第五章 真空浓缩设备
第一节 分类、选择及操作流程
? 生产原料含有:
–大量水分 (约 75%以上 )
–营养物质
–原有色、香、味
? 提高浓度进行浓缩
? 发展方向低温、快速、连续
1.浓缩 (蒸发 )基本概念
? 浓缩 蒸发用加热方法, 使溶液中部分溶剂
汽化除去, 以提高溶质浓度, 为溶质析出
创造条件, 是挥发性溶剂与不挥发性溶质
分离的物理操作过程
? 浓缩 蒸发目的:
– 是除去部分水分, 减少重量与体积, 使成品利
于保藏
? 蒸发习惯上也称浓缩
– 蒸发指溶液中溶剂减少的过程
– 浓缩系指溶液中溶质增加的过程
2.蒸发产生二次蒸汽利用次数
? 加热蒸汽利用一次, 即将物料加热产生
二次蒸汽排除掉, 不利用它的热量, 用
冷凝方法, 将热量冷凝成冷凝水, 称单
效蒸发
? 将物料加热产生二次蒸汽通入另一压强
更低蒸发设备作为加热蒸汽, 并将多个
这样蒸发器串联起来, 称多效蒸发
? 二次蒸汽不是用作下一蒸发设备热源,
而作其它用途, 称二次蒸汽为额外蒸汽
3.真空蒸发优点:
? (1)真空蒸发可降低料液的沸腾 (点 )
温度
– 牛奶在 真空度为 625mmHg柱时,沸点
仅 56.7℃
–牛奶是热敏感性很大的溶液,降低沸
腾温度可提高产品 质量
? (2)沸点降低可提高加热蒸汽和溶液之
间的温度差,增大了单位传热面积上
单位时间的传热量,加快了蒸发过程
? 或对同一传热量,同一个蒸发速度,
可减少蒸发设备加热面积
? 常压下牛奶 沸点为 101.5℃,若加热蒸汽
1kg/cm2(表压 ),查饱和蒸汽表 (绝对压力 2大
气压 )加热蒸汽温度为 120℃,则加热蒸汽和
牛奶之间温差△ t= 120- 101.5= 18.5℃
? 在真空度为 667.5mmHg柱时,牛奶沸点为
50℃,其温差△ t= 120- 50= 70℃
? 真空度越高,沸点降低越多,温差△ t增大
? 同理,加热蒸汽压力愈高,温差也增大,
但对热敏感性物料,不采用高压蒸汽加热
? (3)沸点降低,可使传热面上结焦现象减
少,使设备运转时间加长而不需新洗刷,
可提高设备利用率,为连续生产创造条件
? (4)真空蒸发为二次蒸汽利用创造了条件
– 二效真空度比一效更高,沸点更低,使二次
蒸汽与二效蒸发温度有足够温差,可用双效、
多效或配热泵蒸发,从而节省燃料或蒸汽耗

4.真空蒸发缺点:
? (1)需增加一系列抽真空设备,消耗大量冷
却水,多消耗能量
? (2)真空蒸发使溶液沸点降低
– 溶液的蒸发潜热 (汽化潜热 )随沸点降低而增大,
即在减压下蒸发 1kg水需热量比在常压下高
– 显热减少,总热量还是少的
– 热量消耗大
第一节 分类、选择及操作流程
? 一, 分类:
? 按二次蒸汽利用次数分:单效, 多效和带
热压泵式
– 单效蒸发 ——加热蒸发只被利用一次, 料液水分
蒸发产生的二次蒸汽不再利用, 通常蒸发 1kg水
分需 1.1—1.2kg蒸汽
– 多效蒸发 ——加热蒸汽被利用多次, 即下一效
的加热室即为前效二次蒸汽的冷凝室, 一般双
效节省蒸汽 50%, 三效节省 67%
– 带热压泵式蒸发 (也称热压缩器 )——是将前效产
生二次蒸汽压缩, 提高其压力和温度, 提高热
效率 。 单效带热压泵蒸发设备蒸汽消耗量为
0.6—0.7kg蒸汽 /kg水分
? 按料液流程分:
– 循环式
?自然循环式 ——靠重力
?强制循环式 ——采用机械作用如泵等
– 单程式 ——物料在加热面处只通过一次,
即可达到浓度要求,对热敏感性物料可
提高质量
? 按加热器结构型式分:
– 盘管式
– 中央循环列管式
– 降膜式、升膜式
– 片式、刮板式
– 外加热式等
? 按蒸发时物料在传热面上的状态分
– 膜式
– 非膜式
二、选择与要求
? 食品溶液性质的多种多样性
? (1)结垢性:加热浓缩时, 加热面上会生成
垢层, 增加热阻, 降低传热效率, 严重时
使设备生产能力下降
? 垢层:定期清除
– 常用化学药品清洗
– 机械方法剥除
? 容易生成垢层料液, 选取流速较大的强制
循环或升膜式浓缩设备
? (2)结晶性:
– 有些溶液浓缩过程中,随浓度增加会有结晶析出,
沉积于加热面上,影响传热效果,严重会堵塞加
热管
– 这类料液,宜采用夹套和带搅拌的浓缩设备或强
制循环式浓缩器,以破坏结晶生成
? (3)粘滞性:
– 有些物料浓度增加,粘度也随之增加,使流速降
低,传热系数随之减少,生产能力低
– 对粘度较高料液,不选用自然循环式,可选强制
循环型,刮板式或膜式薄膜浓缩器
? (4)热敏性:
– 物料浓缩时,温度过高,使其色泽加深,降低产品
质量
– 对这类料液应采用停留时间短,蒸发温度低的设备,
一般选用各种薄膜式或真空度较高的浓缩器
? (5)发泡性:
– 有些溶液浓缩时会产生大量汽泡,泡沫易被二次蒸
汽带走,污染其他加热设备,增加产品损耗
– 考虑消除发泡,分离回收泡沫
– 采用强制循环式和长管薄膜浓缩器,提高料液在管
内流速,消除泡沫流失
? (6)腐蚀性:
– 酸度较高料液,浓缩设备须能抵抗腐蚀
– 使用不锈钢材料和采用各种防腐涂层材料钢材
三、真空浓缩装置操作流程
? 蒸发操作可在 常压 (大气压 )或 减压 (真
空 )下进行
? 工业上蒸发操作大部分是减压下进行
(一 )单效 真空浓缩装置流程
? 1.组成,一台浓缩锅、冷凝器及抽真
空装置组成
? 2,原理,料液进入浓缩锅后,加热蒸
汽对溶液加热浓缩,二次 蒸汽进入冷
凝器冷凝,不凝缩气体由真空装置抽
出,使整个装置处于真空状态
? 3.适用:可间歇或连续排出,在果酱
类生产中采用
? 加热蒸汽利
用一次,即
将产生的二
次蒸汽排除
掉,不利用
它的热量,
而用冷凝方
法,将热量
冷凝成冷凝

(二 )多效真空浓缩装置流程
? 将产生的二次蒸汽通入另一压强更低
的蒸发设备作为加热蒸汽
? 并将多个蒸发器串联起来使用
? 1.并流法
? 溶液与蒸汽的流动方向相同,均由第一效
顺序至末效
? 原料液由 Ⅰ 效到末效顺序流动,加热蒸汽
由 Ⅰ 效通入,产生二次蒸汽供 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效时,用浓酱泵输送,
Ⅱ 效的B罐浓缩用浓酱泵不断抽出
? A/ A型两效三罐番茄酱浓缩装置属于这种
类型,由两台中央循环管式蒸发器和一台
环管带夹套加热搅拌式蒸发器组成
? 2.逆流法:
? 蒸汽与溶液进入浓缩器的流向相反
? 原料液由末效进入,依次用泵送入前
一效,最终浓缩液,由第一效排出,
加热蒸汽从第一效通入,二次蒸汽顺
序通入各效以至末效
? 蒸发量 4吨/小时的双效番茄留浓缩装

? 3.平流法:
? 把原料液向每效加入,浓缩液自每效
放出方式进行操作,溶液在各效浓度
均相等,加热蒸汽从第一效流向末效
第二节 单效真空浓缩设备
? 在果酱及炼乳等生产过程中,大多采
用单效真空浓缩装置
一、中央循环管式 (标准式 )浓缩锅
? (一 )作用原理:
? 物料由沸腾管和
中央循环管所组
成的竖式管加热
面进行加热,由
于传热产生重度
差,形成自然循
环,将水分蒸发,
达到浓缩
? (二 )主要构造:
? 1.加热器体:
? 加热器和蒸发分离器两部分组成的一
个圆柱整体
? 加热器在下部,由沸腾加热管、中央
循环管和上下管板所组成的竖直式加
热管束,保证溶液充分加热和良好循

? 中央循环管:
– 直径 D= 200—500mm
–为总加热管束截面积的 40—100% ( 35—
40%)
? 沸腾加热管:
– 直径 ф25—ф75mm
–高度 0.6—2m
–管长与管径之比为 20—40
–材料为耐腐蚀的或不锈钢管
? A/ A型番茄酱浓缩装置的 Ⅰ 效及 Ⅱ 效
A罐浓缩锅:
? 中央循环管直径为 420毫米
? 加热管为 ф50毫米
? Ⅰ 效管长 1.1米,Ⅱ 效罐管长 0.8米
? 溶液在管内流动,加热蒸汽在管束间流动
? 为提高传热效率,在管间加若干挡板,或
抽去几排加热管,形成蒸汽通道
? 配合不凝结气体排出管的合理布置,有利
加热蒸汽均匀分配,加热器体外有不凝结
气体排出管,加热蒸汽管,冷凝水排出管
? 中央循环管与加热管一般采用胀管法或焊
接法固定在上下管板上,构成竖直式加热
管束
? 2,蒸发室:在加热室上部圆简体
? 溶液加热后汽化,须具备一定高度和
空间,使汽液分离
? 二次蒸汽上升,溶液经中央循环管下
降,保证溶液不断循环和浓缩
? 蒸发室高度决定于二次 蒸汽上升速度,
一般为加热管长度的 1.1—1.5 倍
二、盘管式浓缩锅
? 1.适合范围:粘度较高的真空单效浓缩装
置 (炼乳 )
? 2.主要构件:罐体内有盘管,管内通入加
热蒸汽,对管周围空间的料液进行加热浓

? 盘管有 4—5盘分层排列,每盘有 1—3圈,
每盘均有单独的蒸汽进口,用阀门控制蒸
汽的流量,有冷凝水排出口
? 由于管段较短,盘管中之温度较均匀
? 冷凝水排出及时,传热面利用率较高,盘
管之截面积多采用扁平椭圆形的截面,使
料液自然对流阻力小
? 浓缩锅开始操作时,应待牛奶浸没盘管,才能开
蒸汽阀门 (从下而上将已浸没之盘管的蒸汽阀先后
拧开 )
? 正常操作时,应控制进奶量,使其蒸发速度与进
奶量相等,保持罐内一定液位
? 加热蒸汽压力,采用 0.7—1大气压,过高,易发
生焦管现象
? 盘管总高度约占蒸发室高度的 40%,锅体为长圆
筒形,两端为椭圆形盖,锅体外焊接有加强围,
锅体分上下两段,中间用法兰连接
? 料液由锅体中部切线方向进入,浓缩底部排出,
二次蒸汽顶部排出
? 优点:
– 结构简单
– 操作方便
– 传热系数达 1279.3(瓦 /米 2)
? 缺点:
– 传热面积小、料液循环差
– 盘管表面易结垢
– 生产能力有限、不能连续操作
– 二次蒸汽利用率差,适用于中小型工厂
三、夹套加热室带搅拌单效浓缩装置
? 1.主要构件:
? 主要在下锅体外壁有一夹套,在夹套间通
入加热蒸汽,对锅内果酱进行浓缩
? 下锅体内横卧安装着搅拌器,以强化流动,
不断更新加热面外的料液,提高浓缩效果
和保证产量质量
? 浓缩锅组成:
–上锅体
–下锅体 ——安装有横卧着搅拌器,转速
10—20转 /分,搅拌器上有四个桨叶,桨
叶与加热面距离为 5—10毫米
? 产生二次蒸汽由水力喷射器进行抽出,
保证浓缩锅内达到预定真空度
? 操作开始时,先通人加热蒸汽于锅内
赶出空气,开动多级离心水泵,使水
力喷射器工作,产生锅内真空,当稀
果浆被吸入锅内,达到容量后,开启
蒸汽阀门和搅拌器,经浓缩,到所需
浓度,解除真空出料
? 主要优点:
–结构简单
–操作控制容易
? 缺点:
–加热面积小
–生产能力低
–不能连续生产