純化與精制-真空濃縮

11.2.4純化與精制----真空濃縮真空濃縮裝置的分類、操作流程中央循環(huán)管濃縮器夾套加熱、膜式蒸發(fā)器真空濃縮附屬設(shè)備2023/2/52主要內(nèi)容一、液體濃縮技術(shù)概述

1、濃縮是從溶液中除去部分溶劑的單元操作，是溶質(zhì)和溶劑均勻混合液的部分分離過程。2、濃縮和干燥的區(qū)別濃縮過程中，水分在物料內(nèi)部是借對流擴(kuò)散作用從液相內(nèi)部達(dá)到液相表面而后除去，最低水分含量約30%(質(zhì)量)，一般為穩(wěn)定狀態(tài)的過程。干燥過程中，水分在物料內(nèi)部借分子擴(kuò)散作用從固相中幾乎完全除去，且一般為不穩(wěn)定狀態(tài)的過程。液體的濃縮意味著溶劑的脫除，在大多數(shù)情況下是水的脫除?！駵p少干燥費(fèi)用；●增加結(jié)晶；●減少貯藏和運(yùn)輸費(fèi)用；●降低水的活性，以增加產(chǎn)品微生物及化學(xué)方面的穩(wěn)定性；●從廢液中回收副產(chǎn)品2023/2/542023/2/55在真空條件下對液體進(jìn)行蒸發(fā)濃縮的方法始于1913年，其工藝是建立在英國科學(xué)家E.C.Howard專利基礎(chǔ)之上的，它包含一個蒸汽加熱的帶有冷凝器和空氣泵的雙底真空釜。2023/2/56一、分類（一）根據(jù)加熱蒸汽被利用的次數(shù)來分1.單效濃縮裝置2.多效濃縮裝置3.帶有熱泵的濃縮裝置2023/2/57第一節(jié)分類和選擇及操作流程（二）根據(jù)料液流程來分

1.循環(huán)式（自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)）

2.單程式（三）根據(jù)加熱器結(jié)構(gòu)型式來分

1.盤管式濃縮器

2.中央循環(huán)管式濃縮器

3.升膜式濃縮器

4.降膜式濃縮器等2023/2/58

（一）結(jié)垢性:選取流速較大的強(qiáng)制循環(huán)型或升膜式的濃縮設(shè)備。（二）結(jié)晶性：采用夾套帶攪拌器或強(qiáng)制循環(huán)濃縮器。（三）粘滯性選強(qiáng)制循環(huán)型、刮板式或降膜式薄膜濃縮器。2023/2/59二、選擇原則（四）熱敏性運(yùn)用各種薄膜式或真空度較高的濃縮器。（五）發(fā)泡性采用強(qiáng)制循環(huán)型或長管薄膜濃縮器。（六）腐蝕性通常使用不銹鋼材料或采用各種防腐涂層材料的鋼材。2023/2/510（1）傳熱效果好，熱能利用率高，即傳熱系數(shù)高和有效溫度差大。（2）結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便。（3）汽液分離效果好。（4）設(shè)備性能適應(yīng)料液的性質(zhì)，符合生產(chǎn)工藝要求和衛(wèi)生。（5）易于制造、檢修、清洗。（6）具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，金屬消耗量少，耐腐蝕。2023/2/511三、對濃縮設(shè)備的要求（一）單效真空濃縮裝置流程由一臺濃縮鍋和冷凝器及抽真空裝置組合而成。（二）多效真空濃縮裝置流程常見有并流法、逆流法、平流法2023/2/512四、真空濃縮裝置操作流程1、順流法2023/2/513單元操作：蒸發(fā)１效２效３效加熱蒸汽料液二次蒸汽完成液冷凝水冷凝水冷凝水并流（順流）３效蒸發(fā)流程圖順流法是指蒸汽和料液的流動方向相同，均從第一效到末效。在蒸發(fā)室內(nèi)，由于壓力依次遞減，所以料液在各效間流動不需用泵，利用壓差供料，料液的沸點(diǎn)也依次遞減，因此當(dāng)前效料液進(jìn)入后效時，在降溫的同時可放出其顯熱，供一小步分水分汽化，增加蒸發(fā)器的蒸發(fā)量。2023/2/515順流法操作時，料液濃度依效次序遞增，而料溫則逐漸降低，故對于濃縮熱敏性產(chǎn)品是有利的，但粘度逐漸升高，使末效蒸發(fā)增加困難，需增加末效傳熱面積。2023/2/5162023/2/517

2、逆流法

單元操作：蒸發(fā)１效２效３效加熱蒸汽料液二次蒸汽完成液冷凝水冷凝水冷凝水逆流３效蒸發(fā)流程圖逆流法指料液與蒸汽流動方向相反。原料液由最后一效進(jìn)入，依次用泵送入前效，最后濃縮制品從第一效排除。隨著料液向前效流動，料溫和蒸發(fā)溫度越來越高，溫差較穩(wěn)定，有利于提高傳熱效率，濃度溫度的提高使料液粘度較穩(wěn)定，有利于其循環(huán)，但各效間料液流動要用泵輸送，同時高溫、高濃度的料液由高溫?zé)嵴羝訜?，易形成局部過熱，造成結(jié)焦和營養(yǎng)破壞。2023/2/519單元操作：蒸發(fā)三效逆流真空濃縮機(jī)

主要用于果醬的濃縮蒸發(fā)量：12000kg/h1效2效3效料液溫度：7257420C加熱溫度：14372570C加熱面積：15200150m2成品濃度：5％－28％2023/2/5213、平流法單元操作：蒸發(fā)１效２效３效加熱蒸汽料液二次蒸汽完成液冷凝水冷凝水冷凝水平流３效蒸發(fā)流程圖完成液完成液平流法指原料液分別加入各效加熱器進(jìn)行濃縮，濃縮后的濃縮液分別從各效放出。加熱蒸汽是從第一效通入，二次蒸汽則順序通入各下以至末效。因此從各效蒸發(fā)器得到的濃縮液濃度相同，并且二次蒸汽的熱量能得到充分利用。只用于蒸發(fā)濃縮操作進(jìn)行的同時有晶體析出的場合，比如食鹽溶液的濃縮。2023/2/5232023/2/524對于效數(shù)多的蒸發(fā)濃縮設(shè)備操作也有順流和逆流并用的，有些效間用順流，有些用逆流。起協(xié)調(diào)順流和逆流優(yōu)缺點(diǎn)的作用，對于粘度極高的料液很有用處，特別是在料液粘度隨濃度增大而顯著增加的場合下，可以用混流法。2023/2/5254.混流法第二節(jié)單效真空濃縮設(shè)備一、中央循環(huán)管式主要用于果醬、果汁、煉乳等的生產(chǎn)（一）作用原理料液經(jīng)過由沸騰管和中央循環(huán)管所組成的豎式管加熱面進(jìn)行加熱，由于傳熱產(chǎn)生重度差，形成了自然循環(huán)，而將其水分蒸發(fā)，從而達(dá)到濃縮目的。2023/2/5262023/2/527（二）主要構(gòu)造1.加熱器由沸騰管及中央循環(huán)管、中央循環(huán)管和上下管板所組成的豎式加熱管束組成。

中央循環(huán)管和沸騰加熱管一般采用脹管法或焊接法固定在上下管板上，組成一個豎式加熱管束。2023/2/528中央循環(huán)管是位于加熱器中央的一根直徑較大的管子，截面積為總加熱管束總面積的40%-50%，材料為不銹鋼或其他耐腐蝕材料。為提高傳熱效果，可在管間增設(shè)若干擋板或抽去幾排加熱管，形成蒸汽通道，同時配合不凝性氣體排出管的合理分布，有利于加熱蒸汽均勻分布，從而提高傳熱及冷凝效果。2023/2/5292.蒸發(fā)室加熱室上部的圓筒體，連接在加熱體上部。料液經(jīng)加熱汽化產(chǎn)生的二次蒸汽中夾帶有大量的液滴，直接冷凝造成料液損失，在多效濃縮時還會將下效加熱室污染，并降低傳熱效果，所以蒸發(fā)室要具有一定的高度和空間。一般為加熱管長度的1.1-1.5倍。2023/2/530蒸發(fā)室外側(cè)有視鏡、人孔、洗水、照明、儀表、取樣等裝置。在頂部又捕集器，以對二次蒸汽夾帶的汁液進(jìn)行分離，保證二次蒸汽的潔凈，減少料液的損失。二次蒸汽由頂部的二次蒸汽出口排出。2023/2/531(三)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、鍋內(nèi)液面容易控制。清洗較困難，粘度大時循環(huán)效果較差。2023/2/532夾套加熱室?guī)嚢鑶涡饪s裝置食品廠大量使用的濃縮裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)下鍋體底部有一夾套，在夾套內(nèi)通入蒸汽加熱濃縮物料，鍋體內(nèi)裝有攪拌器，攪拌器上有4片槳葉，通過其攪拌可以使鍋內(nèi)壁表面被加熱的物料層不斷更換，使水蒸氣蒸發(fā)，上鍋體的二次蒸汽出口處接有汽液分離器。2023/2/533工作原理工作時，先通入加熱蒸汽趕走鍋內(nèi)空氣，再啟動抽真空裝置，造成鍋內(nèi)真空將物料吸入鍋內(nèi)，達(dá)到容量要求后，開啟蒸汽閥門，使蒸汽進(jìn)入夾套加熱，同時開啟攪拌器，不斷攪拌強(qiáng)化流動，不斷更新加熱面外的物料，使其均勻濃縮，產(chǎn)生的二次蒸汽不斷抽出，以保證鍋內(nèi)的真空度。2023/2/534優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。缺點(diǎn)加熱面積小，生產(chǎn)能力低，不能連續(xù)生產(chǎn)。適用于濃料液和黏度大的料液增濃，如果醬、蜜餞、煉乳。2023/2/535一、升膜式濃縮設(shè)備屬于液膜式濃縮器，液體沿管壁成膜狀流動，進(jìn)行連續(xù)蒸發(fā)，液體在濃縮器停留時間較短，約幾秒至幾十秒。2023/2/536第三節(jié)升膜式、降膜式濃縮設(shè)備

（一）結(jié)構(gòu)由多根垂直管束的加熱器體和一個蒸發(fā)分離室及循環(huán)管組成。為自然循環(huán)式。2023/2/537結(jié)構(gòu)特點(diǎn)管內(nèi)料液的加熱與蒸汽分為三部分：最低部分管內(nèi)完全充滿料液，熱量靠對流傳遞；料液在中間部分開始產(chǎn)生蒸汽泡并上升；在管上部分由于膨脹的二次蒸汽而產(chǎn)生強(qiáng)的上升力，使料液成薄膜狀在管內(nèi)上升，在管頂部成噴霧狀，以較高速度進(jìn)入氣液分離器，在離心力的作用下使氣液分離。2023/2/538工作原理料液從加熱器底部進(jìn)入管內(nèi)，加熱蒸汽在管束間通過管壁加熱、冷凝。料液在管內(nèi)被加熱迅速汽化，所產(chǎn)生的二次蒸汽及料液沿管內(nèi)高速上升。溶液被高速上升的二次蒸汽帶動，在壁內(nèi)成膜狀上升，不斷被加熱蒸發(fā)。料液被逐漸濃縮，二次蒸汽從頂部排出，濃縮液從蒸發(fā)分離室底部排出。2023/2/539注意事項注意進(jìn)料量、溫度、黏度對成膜的影響。特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，占地面積及空間體積小，投資少，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。減少了熱敏性料液的分解，形成泡沫少，適用于易起泡的料液；能防治結(jié)垢，適用于果汁及乳制品的生產(chǎn)。2023/2/5402023/2/541二、工作過程升膜蒸發(fā)器底部結(jié)構(gòu)圖二、降膜式濃縮設(shè)備（一）結(jié)構(gòu)2023/2/544結(jié)構(gòu)特點(diǎn)由加熱器、分離室、泡沫捕集器組成。與升膜式蒸發(fā)器相比，其分離室處于加熱氣體的下方，料液從加熱器體的頂部加入，液體在重力的作用下沿管內(nèi)壁成液膜狀向下流動。為了使其料液均勻分布于各加熱管，在加熱管頂部或管內(nèi)安裝了降膜分布器。2023/2/545降膜分布器有以下幾種多孔板噴霧型齒形溢流口螺紋導(dǎo)流桿錐形導(dǎo)流桿多孔板與錐形導(dǎo)流相結(jié)合旋流導(dǎo)流器2023/2/546

（二）降膜分布器2023/2/5472023/2/548工作原理料液從頂部進(jìn)入加熱器內(nèi)，在降膜分布器的作用下，均勻地進(jìn)入加熱管中，二次蒸汽的快速流動和料液本身的重力作用下，沿著管內(nèi)壁成膜狀自然向下流動，不斷受熱蒸發(fā)濃縮?；旌蠚庖哼M(jìn)入蒸發(fā)分離室進(jìn)行分離。濃縮液從底部抽出。2023/2/5492023/2/5502023/2/551設(shè)備類型蒸汽耗量（T）水耗量每蒸發(fā)1噸水每生產(chǎn)1噸粉每蒸發(fā)1噸水每生產(chǎn)1噸粉國產(chǎn)單效蒸發(fā)器不帶熱泵1.157.63.0192國產(chǎn)雙效帶熱泵0.4631064丹麥五效帶熱泵使用蒸汽壓力0.8Mpa0.140.94帶冷卻水塔，循環(huán)使用幾乎不耗水2023/2/552升降膜式蒸發(fā)器將升膜與降膜的優(yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ)。安裝兩組加熱管束，一組為升膜式，一組為降膜式。料液先進(jìn)入升膜加熱管，沸騰蒸發(fā)后，汽液混合物上升至頂部，然后轉(zhuǎn)入另一組加熱器，再進(jìn)行降膜蒸發(fā)，濃縮液從下部進(jìn)入汽液分離器，分離后，二次蒸汽從分離器上部排入冷凝器，濃縮液從下部排出。2023/2/5532023/2/554板式蒸發(fā)器一、汽液分離器（一）作用安裝在濃縮裝置的蒸發(fā)分離室頂部或側(cè)面。其作用主要防止蒸發(fā)過程中形成的細(xì)微液滴，被二次蒸汽夾帶逸出。對汽液進(jìn)行分離，要減少料液的損失，同時防止污染管道及其它濃縮器的加熱面。2023/2/558第三節(jié)真空濃縮裝置的

附屬設(shè)備

（二）類型1、碰撞型捕集器2、離心型捕集器3、過濾型捕集器2023/2/559（一）作用將真空濃縮所產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)行冷凝，并將其中的不凝結(jié)氣體(空氣、二氧化碳