液体浓缩有哪几种设备

液体浓缩有哪几种设备

食品技术原理课程讲稿－第八章液体浓缩
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3 粘稠性：许多食品含有丰富的蛋白质、糖分、果胶等成分,其粘稠性较高. 高粘性物料的蒸发,首先从流体动力学观点看,有一个层流倾向问题.即使物料受到强烈搅拌,在传热壁附近总存在不能忽视的层流内层,这就会严重影响传热的速率.同时,由于上述原因,也还会产生诸如结垢,局部停留时间等一系列问题.
料液的粘稠性随浓度而增加,随着蒸发的进行,料液粘度也必然逐渐增加,所以蒸发过程中的传热速率预感期也会逐渐降低.对于粘性制品的蒸发,一般采由外力强制的循环或搅拌措施.
4 结垢性：蛋白质、糖和果胶等受热过便会产生变性、结块、焦化等现象.
通常在传热面附近,物料温度最高.容易在传热壁上形成污垢,严重影响传热速率.解决结垢问题的积极措施是提高液速.经验证实,在其他条件相同时,提高液速,可显著减轻污垢的形成,这是由于高液速的洗刷作用所致. 因此在可能发生严重结垢现象的情况下,采用强制循环法是有效的.另外,对不可避免的结垢问题,必须有定期的严格清理措施.
5 泡沫性：某些食品物料沸腾时要形成稳定的泡沫,特别是在真空蒸发和液层静压高的场合下更是如此.泡沫的形成与界面张力有关.界面张力发生在蒸汽、过热液体和悬浮固体之间,固体在形成汽泡时起着核心的作用.一般,可使用表面活性剂以控制泡沫的形成.也可用各种机械装置以消灭泡沫.
6 易挥发成分：不少液体食品含有芳香成分和风味成分,其挥发性比水大.料液蒸发时,这些成分将随同蒸汽一起逸出,影响浓缩制品的质量.低湿浓缩虽然可减少香味成分损失,但更完善的方法是采取回收措施,回收后再掺入制品中.


第二节蒸发器类型及其选择
一、蒸发器的组成
蒸发器主要由加热室(器)和分离室 (器)两部分组成.
加热室的作用是利用水蒸气为热源来加热被浓缩的料液.加热室的型式最初采用的是夹套式和蛇管式,其后有卧式短管加热室和竖式短管加热室,为了强化传热过程,采用强制循环代替自然循环,也有采用带叶片的刮板薄膜蒸发器等. 分离室的作用是将二次蒸汽中夹带的雾沫分离出来.二次蒸汽之所以夹带雾沫,是因液体沸腾时,汽泡到达液面破裂后,产生许多小雾滴所造成.为使这些雾滴下落回到液体中,分离室须具有足够大的直径和高度以降低蒸汽流速,并有充分机会使其返回液体中.分离室的型式,最初是将其置于加热室之上并与后者并成一体.其后,出现了外加热型加热室 (加热器),分离室也就独立成为分离器.
以下简单介绍几种食品工业上常用的典型蒸发器.
(一)标准式蒸发器结构
图8-1所示为标准式蒸发器.蒸发器由上、下两部分构成,下部为加热室,上部为分离室.
加热室由沸腾管、中央循环管与上、下管板所组成的加热管束.壳内的管外空间为蒸汽室,蒸汽在此进行冷凝.中央循环管是一根直径远大于沸腾管直径的粗管,其截面积不小于总加热管束截面积的35~40%.因此,一定量溶液在中央

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管内所占有的传热面积就相应较之在沸腾管中者为小,就产生溶液由中央管下降, 而由沸腾管上升的不断循环,因而它是一种自然循环型蒸发器.
蒸发器上部为分离室.分离室的圆筒体上有视镜、人孔、洗涤装置和照明装置等.筒体高度一般不小于1.8~2.5m,可保证液滴不被带出.
分离器顶部有捕沫器,用以分离雾沫,保证二次蒸汽洁净,有利于下一效蒸发器的加热.分离器顶部连接二次蒸汽排出管.标准式蒸发器的缺点是在增强循环方面有一定限制,因而沸腾液一侧的传热膜系数也受到限制.另外不便清洗和更换管子.

为了克服上述缺点,使之更适用于易结垢的物料,出现了标准式的一种变型,即所谓悬筐式蒸发器,见图8-2.为了从中取出加热室,只要把顶盖拿下,把管道拆除,从顶部把它取出即可.这种设备的另一优点是改善了循环条件.液体回流是通过壳与加热室间的环形间隙来进行,环形间隙的截面较易达到所要求的大小.
应用范围：设备适用于中等粘度、轻度结垢的非腐蚀性料液,并且可以得到较好的蒸发速率.在食品工业上的典型应用例有果汁、麦芽浸出液、蔗糖、葡萄糖等溶液的浓缩.
(二)、加热室在外的蒸发器(自然循环型和强制循环型)
加热室在外的蒸发器是现代蒸发器发展的一个特点.这类蒸发器是由加热器、分离器和循环管三部分组成.
加热室和分离室分开的优点：①可以改变两者之间的距离,并调节循环速度使料液达到不在加热室中沸腾,亦即整个管子仅用于加热而沸腾恰在高出加热管顶端进行.这样,管子内表面就不为析出晶体所堵塞.②分离器独立后,可改善分离雾沫条件,并有可能将其作成离心分离器的形式.③有可能将几个加热器共用一个分离器,从而必要时可灵活轮流使用每个加热器.
加热室在外的蒸发器分自然循环型和强制循环型.
自然循环型的循环原理与标准式同.不过,标准式蒸发器的中央循环管在加热室内,管内的料液还是受热的.而加热室在外的蒸发器,其循环管是加热器与分离器间的连接管,管内料液是不受热的.因此,相对于标准式而言,这种蒸发器的循环条件得到了改善,检修、清洗也较方便.加热室在外的自然循环型蒸发器,其加热器有垂直放置更为有利.因加热管下端盖子打开后,清洗管子很方便.

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一般自然循环型蒸发器,其循环速度约为lm/s.这类设备灵活性较大,几乎在所有情况下都可采用.
自然循环型目前广泛应用于果汁、牛奶和肉类浸出汁等热敏料的浓缩,但因料液在器内进行大量反复循环,固停留时间较长.不适合蒸发粘稠溶液,主要是传热速率降低,污垢易于形成.解决的办法是采用强制循环型,使溶液在管内流速达3~4m/s.
强制特循环型设备的加热室虽然多数设在外部,但也有将加热室装在管内里面的.
加热室在外的强制型,其加热室有垂直和水平放置的型式.强制手段可用泵或搅拌器.泵多采用离心泵和轴流泵,因馏环所需的扬程不大,而循环流量很大,故用轴流泵更为合适.可把它直接装在设备内.粘度非常高的浆液,可采用正位移泵--齿轮泵或转子泵,某些粘度极高且有结晶析出的物料,可采用内装搅拌器构循环式没备· (三)长管式蒸发器
上述自然循环型和强制循环型蒸发器有一个主要缺点,就是溶液反复循环,要经受长期加热,亦即溶液在设备中平均停留时间较长,这对非常热敏的物料来讲是不许可的.对这种料液,有必要尽可能减少循环甚至不循环,后者就是所谓单程蒸发.为此目的,蒸发器就要有细长的管子,单程通过的时间内,达到全部浓缩的要求,这就是长管式蒸发器的由来.
长管式蒸发器：从加热器出来的汽液混合物经分离器分离后,有的直接作为浓缩液排出,不再经循环径返回加热器,有的则有部分浓缩液经循环管返回.这类蒸发器的管束很长,约6~8m,而其截面积则很小.它具有很大的传热面,溶液送入管束后很快强烈沸腾,管子的中央部分充满料液蒸汽,蒸汽从管口流出的速度可达100-l20m/s.蒸汽以这样的速度流动,料液就被带动而沿管子内壁形成上升或下降的液膜.被蒸汽带动而沿管壁流动的液体速度可达20m/s,所以这种蒸发器被称为液膜式蒸发器.
长管蒸发器根据浓膜的流动方向可分为升膜蒸发器、降膜蒸发器及升降膜蒸发器.