一、蒸发浓缩设备的分类
浓缩设备的型式很多,一般可按下列方法分类:
1、按蒸发面上的压力分:
(1)常压浓缩设备 溶剂从蒸发面汽化后进入常压的大气。设备结构简单,投资省维修方便,但蒸发速率低。
(2)真空浓缩设备 溶剂从蒸发面汽化后进入负压状态。真空浓缩设备是食品工厂生产过程主要设备之一。它利用真空蒸发或机械分离等方法来达到,目前多采用真空蒸发,它具有许多优点:
A加热蒸汽与沸腾液体之间的温度差可以增大。
B对料液起加热杀菌作用,有利于食品保藏。
C可利用压强较低的蒸汽作为加热蒸汽。
D由于溶液沸点较低,使浓缩设备的热损失减少。
E由于低温浓缩有利于食品溶液进行浓缩,减少体积及重量,便于运输及贮存。
但也存在一些不足之处:
A由于真空浓缩,须有抽真空系统,从而增加附属机械设备及动力。
B由于蒸发潜热随沸点降低而增大,所以热量消耗大。
2、根据料液的流程分:
A循环式,有自然循环式与强制循环式之分;
B单程式。一般来说,循环式比单程式的热利用率高。
3、按加热蒸汽被利用的次数分:
A单效浓缩装置;
B双效和多效浓缩装置;
C带有热泵的浓缩装置。
食品工厂的多效浓缩装置,一般采用双效、三效,有时还带有热泵装置。效数增多有利于节约热能,但设备投资费用增加,所以效数的确定,必须全面分析,细致考虑。
4、根据加热器结构型式来分:
A非膜式 料液在蒸发器内聚集在一起,只是翻滚或在管中流动,形成大蒸发面。非膜式蒸发器又可分为:1.盘管式浓缩器;2.中央循环管式浓缩器,
B薄膜式 料液在蒸发时被分散成薄膜状。薄膜式蒸发器又可分为:1.升膜式浓缩器2.降膜式浓缩器3.片式浓缩器;4.刮板式浓缩器5.离心式薄膜蒸发器等。薄膜蒸发器的水份蒸发快,因其蒸发面积大。热利用率高,但结构比非膜式复杂。
二、选择与要求
食品溶液的性质是多种多样的,所以选择浓缩设备时,必须考虑溶液是否具有下列几种性质:
(1)结晶性 有些溶液在浓度增加时,会有晶粒析出,而且沉积于传热面上,从而影响传热效果,有的严重会堵塞加热管。对于这类料液,宜采用夹套带搅拌的浓缩器或强制循环浓缩器。
(2)结垢性 有些溶液在加热浓缩时,会在加热面上生成垢层,从而增加热阻,降低传热系数,严里时使设备生产能力下降,甚至因此停产。垢层常用化学药品清洗,也有用机械方法剥除的,对垢层要定期清洗。所以,对容易生成垢层的料液,最好选取流速较大的强制循环型或升膜式浓缩设备。
(3)热敏性 食品工业生产中,经常要考虑到产品的热敏性,如番茄浆在温度过高时,会使其色泽加深,从而降低产品质星。所以这类溶液应采用停留时间短、蒸发温度低的设备,一般运用各种薄膜式或真空度较高的浓缩器为好。
(4)粘滞性 有些料液随浓度增加粘度也随着增加,使流速降低,传热系数随之减少,生产能力下降。故对粘度较高的料液,不宜选用自然循环型,可选强制循环型、刮板式或降膜式薄膜浓缩器等。
(5)腐蚀性 在食品料液中,有些是酸度较高的,同时考虑食品卫生法规要求,所以浓缩设备的材料,必须能抵抗腐蚀的,通常使用不锈钢材科或者采用各种防腐涂层材料的钢材,加工制造。
(6)发泡性 有些溶液在浓缩过程中,会产生大量汽泡,这样泡沫易被二次蒸汽带走,一方面污染其它加热设备另一方面增加产品的损耗,严重时会造成不能操作。这样在浓缩器的结构上,要考虑消除发泡可能性,同时要设法分离回收泡沫,一般采用强制循环型和长管薄膜浓缩器,以提高料液在管内流速增加。
所以对浓缩设备的要求:
(1)传热效果好,热能利用率高,即传热系数高和有效温度差大。
(2)具有足够的机械强度,金属消耗量少,耐腐蚀。
(3)结构紧凑、操作清洗方便,安全可靠。
(4)易于制造、检修、清洗。
(5)设备性能适应食品料液的性质,符合生产工艺要求和食品卫生。
(6)动力消耗小,且汽液分离效果好。
三、真空浓缩装置操作流程
(一)单效真空浓缩装置流程
它由一台浓缩锅和冷凝器及抽真空装置组合而成。扇形扎口机料液进入浓缩锅后,加热蒸汽对溶液进行加热浓缩,二次蒸汽进入冷凝器冷凝,不凝结气体由真空装置抽出,使整个装置处于真空状态。溶液根据工艺要求的浓度,可间歇或连续排出。目前,在果酱类生产中,采用这种流程较多。
(二)多效真空浓缩装置流程
常见的流程为三种:
1.逆流法
蒸汽与溶液进入浓缩器的流向相反,故称为逆流法。原料液由末效进入,依次用泵送入前一效,最终的浓缩液,由第一效排出,加热蒸汽从第一效通入,二次蒸汽则顺序通入各效以至末效。图示为蒸发量4吨/小时的双数番茄酱浓缩装置就属于这种流程。
2.并流法
溶液与蒸汽的流动方向相同,即均由第一效顺序至末效。A/A型两效三罐番茄酱浓缩装置基本属于这种类型,它是由两台中央循环管式蒸发器和一台环管带夹套加热的搅拌式蒸发器所组成的,如图。原料液由I效到末效顺序流动,面包扎花机加热蒸汽由I效通入,所产生的二次蒸汽供II效A、B罐作为加热蒸汽,由于II效A、B罐没有压力差,故A罐料液进入B罐时,用浓酱泵输送,II效的B罐浓缩液用浓酱泵不断抽出。
3.平流法
此法系把原料液向每效加入,而浓缩液自每效放出的方式进行操作,故溶液在各效的浓度均相同,而加热蒸汽的流向仍由第一效顺序至末效,其流程如图示。
除了上述几种常用的浓缩装置流程外,还可根据生产工艺需要,采取一些其它操作流程。例如:在末效采用一个单效浓缩锅与前几效浓缩锅组合成新的流程,它有利于克服末效溶液粘度较大,流动性差的缺点,在末效采用生蒸汽或热泵加热,金丝扎花机以提高其温度差,强化传热效果。但是增加生蒸汽的消耗量。
E对料液起加热杀菌作用,有利于食品保藏。