管下降,再进入加热管束,形成自然循环。浓缩后的制品由底部卸出。该类蒸发器在国内糖厂应用较多。,2023/7/19,
16、标准式浓缩器,(一)作用原理:料液经过加热管加热,水分汽化,料液比重变小,而中央降液管中料液没被加热至沸腾(料液比重较大)。由于传热产生重度差,形成物料在加热管和降液管中的循环,将水分蒸发,达到浓缩的目的。而加热蒸汽释放出潜热后,变成水,从底部排出管排出。,2023/7/19,(二)结构,由加热室和蒸发室组成。1.加热室:由加热管、中央降液管和上下管板组成。中央降液管的作用形成内循环,它的内截面积是加热管总内截面积的0.25倍。上下管板的作用将物料和蒸汽分开。,2023/7/19,四、强制循环式浓缩器,主要由列管式加热器、分离室和料液循环泵组成。料液强制循环,在加热器出口减压、沸腾,分离室内进
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