单效降膜式浓缩设备
(一)单效降膜式浓缩设备的结构
降膜式浓缩设备与升膜式浓缩设备一样,都属于自然循环的液模式浓缩设备。为了使料液能均匀分布于各管道,沿管内壁流下,在管的顶部或管内安装有降膜分配器,其结构形式有锯齿式、导流棒式、旋液导流式等多种。它与升膜式蒸发器一样,具有传热效率高和受热时间短的特点,适用于果汁及乳制品生产。但料液较难均匀地分布于管内。
它的结构与升膜式蒸发器大致相同,只是料液自蒸发器顶部加入,在顶部有料液分布器,使料液均匀地分布在每根加热管中。二次蒸汽与浓缩液一般并流而下,料液沿管内壁流下时因受二次蒸汽的作用使之成膜装。由于加热蒸汽与料液的温差较大,所以传热效果好。汽液进入蒸发室后进行分离,二次蒸汽由顶部排出,浓缩液则由底部抽出。
要使降膜蒸发器高效低操作,***关键的问题是能使料液均匀地分布于各加热管,不使之发生偏流。料液分布器的作用原理可分为3类:一是利用导流管(板)使料液均布;二是利用筛板或喷嘴使料液均布三是利用旋液喷头。
工业装置中通常采用的液体分布器有几种。(1)为筛孔板式,筛板一般采用二层;(2)为喷雾型分布器,料液经泵加压后再经喷嘴喷成均匀液滴;(3)为具有锯齿形缘口的导流管,四周有3~4个径向支脚,安放在每根加热管口上;(4)为一种带有2~3条螺旋沟槽的导流管,四周有一个环形支架,此环形支架面将管口盖蔽,料液沿螺旋沟槽均匀布于管内壁;(5)为一种典型的导流管,导流管下部扩大段的沿口直径与加热管内径相等,而且沿口加工成锯齿形,料液通过齿缝均布于管壁内;(6)为筛孔板与导流板相结合的形式;(7)为旋液式,料液经泵加压后进入旋流式分布器,利用离心力使料液均布于管的四周。
降膜式蒸发器一般为单流型,即料液一次通过加热管蒸发就基本上达到所需浓度,故管子要有足够的长度,才能保证传热效果,其长径比一般为100~250.若用泵也可成为循环式蒸发器。在食品工业中,降膜蒸发器大多组成双效、多效及热泵式的蒸发设备。
(二)典型设备生产流程
图6—12所示为我国由德国WIEGADN公司引进的单效降膜式真空浓缩设备流程图。
由于由加热室、分离室、热压泵(蒸汽喷射器)、物料泵、泠凝水泵、水环式真空泵、螺杆泵及贮料筒等组成。适用于牛乳浓缩。作业时鲜乳从贮料桶9经流量计进入分离器10,利用二次蒸汽间接加热、蒸发部分水分;然后由物料泵4送至加热器***部分列管顶部,通过分配器使乳液均匀地流入加热列管内,呈膜状向下流动、同时受热蒸发;经***部分列管加热蒸发的乳液,由物料泵5送入第二部分列管内进一步加热蒸发,达浓缩要求后由螺杆泵6送出。二次蒸汽进入分离室后,其中一部分由热压泵增压,送入加热室作热源。泠凝器安装在蒸发器壳体夹套中,部分二次蒸汽在冷凝器内冷凝,并与从加热器内吸入的冷凝水合在一起,用冷凝水泵7排出。
这种浓缩设备的主要技术参数:
水分蒸发量:800kg/h
进料量:1210kg/h(进料总乳固体含量25.65%)
生产率:410kg/h(出料总乳固体含量74%)
蒸汽耗量:465kg/h(蒸汽表压800kpa)
耗水量:水压0.3Mpa(表压)22℃,15m³/h
电机总功率:约10.4kW
本设备的特点是能量消耗少,操作稳定,清洗方便。
(三)单效降膜式浓缩设备的特点
(1)系为单程式浓缩设备,虽有物循环,由于利用液膜重力作为降膜,故能蒸发粘度较大的物料,物料的受热时间仅2min左右,故适合于热敏性物料的浓缩;
(2)物料在加热管表面形成膜状,传热系数高,并可避免泡沫的形成,受热均匀;
(3)采用热泵,热能经济,冷却水消耗量减少,但生蒸汽的稳定压力需要较高;
(4)每根加热管上端进口处,虽安有分配器,以期获得厚度一致的薄膜,但由于液位的变化,影响薄膜的形成及厚度的变化,甚至会使加热管表面暴露而结焦;
(5)利用二次蒸汽作为热源,由于其夹带微量的料液液滴,加热管外表面易生成污垢,影响传热;
(6)加热管长度较长,若结焦后清洗极为困难,不适宜于高浓度或粘稠性物料的浓缩;
(7)生产过程中,不能随意中断生产,否则易结垢或结焦。
(四)单效降膜式浓缩设备的操作
其操作方法与单效升膜式设备相似,具体操作程序如下:
(1) 开启真空泵及冷凝水排出泵,并输入冷却水;
(2) 开启进料泵,使料液自加热器顶部加入,党分离器切线口有料喷出时,即可开启加热蒸汽,必要时还需进行压气;
(3) 当蒸发一开始或正常操作后,开启热压泵,待浓度达到要求后,即可开始出料;
(4) 调整出料量,务使达到平衡,并调整生蒸汽的流量、冷却水的流量及温度,使参数均达到工艺要求。