《真空浓缩设备》PPT课件.ppt

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1、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

2、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

3、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

4、,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-

5、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

6、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

7、，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

8、 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

9、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

10、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

11、。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

12、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

13、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

14、，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

15、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

16、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

17、，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

18、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

19、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

20、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

21、、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；

22、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

23、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

24、）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

25、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

26、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

27、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）

28、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

29、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

30、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

31、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

32、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

33、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，

34、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

35、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

36、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)

37、/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

38、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

39、，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：n

40、C(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

41、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+tn

42、T1tn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

43、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

44、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tp0

45、51 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,