食品机械与设备第六章 真空浓缩设备第三节 升膜式、降膜式浓缩设备

第三节 升膜式、降膜式浓缩设备     料 液 在蒸发器中只通过加热室一次，不做循环流动即行排出浓乳，通过加热室时，在管壁呈膜状流动。     一、升膜式浓缩设备：     1.结构 ：主要由加热器体、蒸发分离室和循环管组成。加热器的管子：直径 30 ～ 50mm，管长与管径之比100 ～ 150 ， 长管式的管子长 6 ～ 8m，短管式3 ～ 4m，传热系数可达1744.5（w/m 2 k）。     2.工作过程 ：牛奶自加热体的底部进入管内，加热蒸汽在管间传热及冷凝，将热量传给管内料液，料液被加热沸腾迅速汽化，所产生的二次蒸汽在管束内高速上升，在真空状态下可达 100 ～ 160m/s，料液被二次蒸汽带动，沿管内壁成膜状上升并不断被加热蒸发，然后二次蒸汽与已加浓的料液，在二次蒸汽的诱导及分离器的真空吸力下，以高速沿切线方向进入分离器，由于离心力和泡沫捕集器的作用，使汽液分离，浓缩液沿循环管下降，回入加热器底部，与新进入的料液混合后，一并进入加热管内，再度受热蒸发，如此往复循环，经一段时间后，一部分已达要求的浓缩液，由出料泵抽出，另一部分未达到要求的继续循环蒸发。还有非循 环型的，即进料经一次浓缩后，达到成品浓度而排出。     3.优缺点： 优点： （1） 设备占地面积少； （ 2） 传热效率高 （３） 受热时间短，在加热管中停留时间约 10～20ｓ，可减少热敏性料液分解的危险； （４） 料液在管内速度较高，适于易起泡沫的料液，还能防止结垢的形成及粘性料液的沉淀。 缺点 ： （1） 管子较长，清洗较不方便； （２） 控制好进料液量：经一次浓缩的蒸发水量不能大于进料量的８％，进量多，加热蒸汽不足，管下部积液多，会形成液柱上升不能形成液膜，进料少，会发生管壁结垢现象； （３） 料液最好预热到接近沸点状态进入加热器体，增加液膜在管内的比例，提高沸腾和传热系数。     二、降膜式浓缩设备：     1.结构及工作过程 ：构造与升膜式相同，主要区别是料液由加热器体顶部加热，液体在重力作用下，沿管壁成液膜状向下流动，（由于向下加速，克服加速压头比升膜式小，沸点升高也小）整个管壁形成液膜，传热系数大，热损失小，加热蒸汽与料液温差大，传热效率高，汽液进入分离室，二次蒸汽由分离室顶部排出，浓缩液则由底部卸出。     ２．降膜分布器 ：     使料液能均匀分布于各加热管，沿管内壁流下，在管内部或顶部安装降膜分布器，常用形式有：     （ 1 ） 导流管为一有螺旋形沟槽的圆柱体；     （ 2 ） 导流管为下部为圆锥形，底部内凹，以免沿锥体面流下的液体再向中央聚集；     （ 3 ） 分布器：依靠齿缝使液体沿加热管内壁成液膜状流下；     （ 4 ） 分配板：，孔的位置正好交错与加热器列管之间，可提高物料的传热效果，但增加清洗管子的困难。     3.特点 ：属于自然循环，液膜式浓缩设备，传热效率高，受热时间短，所需管子较长，以薄膜状进行，可避免泡沫的形成。     三、双效降膜式浓缩装置：     1.物料：       ③冷凝水：依靠 压差，杀菌器的冷凝水进入一效蒸发器壳层，汇集一效蒸发器的冷凝水，再靠压差进入二效蒸发器壳层，汇集二效蒸发器的冷凝水，由离心式冷凝水泵排出。     ④不凝性气体 ： 各效中的不凝性气体走向与冷凝水相同， 最后由真空 泵 抽出排入大气     2.双效浓缩设备的优点：     （ 1）顺流进料，减少了物料热敏性成分的破坏率。     （ 2）物料受热时间短。由于物料连续进出，在设备内停留时间约3min,有利于保 护热敏性物料。     （ 3）物料预热温差小。物料经四段预热盘管逐渐升温，各段加热温度、物料温差小，对于防止结焦具有重要的作用。     （ 4）有利于保证产品的质量。     （ 5）热效率高。一次蒸汽的总耗量与蒸发的比值为蒸发系数，该设备为0.416，如扣除物料预热杀菌和设备抽真空耗用的一次蒸汽，其净比值为0.32，即1kg水耗用一次蒸汽为0.32kg.     （ 6）冷却水耗量低。     （ 7）设备虽高，但稳定性好。下部操作台，同时是整个设备的支撑架，用墙代替后面两根支柱。上部操作台一端与一、二效蒸发器相连，另一端也与墙壁连接，这样增强了设备的稳定性。     （ 8）用大部件做小部件的支撑架。     （ 9）把四段预热物料的盘管与混合冷凝器、一效与二效蒸发器有机地组合在一起，使杀菌与浓缩两种设备浑然一体，即节省材料，缩小占地面积，避免了杀菌乳的再污染。     （ 10）一效、二效蒸发器的结构基本相同，各连接管路的孔径、方位、标高也一致，这样结构稍做改动，现用的一效蒸发器可作为另一种较大系列设备的二效蒸发器。二效可作为另一种较小设备的一效蒸发器，有利于设备和系列化。     ３．多效浓缩设备的节能措施：     几 种蒸发器耗汽、水比较 设备类 型 蒸汽耗量（ T ） 水耗量 每 蒸 发 1吨 水 每 生 产 1吨 粉 每 蒸 发 1吨 水 每 生 产 1吨 粉 国 产单 效蒸 发 器不 带热泵 1.15 7.6 3.0 192 国 产 双效 带热泵 0.46 3 10 64 丹麦五效 带热泵 使用蒸汽 压 力 0.8Mpa 0.14 0.94 带冷却水塔，循环使用几乎不耗水     节能途径：     1.冷凝水显热的利用：     ① 列管式杀菌器壳程内 98 ℃ 的凝结水，进入一效壳程时，降温＝ 98-83＝15 ℃ ，这部分凝结水（ 200kg/h）放出的显热，使部分水分汽化，进入到加热蒸汽的行列里。     ② 同理一效加热壳程内 83 ℃ 的凝结水（ 800kg/h）进入到二效壳程内时，降温13 ℃ ，这部分显热同样产生部分蒸汽而被利用。     2．利用二次蒸汽作为下一效加热蒸发热源，节省一次蒸汽，即多效蒸发；     3．利用蒸汽喷射式热压缩泵，回收利用二次蒸汽，作为第一效蒸发的热能，节省一次蒸汽；生蒸汽与二次蒸汽的比值为1：1。     4．预热物料。如物料由 5 ℃预热到 72 ℃，其中 5 ℃～ 62 ℃的预热完全是二次蒸汽供热， 62 ℃～ 72 ℃预热， 80 ％为二次蒸汽，按一吨奶计算，节约热能，相当于表压 0.5 ｍｐａ的一次蒸汽 96 公斤 。     蒸发器效数与节能的关系。多效蒸发，随着蒸发器的效数增加，用于蒸发的热能消耗减少，关系由以下经验计算：     D=1/(A+1) A----效数     适用于使用９大气压以上的一次蒸汽的多效蒸发器，结果为理论耗热量，实际计算时，要价热量损失。     效数 越多，耗热能越小，但无限增加是不可能的 ， 受以下几点限制 ： １．总温度差有限 ：奶的蒸发温度不应高于 68℃，最高72℃，再高其中的乳清蛋白沉降析出，为蒸发温度上限，下限不能太低，蒸发温度太低，黏度大，影响成膜效果，及喷雾干燥的效果，一般末效的蒸发温度不能低于45℃。总的蒸发温度70-45=25℃，按效数平均分配，如五效，各效的加热和蒸发温度差6～7℃，包括因管道阻力造成的温度下降℃，散热损失1℃，实际只有4～5℃。     2.设备的造价： 效数越多，各效的加热和蒸发温差减小，加热面积增加，耗用钢材增加，制造的工作量增大，总造价增加将导致乳制品的成本增长。