1、食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备食品工厂机械与设备第八章 浓缩和干燥设备食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备第八章 浓缩和干燥机械与设备l浓缩与食品加工l食品工业中的浓缩设备第一节真空蒸发浓缩设备第二节冷冻浓缩设备第三节 真空干燥设备第四节 喷雾干燥设备第五节 沸腾干燥设备第六节 冷冻干燥设备食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l浓缩与食品加工 浓缩是除去食品料液中部分水分的单元操作，在食品加工中有着重要的地位。例如鲜乳、果蔬榨取得到的原汁、植物性提取液（如咖啡、茶）、生物处理（酶解、发酵）分离液等均含有大量的水分，为便于运输、贮存、后续加工以及方便使用等，往往需要进行浓缩。食品工厂机械与设备第
2、八章 浓缩设备l食品工业的浓缩设备 食品浓缩可以采用真空蒸发浓缩设备、冷冻浓缩设备和膜浓缩设备等。目前，食品工业使用最广泛的浓缩设备是真空蒸发浓缩设备。冷冻浓缩设备对于含热敏性和挥发性成分料液的浓缩有很大吸引力。膜浓缩设备本质上是膜分离设备。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l干燥在食品工业中的地位干燥在食品工业中有着很重要的地位。干燥可以起到减小食品体积和重量从而降低贮运成本、提高食品保藏稳定性，以及改善和提高食品风味和食用方便性等作用。从液态到固态的各种食品物料均可以干燥成适当的干制品。例如，牛乳、蛋液、豆乳通过喷雾干燥可以得到乳粉、蛋粉和豆奶粉；蔬菜水果通过热风干燥可以得到脱水蔬菜和水果
3、。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l干燥操作与设备n干燥是在物料内部的溶剂（水）借助于分子扩散作用从固相物料溶质相对完全除去的一个过程。n完成干燥任务的机械设备通常是由多台装置构成的系统，但往往称为干燥机或干燥器。例如，喷雾干燥系统称为喷雾干燥器，冷冻干燥设备系统称为冷冻干燥机或冷冻干燥器等。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备第一节 真空蒸发浓缩设备l 真空蒸发浓缩设备主要由蒸发器、冷凝器及真空系统等构成。具体形式较多，主要差异表现在蒸发器的形式和效数、二次蒸汽利用以及操作连续性等方面。l 真空蒸发浓缩设备特点一、蒸发器二、真空蒸发浓缩系统的辅助设备三、典型真空浓缩系统食品工厂机械与设备第八
4、章 浓缩设备l 真空蒸发浓缩设备特点优点：（1）在真空状态下料液的沸点降低，加速了水分蒸发，避免了料液的高温处理，适合于处理热敏性物料。（2）热源可以采用低压蒸汽或废热蒸汽。（3）由于料液的沸点较低，使浓缩设备的热损失减少。（4）对料液起加热杀菌作用，有利于食品的保藏。缺点：（1）须有抽真空系统，从而增加附属机械设备及动力。（2）由于蒸发潜热随沸点降低而增大，所以热能消耗大。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备一、蒸发器（一）夹套式蒸发器（二）盘管式蒸发器（三）外加热式蒸发器（四）长管式蒸发器（五）刮板式蒸发器（六）板式蒸发器（七）离心薄膜蒸发器l 蒸发器是真空蒸发浓缩系统的主体，由加热室与分离
5、室两部分构成，食品料液在此受到加热发生汽化，产生浓缩液和二次蒸汽。l 食品物料蒸发浓缩往往需要考虑其热敏性、结垢性、发泡性、结晶性、黏滞性等特点，要求的浓缩程度也不一致，因此蒸发器有多种形式。l 蒸发器的分类食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l蒸发器的分类 蒸发器按料液流程可分为循环式（有自然循环式与强制循环式之分）和单程式；按加热器结构可分为夹套式、盘管式、中央循环管式、升膜式、降膜式、片式、刮板式、离心外加热式浓缩器等。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备（一）夹套式蒸发器l 又称为搅拌式真空浓缩锅，属于间歇式中小型食品浓缩设备。l 主要由圆筒形夹套壳体、犁刀式搅拌器、汽液分离器等组成。l
6、被浓缩的料液投入锅内，通过供入夹套内的蒸汽进行加热，在搅拌器的强制性翻动下，料液形成对流而受到较为均匀的加热，并释放出二次蒸汽。二次蒸汽从上部抽出。l 夹套式蒸发器的特点食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l夹套式蒸发器的特点 这种蒸发器的加热面积小，料液温度不均衡，加热时间长，料液通道宽，通过强制搅拌加强了加热器表面料液的流动，减少了加热死角，适宜于果酱、炼乳等高黏度料液的浓缩。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备（二）盘管式蒸发器l结构l工作过程l特点食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l结构 主要由盘管加热器、蒸发室、泡沫捕集器、进出料阀及各种控制仪表所组成。锅体为立式圆筒密闭结构，上部空间为
7、蒸发室，下部空间为加热室。泡沫捕集器为离心式，安装于浓缩锅的上部外侧。泡沫捕集器中心立管与真空系统连接。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备n加热室 加热室设有35组加热盘管，分层排列，每盘13圈，各组盘管分别装有可单独操作的加热蒸汽进口及冷凝水出口，进出口布置有两种。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l工作过程 操作时，先加入物料，待料液浸没盘管后，自下而上打开蒸汽阀门。在浓缩时应当控制好进料量，并与蒸发速度相等，保持一定的液位。操作过程中，不得往露出液面的盘管内通蒸汽，只有液料淹没后才能通蒸汽。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l盘管式蒸发器的特点 优点：结构简单、制造方便、操作稳定、易于控
8、制；盘管为扁圆形截面，液料流动阻力小，通道大，适于黏度较高的液料；由于加热管较短，管壁温度均匀，冷凝水能及时排除，传热面利用率较高；便于根据料液的液面高度独立控制各层盘管内加热蒸汽通断及其压力，以满足生产或操作的需要。缺点：传热面积小，液料对流循环差，易结垢；料液受热时间长，在一定程度上对产品质量有影响。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备（三）外加热式蒸发器l分类l操作过程l优缺点l用途食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l分类 外加热式蒸发器的特征是加热室和分离室分开。根据物料在加热室与分离室间循环的方式，可分为强制循环式和自然循环式两种。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备强制循环外蒸发器，主
9、要由列管式加热器、分离室和循环泵等构成。需要指出的是，这种蒸发器的加热器，除了如图中所示可水平安装以外，还可以垂直安装或倾斜安装。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备 自然循环外蒸发器。除无循环泵以外，基本构成与强制循环式相同。但加热室只能垂直安装。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l操作过程 两种外加热式蒸发器均可以连续方式操作，也可以间歇方式操作。连续操作时，最初的一段时间为非稳定期，这时不出料，当循环内料液浓度达到预定浓度时，通过离心泵抽吸出料。自然循环蒸发器，也可在浓缩液出口处加接管与出料离心泵相连。间歇操作时，最终出料的体积不得小于加热室与分离室最少能循环的容积。食品工厂机械与设备第八
10、章 浓缩设备l优缺点 优点：蒸发器的加热室与分离室分开后，可调节两者之间的距离和循环速度，使料液在加热室中不沸腾，而恰在高出加热管顶端处沸腾，加热管不易被析出的晶体所堵塞；此外，还可以由几个加热室合用一个分离室，提高了操作的灵活性；自然循环外加热式蒸发器的循环速度较大，可达1.5 m/s，而用泵强制循环的蒸发器，循环速度还要大；这种蒸发器的检修、清洗也较方便。缺点：溶液反复循环，在设备中平均停留时间较长，对热敏性物料不利。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l用途这种蒸发器可用于对热敏性和风味成分保留要求不高的产品浓缩，如用于喷雾干燥前牛乳和蛋白水解液等的浓缩。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备
11、（四）长管式蒸发器l对热敏性成分保留有较严要求的产品，应当采用单程式蒸发器，料液只通过其加热室一次即达到需要的浓度。l一般结构特点与类型升膜式蒸发器降膜式蒸发器食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l一般结构特点与类型 长管式蒸发器一般采用内径2550mm，长径比为100150 的长管制成。由于长径比大，单位体积料液的受热面积较大，因而，料液进入加热器后很快汽化而使浓缩液呈膜状在管内移动，因此这种蒸发器也是典型的膜式蒸发器。长管式蒸发器可以分为升膜式、降膜式和升降膜式蒸发器(图8.5)。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备1.升膜式蒸发器l 蒸汽由加热器上部引入，而
12、物料由下部进入，因此蒸汽与物料在加热器内呈逆流。l 由于从下面进料，所以为防止静压效应引起的沸点升高，进入蒸发器的料液温度应控制在接近沸点。l 工作过程l 特点食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l工作过程 预热后接近沸点的料液从加热室底部进入，自下而上流动。在加热作用和减压状态下，部分料液迅速气化，产生二次蒸汽，并以80200m/s的速度带动浓缩液沿管内壁成膜状上升。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l工作过程在加热室顶部，达到所需浓度的浓缩液与二次蒸汽的混合物，以较高的速度进入分离室，在离心力作用下两者产生分离，浓缩液从分离室底部排出，二次蒸汽则从顶部排出。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备
13、l特点 优点：料液在加热室内停留时间很短，传热系数高，适用于热敏性料液浓缩；高速二次蒸汽具有良好的破沫作用，故尤其适用于易起泡沫的料液。缺点：一次浓缩比不够大，因此一般组成双效或多效流程使用；由于薄膜料液的上升必须克服自身重力与管壁的摩擦阻力，故不适用于处理高黏度、易结垢或易结晶的溶液。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备降膜式蒸发器l 分离室位于加热室的下方。加热室项部有布膜器（又称料液分布器），其作用是使料液在加热管内均匀成膜并阻止二次蒸汽上升。l 工作过程l 特点 食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l料液布膜器 这种蒸发器操作关键是使料液在加热管内均匀布膜。图8.6为几种常用的布膜器。图中
14、（1）的导流管是有螺旋形沟槽的圆柱体；（2）的导流管下端锥体端面向内凹入，以免液体再向中央聚集；（3）是利用加热管上端管口的齿缝来分流液体；（4）是靠管子上端的旋液器分流液体。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l工作过程 液体在重力作用下经料液分布器进入加热管，然后沿管内壁成液膜状向下流动，由于单位体积料液的受热面积大，所以料液很快沸腾汽化，又由于向下加速，克服的流动阻力比升膜式小，产生的二次蒸汽能以很高的速度带动料液下降，所以传热效果好。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l工作过程 汽液混合物进入蒸发分离室进行分离，二次蒸汽由分离室顶部排出，浓缩液则由底部抽出。降膜式的料液经蒸发后，流下的液
15、体基本达到需要的浓度。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l特点（1）加热蒸汽与料液呈并流方式。（2）蒸发时间短，为单流型，适用于热敏性料液浓缩。（3）不适于高黏度的料液浓缩。（4）大多以双效或多效形式组成蒸发设备，以提高浓缩比。（5）不适用于处理易结晶或易结垢的溶液。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备（五）刮板式蒸发器l 也称刮板式薄膜蒸发器，是利用外加动力的膜式蒸发器。l 结构l 特点食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l结构主体由刮板式加热器与分离室构成。分离室与加热器制成一体，在加热室与分离室的分界面处设浓缩料液引出口，二次蒸汽则自分离室引出。分离室也可与加热室分开，如右图所示。浓缩液与二
16、次蒸汽一起流入分离室，在此浓缩液从底部流出，而二次蒸汽则从左上侧引出。根据刮板加热器轴线的取向，这种加热器有立式和卧式两种类型，但以立式为多。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l特点 优点：处理黏度高达50100Pas的黏性料液时仍能保持较高的传热速率。故特别适用于浓缩糖含量高、蛋白含量高的物料，如鸡蛋、蜂蜜和麦芽汁等料液。缺点：设备加工精度要求高，生产能力小。因而一般用于后道浓缩。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备二、真空蒸发浓缩系统的辅助设备l 真空蒸发浓缩系统的主要设备是真空蒸发浓缩系统的主要设备是蒸发器蒸发器，但它必须与适当的附属设备配，但它必须与适当的附属设备配合，才能在真空状态下对
17、料液进行正常的蒸发浓缩操作。合，才能在真空状态下对料液进行正常的蒸发浓缩操作。l 真空蒸发浓缩系统的辅助设备通常有真空蒸发浓缩系统的辅助设备通常有进料缸、物料泵、冷凝器、真空泵、进料缸、物料泵、冷凝器、真空泵、蒸汽再压缩泵蒸汽再压缩泵等。蒸发器与这些辅助设备进行适当的配合，可以得到不等。蒸发器与这些辅助设备进行适当的配合，可以得到不同形式的真空蒸发浓缩系统。同形式的真空蒸发浓缩系统。（一）进料缸（一）进料缸（二）泵（二）泵（三）冷凝器（三）冷凝器（四）间接式换热器（四）间接式换热器食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备（一）进料缸l 进料缸用于稀料液的缓冲暂存。稀料液通过进料管进入缸体。缸内的液位
18、由浮球阀控制维持相对稳定。系统浓缩液的输出一般装有支路，当浓度达不到要求时由此支路管回流到进料缸，重新与稀料液混合后再进行蒸发浓缩。另外当浓缩操作结束后，进料缸通入清水后也可作为就地清洗的清水缸用。l 进料缸与蒸发器之间一般利用管路连接就可进料，前提是必须克服料液流动阻力，否则需加泵，例如对于升膜式蒸发器，系统的真空度不足使料液引入到蒸发器的顶部，因此必须由泵提供动力。l 加工过程简单的生产线，尤其是产量不大的间歇式生产线，不一定设进料缸，可直接将前道工序的料罐作为进料缸用。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备浮球阀浮球阀食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备（二）泵真空蒸发系统中所用的泵有以下三类
19、：物料泵 冷凝水排除泵1.真空泵 食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备物料泵l 真空蒸发浓缩系统处于负压状态，因此，连续蒸发操作时，浓缩液的出料一般要用泵抽吸完成。l 所用的泵可以用离心泵。l 除了强制循环式蒸发器中的循环泵以外，多效蒸发系统中，上一效蒸发器出来的浓缩液进入下一效蒸发器，一般也须用泵输送。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备冷凝水排除泵l 此类泵用于排除负压状态加热器中加热蒸汽产生的冷凝水。l 当蒸发器的加热器与真空系统相连，进入加热器的蒸汽（生蒸汽、二次蒸汽或两者的混合物）均可通过适当形式的调节控制，成为负压状态（负压状态的蒸汽对应的温度低于100）。此时加热器的冷凝水也为负压，
20、必须通过离心泵抽吸才能排出加热器。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备真空泵l 真空泵为蒸发系统提供所需的真空度。l 通常采用的真空泵形式有往复式真空泵、水环式真空泵、蒸汽喷射泵和水力喷射泵等。l 真空泵的另一个作用是排除系统中产生的不凝性气体。系统的不凝性气体主要来自二次蒸汽，直接式冷凝器用的冷却水也夹带不凝性气体。因此，除了与冷凝器相连接以外，真空泵还与再利用二次蒸汽作加热剂的加热器相连。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备（三）冷凝器l 作用:对系统产生的二次蒸汽冷凝，同时使其中的不凝结气体分离，以减轻后面真空系统的负荷，维持系统所要求的真空度。l 冷凝器一般以水为冷却介质，对于以水为溶剂的
21、料液，真空蒸发系统中多采用直接式（混合式）冷凝器。而对于需要回收芳香成分的料液，则需要采用间接式冷凝器。对于含有机溶剂的料液（如乙醇提取液），为了回收有机溶剂，也需要采用间接式冷凝器。l 无论是间接式还是直接式冷凝器，均有不凝性气体排出口与真空泵相连。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备（四）间接式换热器l 间接式热交换器对稀料液进行杀菌或预热，这种热交换器可由生蒸汽也可以用二次蒸汽加热。l 这些换热器可以为单程列管式换热器，单独用生蒸汽加热；l 或与蒸发器的列管式换热器并联，用相同的负压蒸汽进行加热；l 还可以盘管状结构通过蒸发器列管式加热器的壳体。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备第二节 冷
22、冻浓缩设备l一般情形l冷冻浓缩的特点l冷冻浓缩相关设备一、冷却结晶设备二、冰与浓缩液的分离设备三、冷冻浓缩设备的装置系统食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l冷冻浓缩的一般情形 冷冻浓缩是使溶液中的一部分水以冰的形式析出，并将其从液相中分离出去，从而使溶液浓缩的方法。冷冻浓缩特别有利于热敏性食品的浓缩，具有以下优点：低温操作、气液界面小、微生物增殖少、溶质劣化及挥发性芳香成分损失可控制在极低的水平等。浓缩的制品或直接作为成品，或作为冷冻干燥过程中的半成品使用。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l冷冻浓缩的特点 优点：由于是在低温下对溶液的浓缩，因而，对热敏性物料，尤其是食品物料的浓缩非常有利；冷
23、冻浓缩中溶剂水的排除不是通过加热蒸发，而是依靠从溶液到冰晶的相际传递，因此，可避免低沸点的芳香物质成分因挥发造成的损失。缺点：浓缩比较低；晶液的分离技术要求高，且溶液的黏度越大，分离越困难，冰晶的夹带损失也越大；成品中的微生物活性未能受到抑制，加工后仍需采用加热等后处理或需要冷冻贮藏；生产成本较高。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l冷冻浓缩相关设备冷冻浓缩主要包括料液冷却结晶和冰晶与浓缩液分离两步，因而冷冻浓缩设备主要也由冷却结晶设备和冰晶悬浮液分离设备两大部分组成。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备一、冷却结晶设备l 冷冻浓缩中的冷却结晶设备实现两个功能：冷却除去结晶热和进行结晶。l 根据
24、冷却方法可分为直接冷却式结晶器和间接冷却式结晶器，间接式又可分为内冷式结晶器与外冷式结晶器。（一）直接冷却式真空结晶器（二）内冷式结晶器（三）外冷式结晶器食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备（一）直接冷却式真空结晶器l 直接冷却式结晶是指结晶热直接由溶液中发生汽化相变为另一部分物质带走的结晶方法。发生汽化的物质可以是水，也可以是制冷剂。l 部分水真空蒸发的结晶器 l 直接冷却式真空结晶器的特点 l 应用举例食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l部分水真空蒸发的结晶器工作原理：真空状态下部分水分从溶液中吸收热量发生汽化，而溶液中另一部分水则因热量的除去而结晶成冰。这种部分水汽化，部分水结冰的过程基本
25、可使体系的温度保持稳定。例如，在绝对压力 267Pa直接冷却式结晶器中，溶液所对应的沸腾约为-3，此时每蒸发掉1kg水需要吸收的蒸发潜热可使7.14kg的水结晶成冰。直接冷却比间接冷却有两大明显的优点。首先，它省掉了冷却面，不用昂贵的刮板式换热器。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l直接冷却式真空结晶器的特点 设备费和能耗相对较低。由于减压蒸发时，芳香物也损失了，以致浓缩液质量较差。对于多数果汁，如果能用吸收器吸收芳香物，就能减少芳香物的损失。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l应用举例图8.16为一种具有芳香物回收的真空结晶装置。料液进入真空结晶器后，在267Pa绝对压强下部分蒸发，部分水分
26、成为冰晶。从结晶器出来的冰晶悬浮液经分离器分离后，冰晶排出，浓缩液从顶部进入吸收器。而从真空结晶器出来的带芳香物的蒸汽先经冷凝器除去水分后，从底部进入吸收器。在吸收器内，浓缩液与芳香物的惰性气体逆流流动，芳香物被浓缩液吸收，然后惰性气体由吸收器顶部排出，而吸收了芳香物的浓缩液从吸收器底部排出。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备（二）内冷式结晶器这类结晶器有两种：l产生几乎完全固化悬浮液的结晶器l产生可泵送浆料的结晶器 食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l产生几乎完全固化悬浮液的结晶器这种结晶器中，没有搅拌的液体与冷却壁面相接触，直至水分几乎完全固化，所以在原理上它属于层状冻结。冻结的晶体成片状
27、或“雪”状，然后用机械方法除去。在这种结晶器中，即使非常稀的溶液也能一步浓缩至40浓度的浓缩液，甚至还可能更高。但是由于冰晶非常薄，浓缩液与冰晶的分离比较困难。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l产生可泵送浆料的结晶器（悬浮结晶法）这种结晶器产生可泵送的悬浮液，在冷冻浓缩中多数结晶器属于这种。典型的设备中，晶体悬浮液在冷却结晶器中仅停留几分钟。由于停留时间短，故晶体非常小（50m）。刮板式换热器是典型的产生可泵送冰晶悬浮液的结晶器。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备二、冰与浓缩液的分离设备 用于冷冻浓缩的冰与浓缩液的分离设备有压榨机、过滤式离心机、洗涤塔，以及这些设备组合形式等。（一）压榨机（
28、二）离心机（三）洗涤塔（四）压榨机与洗涤塔的组合食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备（一）压榨机l常用液压活塞式压榨机和螺旋式压榨机。l采用压榨机分离，可溶性固体的损失量取决于已压缩冰饼中夹带的浓液量。冰饼中的夹带量与压榨机采用的压力有关，例如在1MPa压力下，每千克冰中大致留附0.65kg液体,而在10MPa压力下并且压缩时间较长时，则每千克冰中留附量可减少至0.1kg。l由于压榨法导致较多的可溶性固体损失，所以这种分离方法只用于作前期分离，为冰与溶液的最后完全分离提供冰含量较高的浆料。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备（二）离心机l 冷冻浓缩中使用的离心机是过滤式离心机。l 分离时的溶质损失
29、取决于晶体大小和液体黏度。l 离心机分离的缺点是当液体从滤饼中流出时，芳香物质将受到损失，这是液体与大量空气密切接触所致。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备第三节 真空干燥设备真空干燥的特点：真空干燥的特点：（1）物料在干燥过程中的温度低，避免过热。水分容易蒸发，干燥时间短，同时可使用物料形成多孔状组织，产品的溶解性，复水性，色泽和口感较好。（2）能将物料干燥到很低的水分。（3）可用较少的热能，得到较高的干燥速率，热量利用经济。（4）适用性强，对不同性质，不同状态的物料，均能适应。（5）与热风干燥相比，真空干燥的控制能达到较高的精确要求，然而设备投资和动力消耗较大，产量较低。食品工厂机械与设备
30、第八章 浓缩设备真空干燥设备真空干燥设备的主要组件（1）真空室是物料干燥场所，真空室的高度和体积是物料干燥量的限制因素。（2）供热系统。真空室通常装有放物料用的搁板或其它撑物，这些搁板用电热或循环液体加热。（3）真空系统是指真空的获得和维持的装置，包括泵和管道，安装在真空室的外面。（4）冷凝器是收集水蒸汽用的设备，可装在真空室外并且还必须装在真空泵前以免水蒸汽进入泵内造成污损，用蒸汽喷射泵抽真空时，它不但从真空室内抽出空气而且还同时将带出的水蒸汽冷凝，因而一般不再需要装冷凝器。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备真空干燥设备（1）间歇式真空干燥 搁板式真空干燥设备（2）连续式真空干燥 带式真空干
31、燥机食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备一、真空干燥箱l 主体是真空密封的干燥室，是一种间歇式干燥设备，适用于固体或热敏性、氧敏性液体食品物料。l 真空干燥箱结构l 真空干燥箱的壳体食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l真空干燥箱结构n 室内装有通加热剂的加热管、加室内装有通加热剂的加热管、加热板、夹套等，其间壁则形成盘热板、夹套等，其间壁则形成盘架。架。n 被干燥的被干燥的物料均匀地散放于由钢物料均匀地散放于由钢板或铝板制成的活动托盘中板或铝板制成的活动托盘中，托，托盘置于盘架上。盘置于盘架上。n 蒸汽等加热剂进入加热元件后，蒸汽等加热剂进入加热元件后，热量以传导方式经加热元件壁和热量以传导方式
32、经加热元件壁和托盘传给物料。托盘传给物料。n 盘架和干燥盘应尽可能做成表面盘架和干燥盘应尽可能做成表面平滑，以保证有良好的热接触。平滑，以保证有良好的热接触。干燥过程产生的水蒸气由连接管干燥过程产生的水蒸气由连接管导入混合冷凝器。导入混合冷凝器。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l 真空干燥箱的壳体可以为方形，也可以为圆筒形，真空干燥箱的壳体可以为方形，也可以为圆筒形，两种形式真空干燥机的外形如图两种形式真空干燥机的外形如图9.35所示。所示。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备真空干燥箱特点l 这种干燥机中，初期干燥速度很快，但当物料脱水收缩后，则由于物料与干燥盘的接触逐渐变差，传热速率也逐渐
33、下降。l 操作过程中，加热面温度需要严格控制，以免与干燥盘接触的物料局部过热。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备二、带式真空干燥机l 为连续式真空干燥设备，主要用于液状与浆状物料的干燥。l 干燥室一般为卧式封闭圆筒，内装钢带式输送机械。带式真空干燥机有单层和多层两种形式。l 单层带式真空干燥机l 多层带式真空干燥机l 特点食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备n由一连续的不锈钢带、加热由一连续的不锈钢带、加热滚筒、冷却滚筒、辐射元件、真滚筒、冷却滚筒、辐射元件、真空系统和加料装置等组成。供料空系统和加料装置等组成。供料口位于钢带下方，由一口位于钢带下方，由一供料滚筒供料滚筒不断将浆料涂布在钢带的表
34、面不断将浆料涂布在钢带的表面。涂在钢带上的浆料随钢带前移进涂在钢带上的浆料随钢带前移进入干燥器下方的红外线加热区。入干燥器下方的红外线加热区。l单层带式真空干燥机n受热的料层因内部产生的水蒸气而膨松成多孔状态，与加热滚筒接触前已具有受热的料层因内部产生的水蒸气而膨松成多孔状态，与加热滚筒接触前已具有膨松骨架。料层随后经过滚筒加热，再进入干燥上方的红外线区进行干燥。干燥至膨松骨架。料层随后经过滚筒加热，再进入干燥上方的红外线区进行干燥。干燥至符合水分含量要求的物料在绕过冷却滚筒时受到骤冷作用，料层变脆，再由符合水分含量要求的物料在绕过冷却滚筒时受到骤冷作用，料层变脆，再由刮刀刮刀刮刮下排出。下排
35、出。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备三层输送带，沿输送方向采用夹套式换热板，设置了两个加热区和一三层输送带，沿输送方向采用夹套式换热板，设置了两个加热区和一个冷却区域，个冷却区域，分别用蒸汽、热水、冷水进行加热和冷却分别用蒸汽、热水、冷水进行加热和冷却。根据原料性质。根据原料性质和干燥工艺要求，各段的加热温度可以调节。原料在输送带上边移动边和干燥工艺要求，各段的加热温度可以调节。原料在输送带上边移动边蒸发水分，干燥成为泡沫片状物品，冷却后，经粉碎机粉碎成为颗粒状蒸发水分，干燥成为泡沫片状物品，冷却后，经粉碎机粉碎成为颗粒状制品，最后由排出装置卸出。干燥产生的二次蒸汽和不凝性气体通过排制品，最
36、后由排出装置卸出。干燥产生的二次蒸汽和不凝性气体通过排气口，由冷凝和真空系统排出。气口，由冷凝和真空系统排出。l多层带式真空干燥机食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l特点 干燥时间短，约525min，能形成多孔状制品，物料在干燥过程中能避免混入异物，防止污染，可以直接干燥高浓度、高黏度的物料，并可简化工序，节约热量。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备第四节、喷雾干燥机喷雾干燥机是一种将液状物料通过雾化方式干燥成粉体的设备。许多粉状制品，如乳粉、蛋粉、豆乳粉、低聚糖粉、蛋白质水解物粉、微生物发酵物等都用喷雾干燥机生产。喷雾干燥机也是主要的微胶囊造粒设备之一。（一）喷雾干燥过程与特点(优点、缺点)
37、（二）基本构成与类型（三）雾化器（四）干燥室（五）喷雾干燥装置系统举例食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l工作原理工作原理雾化器出来的范围雾化器出来的范围10100 m的料液的料液雾滴，有雾滴，有巨大表面积巨大表面积，这些雾滴与进入干燥室，这些雾滴与进入干燥室的热气流接触，可在瞬间的热气流接触，可在瞬间(0.010.04s)发发生强烈的热交换和质交换（包括雾滴预热、恒生强烈的热交换和质交换（包括雾滴预热、恒速干燥和降速干燥三个阶段），使其中绝大部速干燥和降速干燥三个阶段），使其中绝大部分水分迅速蒸发气化并被干燥介质带走。只需分水分迅速蒸发气化并被干燥介质带走。只需1030s便可得到符合要求的干
38、燥产品。产便可得到符合要求的干燥产品。产品干燥后形成微细粉末，由于重力作用，大部品干燥后形成微细粉末，由于重力作用，大部分沉降于底部，少量微细粉末随废气进入粉尘分沉降于底部，少量微细粉末随废气进入粉尘回收装置得以回收。回收装置得以回收。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l喷雾干燥的主要优点（1）干燥速度快。（2）产品质量好。松脆空心颗粒产品具有良好的流动性、分散性和溶解性，并能很好地保持食品原有的色、香、味。（3）营养损失少。快速干燥大大减少了营养物质的损失，如牛乳粉加工中热敏性维生素C只损失5左右。因此，特别适合于易分解、变性的热敏性食品加工。（4）产品纯度高。喷雾干燥是在封闭的干燥室中进行
39、，既保证了卫生条件，又避免了粉尘飞扬，从而提高了产品纯度。（5）工艺较简单。料液经喷雾干燥后，可直接获得粉末状或微细的颗粒状产品。（6）生产率高。便于实现机械化、自动化生产，操作控制方便，适于连续化大规模生产，且操作人员少，劳动强度低。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l喷雾干燥的主要缺点（1）投资大。由于一般干燥室的水分蒸发强度仅能达到2.54.0kg(m3h)，故设备体积庞大，且雾化器、粉尘回收以及清洗装置等较复杂。（2）能耗大，热效率不高。一般情况下，热效率为3040%，若要提高热效率，可在不影响产品质量的前提下，尽量提高进风温度以及利用排风的余热来预热进风。另外，因废气中湿含量较高，为
40、降低产品中的水分含量，需耗用较多的空气量，从而增加了鼓风机的电能消耗与粉尘回收装置的负担。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l基本构成 系统基本构成，主要由雾化器、干燥室、粉尘分离器、进风机、空气加热器、排风机等构成。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l基本构成食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备干燥室是喷雾干燥机的核心，在此经雾化器雾化的料液滴与由进风机吸送来并经加热器加热的空气接触，迅速受热使水分气化而成为固体粒子，一部分大的落入器底、另一部分则随湿热空气一道进入粉尘回收装置分离成湿空气与粉尘。离开分离器的湿空气或者由排风机直接排入大气，或者部分进行余热回收，以提高干燥机的热效率。干燥机底和
41、分离器分离得到的干燥产品可以直接出料进行包装，也可经过一个粉体冷却器进一步冷却后再出料。l干燥室食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l喷雾干燥机的类型 形式较多，大体分类如表9-2所示。不同形式喷雾干燥机的主要区别在于雾化器、干燥室和加热介质回收利用程度等方面。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备 喷雾干燥机对加热介质利用的三种情形。开放式是指从干燥室机分离器出来的废气直接排向环境的干燥系统，食品工业用的喷雾干燥系统一般采用这种方式；封闭式是指从分离器出来的废气不直接排向环境而是经去湿处理后循环使用的干燥系统，用于湿料中含有不可排向环境的溶剂成分的物料的干燥，或者热风采用惰性气体的情况。半封闭式是
42、指部分利用湿热空气进行循环的干燥系统。这种系统可以提高热能效率，但同时增加了设备投资和操作的复杂性。l加热介质的利用食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备（三）雾化器雾化器也称喷雾器。常见的雾化器形式有三种，即压力式、离心式和气流式雾化器。1压力式雾化器2.离心式雾化器3气流式雾化器4三类雾化器比较食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备1压力式雾化器l 压力式雾化器实际上是一种喷雾头，装在一段直管上以后便构成所谓的喷枪。l 喷雾头(喷枪)需要与高压泵配合才能工作。一般使用的高压泵为三柱塞泵。l 压力式雾化器的工作原理l 压力式雾化器的结构形式l 由于单个压力式喷雾头的流量(生产能力)有限，因此，大型压
43、力式喷雾干燥机通常由多支喷枪一起并联工作。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l压力式雾化器的工作原理压力式雾化器的工作原理是高压泵使料液获得高压(720MPa)，从喷雾头出来时，由于压力大，喷孔小(0.51.5mm)，很快雾化成雾滴。料液的雾化分散度取决于喷嘴的结构、料液的流出速度和压力、料液的物理性质(表面张力、黏度、密度等)。l压力式雾化器的结构形式有多种，常见的有M型、S型等，M型喷头的结构如(1)所示，其中喷嘴是易磨件，它的材料可由不锈钢也可用耐磨性的材料(如红宝石)制成，两者的使用期分别为1周和1年左右。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备2.离心式雾化器l离心式雾化器由机械驱动或气流
44、驱动装置与喷雾转盘结合而成。l机械式离心雾化器的外形及结构l离心式雾化的机理食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备机械驱动机械驱动食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备转盘是离心雾化转盘是离心雾化器的关键部件，形器的关键部件，形式有多种，图式有多种，图9.26所示为一些所示为一些离心喷雾转盘的实离心喷雾转盘的实物。物。雾化器食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l离心式雾化的机理离心式雾化的机理是借助高速转盘产生离心力，将料液高速甩出成薄膜、细丝，并受到腔体空气的摩擦和撕裂作用而雾化，图9.25所示为离心雾化的情形。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备3气流式雾化器 气流式雾化器是依靠高速气流工作的雾化器。
45、雾化原理是利用料液在喷嘴出口处与高速运动(一般为200300m/s)的空气相遇，由于料液速度小，而气流速度大，两者存在相当大速度差，从而液膜被拉成丝状，然后分裂成细小的雾滴。雾滴大小取决于两相速度差和料液黏度，相对速度差越大，料液黏度越小，则雾滴越细。料液的分散度取决于气体的喷射速度、料液和气体的物理性质、雾化器的几何尺寸以及气料流量之比。图9.27所示为气流式雾化的实际情形。气流式雾化器的结构有多种，常见的有二流式、三流式、四流式和旋转式，其结构如图9.28所示。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备4三类雾化器比较l 三类雾化
46、器各有特点，见表9-3。l 在选型时，需考虑生产要求、待处理物料的性质及工厂等诸方面具体情况。l 国内外食品工业大规模生产时都采用压力喷雾和离心喷雾。l 目前国内以压力喷雾占多数，如在乳粉和蛋粉生产中，压力喷雾占76%，离心喷雾占24%。l 国外在欧洲以离心喷雾为主，而在美国、新西兰、澳大利亚、日本等国则以压力喷雾为主。气流式由于动力消耗大，适用于小型设备，而在食品工业中，很少在大规模生产中应用。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备（四）干燥室l 干燥室结构l 结构形式 厢式干燥室 塔式干燥室 热气流与雾滴流向食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l结构形式喷雾干燥
47、室分为厢式和塔式两大类，每类干燥室由于处理物料、受热温度、热风进入和出料方式等的不同，结构形式又有多种。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l干燥室结构n 干燥室是喷雾干燥的主体设备，雾化后的液滴在干燥室内与干燥介质相互接触进行传热传质而达到干制品的水分要求。n 其内部装有雾化器、热风分配器及出料装置等，并开有进、排气口、出料口及人孔、视孔、灯孔等。n 为了节能和防止(带有雾滴和粉末的)热湿空气在器壁结露和出于节能考虑，喷雾干燥室壁均由双层结构夹保温层构成，并且内层一般为不锈钢板制成。n 另外，为了尽量避免粉末黏附于器壁，一般干燥室的壳体上还安装有使黏粉抖落的振动装置。食品工厂机械与设备第八章
48、浓缩设备1厢式干燥室l又称卧式干燥室，用于水平方向的压力喷雾干燥。l厢式干燥室用于食品干燥时应内衬不锈钢板，室底一般采用瓷砖或不锈钢板。干燥室的室底应有良好的保温层，以免干粉积露回潮。干燥室壳壁也必须用绝热材料来保温。通常厢式干燥室的后段有净化尾气用的布袋过滤器，并将引风机安装在袋滤器的上方。l由于气流方向与重力方向垂直，雾滴在干燥室内行程较短，接触时间也短，且不均一，所以产品的水分含量不均匀；此外，从卧式干燥室底部卸料也较困难，所以新型喷雾干燥设备几乎都采用塔式结构。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备2塔式干燥室l常称为干燥塔，新型喷雾干燥设备几乎都用塔式结构。l干燥塔的底部有锥形底、平底和
49、斜底三种，食品工业中常采用前者。l对于吸湿性较强且有热塑性的物料，往往会造成干粉黏壁成团的现象，且不易回收，必须具有塔壁冷却措施。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l三种常用于塔壁冷却的方法（1）由塔的圆柱体下部切线方向进入冷空气扫过塔壁。（2）设冷却用夹套。冷空气由圆柱体上部夹套进入，并由锥底夹套排出。（3）沿塔内壁安装旋转空气清扫器，通冷空气进行冷却。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备3热气流与雾滴流向喷雾干燥室内热气流与雾滴的流动方向，直接关系到产品质量以及粉末回收装置的负荷等问题。各型喷雾干燥设备中，热气流与雾滴的流动方向有并流、逆流及混流三类。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l并流
50、型喷雾干燥器n并流操作时由于热空气与雾滴以相同的方向运动，与干粉接触时的温度最低，因而目前在食品工业中，如乳粉、蛋粉、果汁粉等的生产，大多数均采用并流操作，其它两种操作则较少采用。n并流式可分为水平、垂直下降和垂直上升式三种。n热风先与料液雾滴接触，室内温度剧降，不会使干燥物料受热过度，可采用较高的进风温度，适宜于热敏性物料的干燥。食品工厂机械与设备第八章 浓缩设备l逆流型喷雾干燥器 热风自干燥室的底部上升，料液从顶部喷洒而下。物料在干燥室内悬浮时间较长，适宜于含水量高的物料干燥。在这种操作中，已干制品与高温气体相接触，因而不可能用于热敏性物料的干燥。由于废气由顶部排出，为了减少未干雾滴被废气
