§7-1 概 述
一、概念
1、濃縮  從溶液中除去部分溶劑的單元操作。
2、真空濃縮  在負(fù)壓下，以較低溫度進(jìn)行濃縮的單元操作。
3、加熱蒸汽（飽和蒸汽或生蒸汽）  乳及乳制品生產(chǎn)過程中濃縮所需要的不斷供給的熱量都是來自鍋爐房的飽和的水蒸汽。
4、二次蒸汽  物料中水分蒸發(fā)所形成的蒸汽。
5、不凝性氣體  相對(duì)于水蒸汽，在一定的壓力和溫度下不能被凝結(jié)的氣體，稱為不凝性氣體，一般是指空氣。
6、霧沫挾帶  對(duì)于氣、液兩相的分離設(shè)備或反應(yīng)設(shè)備，若氣相為連續(xù)相、液相為分散相（例如板式蒸餾塔），而氣相速度較大，部分液體會(huì)被氣體吹散成液滴并被氣體帶出。這種現(xiàn)象稱為霧沫夾帶。產(chǎn)生霧沫夾帶會(huì)降低設(shè)備的分離效率。
二、濃縮的目的
1、除去食品中的大量水分，減輕了重量，減小了體積，節(jié)省了包裝、貯存和運(yùn)輸費(fèi)用。
2、通過了提高食品的濃度，達(dá)到貯藏食品的目的。
3、滿足后續(xù)加工工藝過程的要求。
三、濃縮的基本過程
蒸發(fā)過程的兩個(gè)必要組成部分：加熱物料使溶劑(水)沸騰汽化與不斷除去汽化產(chǎn)生的二次蒸汽。一般前一部分在加熱器中進(jìn)行，后一部分在冷凝器中完成。如圖所示 ：真空蒸發(fā)基本流程。

 
蒸發(fā)器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)換熱器，如圖所示，由加熱室 1和汽液分離器 4兩部分組成。加熱室使用的加熱介質(zhì)應(yīng)用**多的是水蒸汽。通過換熱，使間壁另一側(cè)的物料加熱、沸騰、蒸發(fā)濃縮。料液蒸發(fā)出的水蒸汽在分離室4中與溶液分離后從蒸發(fā)器上部引出。為防止液滴隨蒸汽帶出，一般在分離器上都設(shè)有除沫裝置5。從蒸發(fā)器抽出的蒸汽稱為二次蒸汽，便于同加熱蒸汽相區(qū)別。二次蒸汽進(jìn)入冷凝器6冷凝，冷凝水從下部排出，二次蒸汽中的不凝性氣體由真空泵抽出。濃縮后的完成液由蒸發(fā)器底部排出。


四、常壓蒸發(fā)和真空濃縮 
蒸發(fā)操作可以在常壓、加壓或減壓條件下進(jìn)行。常壓蒸發(fā)是指冷凝器和蒸發(fā)器溶液側(cè)的操作壓力為大氣壓或稍高于大氣壓力，此時(shí)系統(tǒng)中的不凝性氣體依靠本身的壓力從冷凝器中排出。
減壓下的蒸發(fā)通常稱為真空蒸發(fā)，食品工業(yè)廣泛應(yīng)用真空蒸發(fā)進(jìn)行濃縮操作。因真空蒸發(fā)時(shí)冷凝器和蒸發(fā)器物料側(cè)的操作壓力低于大氣壓，必須依靠真空泵不斷從系統(tǒng)中抽走不凝性氣體來維持負(fù)壓的工作環(huán)境。采用真空蒸發(fā)的基本目的是降低物料的沸點(diǎn)。
真空濃縮與常壓蒸發(fā)比較所具有的優(yōu)點(diǎn)：
1、溶液沸點(diǎn)降低，增大了蒸發(fā)器的傳熱溫差，所需的換熱面積減小。
2、溶液沸點(diǎn)低，可以應(yīng)用溫度較低的低壓蒸汽和廢熱蒸汽作熱源，有利于降低產(chǎn)品成本和生產(chǎn)費(fèi)用。
3、蒸發(fā)溫度低，即物料受熱溫度低，有利于濃縮熱敏性物料。
4、蒸發(fā)器操作溫度低，系統(tǒng)的熱損失小。
五、單效濃縮和多效濃縮
濃縮操作的效數(shù)是指二次蒸氣被利用的次數(shù)。
如果濃縮生成的二次蒸汽不再被用作加熱介質(zhì)，而是直接送到冷凝器中冷凝的蒸發(fā)過程，稱為單效濃縮，是濃縮中**簡單的一種方法。如果兩個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)起來，**個(gè)蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽引入第二個(gè)蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，第二個(gè)蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽送到冷凝器被冷凝后排出，則稱為雙效蒸發(fā)，它是多效蒸發(fā)中**簡單的一種方法。
多效蒸發(fā)是將多個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)起來的系統(tǒng)，后效的操作壓力和沸點(diǎn)均較前效低，僅在壓力**高的shou效使用生蒸汽作加熱蒸汽，產(chǎn)生的二次蒸汽作為后效的加熱蒸汽，亦即后效的加熱室成為前效二次蒸汽的冷凝器，只有末效二次蒸汽才用冷卻介質(zhì)冷凝。可見多效蒸**顯減少加熱蒸汽耗量，節(jié)約了熱能，也明顯減少冷卻水的耗量。
真空濃縮的缺點(diǎn)：蒸發(fā)溫度低，料液黏度大，傳熱系數(shù)較小，系統(tǒng)內(nèi)為負(fù)壓，完成液排出需用泵，冷凝水排出也需要用泵或高位產(chǎn)生壓力(液位差)排出。真空泵和輸液泵能耗增加。
真空濃縮的操作壓力取決于冷凝器中水的冷凝溫度和真空泵的性能。冷凝器操作壓力的極限是冷凝水的飽和蒸汽壓，所以它取決于冷凝器的溫度。真空泵的作用是抽走系統(tǒng)中的不凝性氣體，真空泵的工作能力愈大，就使得冷凝器內(nèi)的操作壓力愈易維持，愈接近冷凝水的飽和蒸汽壓。一般真空蒸發(fā)時(shí)，冷凝器的壓力為10～20kPa。
六、閃蒸 
急劇蒸發(fā)簡稱閃蒸，是一種特殊的減壓蒸發(fā)。將熱溶液的壓力降到低于溶液溫度下的飽和壓力，則部分水將在壓力降低的瞬間沸騰汽化，就是閃蒸。水在閃蒸汽化時(shí)帶走的熱量，等于溶液從原壓下溫度降到降壓后飽和溫度所放出的顯熱。
在閃蒸過程中，溶液被濃縮。常見閃蒸的具體實(shí)施方法是直接把溶液分散噴入低壓大空間，使閃蒸瞬間完成。
閃蒸的**大優(yōu)點(diǎn)是避免在換熱面上生成垢層。閃蒸前料液加熱但并沒濃縮，因而生垢問題不突出。而在閃蒸中不需加熱，是溶液自身放出顯熱提供蒸發(fā)能量，因而不會(huì)產(chǎn)生壁面生垢問題。#p#分頁標(biāo)題#e#
七、熱泵蒸發(fā) 
為提高熱能利用率，除采用多效蒸發(fā)外，還可通過一種通稱為熱泵的裝置，提高二次蒸汽的壓力和溫度，重新用作蒸發(fā)的加熱蒸汽，稱為熱泵蒸發(fā)，或稱為蒸汽再壓縮蒸發(fā)。
熱泵是以消耗一部分高質(zhì)能（機(jī)械能、電能）或高溫?zé)崮転榇鷥r(jià)，通過熱力循壞，將熱由低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體的能量利用裝置。
常用的熱泵有蒸汽噴射熱泵和機(jī)械壓縮式熱泵。
蒸汽噴射熱泵使用的蒸汽噴射器類似于蒸汽噴射真空泵，稱為熱壓泵，是在噴嘴附近低壓吸入蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽，與高溫高壓的驅(qū)動(dòng)蒸汽混合后，在擴(kuò)壓管處達(dá)到蒸發(fā)所需加熱蒸汽的壓力和溫度后用作蒸發(fā)的加熱介質(zhì)。
機(jī)械壓縮式熱泵利用電動(dòng)機(jī)或汽輪機(jī)等驅(qū)動(dòng)往復(fù)式或離心式壓縮機(jī)，將二次蒸汽壓縮，提高其壓力和溫度，重新用作蒸發(fā)的加熱蒸汽。
§7-2 蒸發(fā)器
一、蒸發(fā)器的分類
1、根據(jù)二次蒸汽被利用的次數(shù)分類
(1)單效濃縮裝置
(2)多單效濃縮裝置
(3)帶有熱泵的濃縮裝置
2、根據(jù)料液流程分類
(1)單程式
(2)循環(huán)式：自然循環(huán)與強(qiáng)制循環(huán)
3、根據(jù)加熱器結(jié)構(gòu)分類
(1)盤管式濃縮器
(2)中央循環(huán)管式濃縮器
(3)升膜式濃縮器
(4)降膜式濃縮器
(5)片式濃縮器
(6)刮板式濃縮器
(7)外加熱式濃縮器
二、加熱器：
乳品廠中所使用的加熱器都屬于管式換熱器，又稱列管式換熱器。管束固定在管板上，管板焊接于殼體，管子、管板和殼體焊在一起。物料走列管內(nèi)，列管外、殼體內(nèi)走加熱蒸汽。
乳品廠中使用的蒸發(fā)器都是非循環(huán)型的，物料在蒸發(fā)器內(nèi)經(jīng)過一次加熱、汽化和分離，離開時(shí)即達(dá)到要求的濃度。料液一般不打循環(huán)，在加熱器內(nèi)停留時(shí)間短，這對(duì)熱敏性物料的蒸發(fā)有利。這類蒸發(fā)器加熱室中液體多呈膜狀流動(dòng)，因此又通稱為膜式蒸發(fā)器。
常有以下幾種型式：長管式、刮板式和板式等。乳品廠應(yīng)用**多的是長管式蒸發(fā)器。
長管式蒸發(fā)器根據(jù)液膜的流動(dòng)方向，又分為升膜式蒸發(fā)器和降膜式蒸發(fā)器 。
三、升膜蒸發(fā)原理 
對(duì)于升膜式蒸發(fā)器，物料從管束下部引入。工作時(shí)，物料在加熱管內(nèi)全程形成上、中、下三個(gè)不同區(qū)域，如圖所示，物料在下部，因液層靜壓作用，物料不沸騰，只起加熱作用。在中部溫度上升物料沸騰，二次蒸汽形成，蒸汽體積急速增大，管芯形成高速上升氣流將液體在管壁壓成薄膜向上流動(dòng)，形成很好的傳熱條件，傳熱系數(shù)大大增加，使蒸發(fā)加快。到達(dá)上部后進(jìn)入飽和區(qū)，汽液混合物經(jīng)管頂進(jìn)入汽液分離器進(jìn)行汽液分離。而在降膜式蒸發(fā)器中，物料從頂部進(jìn)入，然后呈膜狀蒸發(fā)。

第三節(jié) 蒸發(fā)器的附屬設(shè)備
一、冷凝器
冷凝器的作用：將二次蒸汽冷凝，同時(shí)將不凝性氣體分離，以減輕真空系統(tǒng)負(fù)荷。
冷凝器的分類：直接式和間接式。
（一）間接式冷凝器
二次蒸汽與冷卻水間接換熱。有列管式、板式、螺旋板式、淋水管式等。
間接式冷凝器的特點(diǎn)：冷卻水可回收利用，但價(jià)格較高，用水量大，傳熱效率低。
（二）直接式(混合式)冷凝器
直接式冷凝器分為逆流式和噴射式。
二次蒸汽與冷卻水直接接觸而冷凝。
1、孔板式冷凝器：冷凝器是一個(gè)用鋼板制成的圓筒，直徑為400-2,000mm。高度為1,200—5,000mm。如圖所示，內(nèi)裝有若干塊鉆有許多小孔的淋水板，淋水板為交替放置的圓缺型或交替放置的盤環(huán)型。冷卻水自上引入，經(jīng)淋水板小孔穿流而下，同時(shí)也經(jīng)板邊緣溢流而下，二次蒸汽自下而上與冷卻水逆流接觸，換熱冷凝。混合的冷卻水和冷凝水由下部排出，不凝性氣體由上方排出。

2、混合式冷凝器
如圖所示，在圓筒型冷凝器中，上部裝有灑水盤，在其中部裝有“隔筒”，用于預(yù)熱物料的雙螺旋盤管盤繞在上面。二次蒸汽和不凝性氣體進(jìn)入混合式冷卻器時(shí)shou先沿“隔筒”的周圍從上向下流動(dòng)，將盤管內(nèi)的物料預(yù)熱后，大部分二次蒸汽被冷凝，剩余的二次蒸汽再由“隔筒”的下口向上運(yùn)動(dòng)與下落的冷卻水相遇混合后被冷凝。因此，確切地說，這種冷凝器是直接混合式與低位組合式冷凝器。

上述兩種冷凝器，當(dāng)真空蒸發(fā)時(shí)，其內(nèi)部處于負(fù)壓狀態(tài)。若無適當(dāng)措施，冷凝水無法排出。通常采取的措施分兩種：低位式和高位式。
高位式冷凝器
高位式冷凝器置于10m以上的高位，下部連接一根很長管子，稱為氣壓管（俗稱大氣腿），靠集于氣壓管中液體的靜液壓作用把冷凝水排出。為了防止外部空氣進(jìn)入真空系統(tǒng)，氣壓管應(yīng)插入溢流槽中。低位冷凝器可直接安裝在地面上，由于高度降低冷凝器產(chǎn)生的冷凝水需用泵抽出。
3、噴射式冷凝器
為水力噴射器，由器蓋、噴嘴、噴嘴托板、導(dǎo)向盤、器體、擴(kuò)散管等組成。工作時(shí)具有一定壓力的冷水由上部進(jìn)入后，通過噴嘴噴射，形成低壓，將二次蒸汽吸入，在混合室汽與水直接混合，二次蒸汽凝結(jié)，并被水束帶入下部擴(kuò)散管，一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)為壓力能，從下部管排出。噴射式冷凝器及水力噴射器除有混合冷凝作用外，還具有抽真空的作用，不再需要另裝真空泵。#p#分頁標(biāo)題#e#
二、汽液分離器(捕沫器 )
產(chǎn)生霧沫夾帶的原因：
1、泡沫  物料中存在具有表面活性的物質(zhì)，它降低料液的表面張力，使其在汽化時(shí)易形成泡沫。在分離室中，泡沫破裂，其液膜分裂成小霧滴群，易被二次蒸汽夾帶。
2、蒸汽高速流動(dòng)  蒸汽流速快，必然攜帶霧沫流動(dòng)。
3、溶液急劇蒸發(fā)  溶液加熱較大，易發(fā)生閃急蒸發(fā)，形成霧沫。
為了汽液更好的分離，分離室要有一定空間，使蒸汽流速降低，較大的液滴在重力作用下返回液面。乳品生產(chǎn)中常采用離心型分離器。
霧沫夾帶的危害：
1、污染二次蒸汽；
2、影響濃縮效率和蒸發(fā)能力，造成物料損失；
3、若是多效蒸發(fā)，二次蒸汽夾帶的霧沫將使下一效加熱器傳熱面形成污垢和腐蝕。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
三、真空系統(tǒng)
(一)真空系統(tǒng)的作用是抽吸系統(tǒng)內(nèi)的不凝性氣體，保證蒸發(fā)器內(nèi)處于真空狀態(tài)。
蒸發(fā)器內(nèi)不凝性氣體的主要來源：
1、設(shè)備密封不嚴(yán)；
2、溶解在冷卻水中的不凝性氣體；
3、加熱蒸汽帶入的不凝性氣體；
4、物料中攜帶的不凝性氣體。
不凝性氣體的存在不僅影響設(shè)備的真空度，而且也使傳熱效率下降，所以必須將不凝性氣體排出。常用的真空裝置有蒸汽噴射器、往復(fù)式真空泵和水環(huán)式真空泵。大多數(shù)乳品廠現(xiàn)在使用水環(huán)式真空泵。
(一)蒸汽噴射器
(二)往復(fù)式真空泵
(三)水環(huán)式真空泵

特點(diǎn)
結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，操作可靠，轉(zhuǎn)速較高，可與電機(jī)直聯(lián)，內(nèi)部不需潤滑，可使排出氣體免受污染，排氣量較均勻，工作平穩(wěn)可靠。但因高速運(yùn)轉(zhuǎn)，水的沖擊使葉輪與輪殼磨損，造成真空度下降，需經(jīng)常更換零件。效率較低，為30％～50％。真空度較低，為2.0～4.0kPa。
四、牛乳預(yù)熱器 

§7-4 典型的WIEGAND單效降膜式蒸發(fā)器
 

一、用途
適用于在真空條件下蒸發(fā)濃縮，呈降膜蒸發(fā)，受熱時(shí)間短，熱交換效果好，對(duì)粘稠性、熱敏性物料的濃縮更為適宜。
二、主要技術(shù)參數(shù)
1、水發(fā)蒸發(fā)量： 800kg/h
2、進(jìn)料量：      1210 kg/h
3、出料量：      410 kg/h
三、主要設(shè)備結(jié)構(gòu)
整套設(shè)備由加熱室、熱壓泵、分離器、冷凝器、平衡槽、物料泵、冷凝水泵、真空泵、螺桿泵等組成。
1、加熱室  全部用不銹鋼制成，直徑Φ620mm，用隔板將列管分成兩部分。**部分列管由直徑Φ40mm，長6m的43根加熱管組成。第二部分由直徑Φ40mm，長6m的11根加熱管組成。列管兩端漲接在兩端的花板上。
2、分離室  用不銹鋼制成的圓筒，直徑Φ600mm，高度1,650mm,內(nèi)外表面拋光，設(shè)有燈孔及視孔，內(nèi)上部有一圓盤捕沫器固定在器底上，借以捕集二次蒸汽所帶走的液沫。
3、冷凝器  冷凝器位于加熱器中部殼體外的夾套內(nèi)，冷凝器與蒸發(fā)器連成一體。此外還有熱壓泵、真空泵等。
四、工作原理
殺菌后75℃的牛乳從貯料桶（平衡槽）內(nèi)，經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后吸入分離室，部分水分蒸發(fā)后，由物料泵送**加熱器的**部分列管，進(jìn)入分配盤使物料均勻地流入分配板上的小孔，然后流入加熱列管內(nèi)，沿管內(nèi)壁呈膜狀向下流動(dòng)，在下降的同時(shí)與管外的加熱蒸汽進(jìn)行熱交換，物料產(chǎn)生激烈的沸騰，在此所形成的二次蒸汽以相同的方向向下流動(dòng)，使膜加速下降。經(jīng)**部分列管加熱蒸發(fā)的物料，由物料泵送入第二部分列管加熱蒸發(fā)。經(jīng)兩部分列管加熱蒸發(fā)后，達(dá)到濃度要求的物料，由螺桿泵泵出。牛乳在加熱器內(nèi)的沸騰蒸發(fā)溫度為68℃。二次蒸汽進(jìn)入分離室后一部分再由熱壓泵增壓，送入加熱室作為熱源。
牛乳經(jīng)加熱器加熱蒸發(fā)，產(chǎn)生的二次蒸汽和部分牛乳沿切線方向進(jìn)入分離室，借離心力的作用使二次蒸汽與物料分離。從分離器內(nèi)排出的二次蒸汽，部分抽入熱壓泵，其余則進(jìn)入冷凝器冷凝。分離器內(nèi)蒸發(fā)溫度為50℃。
五、工藝特點(diǎn)
1、物料（牛乳）殺菌后以75℃的溫度超沸點(diǎn)進(jìn)料；
2、物料先進(jìn)入分離器，分離器內(nèi)的蒸發(fā)溫度為50℃；
3、物料在蒸發(fā)器內(nèi)流經(jīng)兩次（雙程）；
4、冷凝器安裝在蒸發(fā)器殼外的夾套中，節(jié)省了占地面積和空間。
§7-5 雙效降膜式蒸發(fā)器

一）主要技術(shù)參數(shù)
1、蒸發(fā)量              1200 kg/h
2、進(jìn)料量              1600 kg/h#p#分頁標(biāo)題#e#
3、出料濃度            48%
4、物料預(yù)熱殺菌溫度℃
  4～42℃    42～64℃   64～74℃  74～95℃
5、一效加熱溫度         83～85℃
      二效加熱溫度        70～72℃
6、管內(nèi)蒸發(fā)溫度
             一效      70～72℃
             二效      45～50℃
7、蒸汽消耗量         500 kg/h
8、冷卻水耗量         9～12 kg/h
二）設(shè)備流程
2．物料流程
  （1）預(yù)熱殺菌
   采用經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化后的合格乳，shou先進(jìn)入由浮球閥控制的平衡槽，然后經(jīng)離心式進(jìn)乳泵、流量計(jì)、調(diào)節(jié)進(jìn)料的針形直角閥后進(jìn)入混合式冷凝器的預(yù)熱雙螺旋盤管，出口溫度約42℃。再進(jìn)入二效蒸發(fā)器上部殼層的預(yù)熱盤管，出口溫度約64℃，而后**一效蒸發(fā)器上部殼層的預(yù)熱盤管，出口溫度約72℃，再進(jìn)入殺菌器的盤管（生蒸汽加熱段），溫度達(dá)到95～98℃物料由此進(jìn)入保溫管，其流速由1.1m/降**0.1m/s在保溫管流經(jīng)時(shí)間約24s，**此完成物料的預(yù)熱殺菌階段，物料流經(jīng)的全程約90m，其中預(yù)熱盤管80m。
（2）蒸發(fā)濃縮
物料shou先進(jìn)入一效蒸發(fā)器頂部的液體分配器（分配盤），均勻分布于35根內(nèi)徑40mm、長5m的蒸發(fā)管內(nèi)，物料沿管壁呈膜狀下降，蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽與物料同**底部，再與物料一起進(jìn)入離心式分離器。此時(shí)一效蒸發(fā)器加熱殼層的加熱溫度為83～85℃,管內(nèi)蒸發(fā)溫度為70～72℃。經(jīng)分離器與二次蒸汽分離的物料濃度約24%（干物質(zhì)），然后由中間離心式物料泵送**二效，重復(fù)上述過程。加熱溫度為70～72℃，蒸發(fā)溫度為45～50℃。由二效分離器出來的物料濃度達(dá)到48%左右。**后由離心式出料泵送**噴霧工段。當(dāng)出料濃度與要求濃度相差不太大時(shí)，調(diào)節(jié)出料閥與出料管支路上的再循環(huán)閥，使部分物料返回二效蒸發(fā)器再次循環(huán)（小循環(huán)），此閥可視為濃度微調(diào)閥。當(dāng)出料濃度與要求濃度相差很大時(shí)，關(guān)閉出料閥，打開回流閥，物料回到平衡槽進(jìn)行大循環(huán)（與清洗時(shí)一樣）。
3、各效的加熱蒸汽（加熱熱源）
（1）一效蒸發(fā)器的熱源   
  一效蒸發(fā)器的熱源是一效產(chǎn)生的二次蒸汽的50%與生蒸汽以1：1的比例通過熱壓泵混合后作為一效加熱器的加熱熱源。
  （2）二效蒸發(fā)器的熱源
   二效蒸發(fā)器的熱源是一效產(chǎn)生的二次蒸汽的另外的50%。
4、冷凝水
（1）殺菌器加熱盤管內(nèi)物料，由生蒸汽加熱，形成的冷凝水靠壓差進(jìn)入一效蒸發(fā)器殼層。
  （2）一效蒸發(fā)器加熱蒸汽形成的冷凝水，匯同殺菌器的冷凝水靠壓差進(jìn)入二效蒸發(fā)器殼層，與二效蒸發(fā)器加熱蒸氣形成的冷凝水一起由冷凝水泵排出。
  （3）二效（末效）蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)入冷凝器被冷卻水冷凝后排出。這臺(tái)設(shè)備二效的二次蒸汽進(jìn)入混合式冷凝器，先被盤在內(nèi)筒上的盤管內(nèi)的物料冷卻（同時(shí)將物料預(yù)熱）剩余部分被由上而下的冷卻水直接冷凝，**后經(jīng)冷卻水泵排出。
5、真空的形成
在蒸發(fā)器內(nèi)的液體占有很小的體積，可以忽略不計(jì)，占有較大體積的二次蒸汽被冷凝器冷凝，真空系統(tǒng)抽吸的只是不凝性氣體。這臺(tái)設(shè)備采用的是G內(nèi)不常見的雙級(jí)蒸汽噴射泵。
   正常操作時(shí)，混合式冷凝器內(nèi)的真空度約為101.3kpa，即混合式冷凝器內(nèi)的壓力接近于零，二效分離器內(nèi)的真空度為91.32kpa,一效分離器內(nèi)的真空度為69.32 kpa。一、二效蒸發(fā)器殼層上有上、下兩條不凝性氣體管路與混合式冷凝器相連，出口處裝有不同孔徑的流量控制板。
6、冷卻水
主要用于中間冷凝器，冷卻水來冷凝一級(jí)蒸汽噴射泵噴入的蒸汽，以減輕二級(jí)噴射泵的負(fù)擔(dān)，并在混合式冷凝器中冷凝二效的二次蒸汽。冷卻水由中間冷凝器(列管式冷凝器）下端進(jìn)入冷凝管內(nèi)，由上端排出，從上端進(jìn)入混合式冷凝器內(nèi)部灑水盤，由上而下經(jīng)兩道傘式折流板分散，把由下而上的二次蒸汽冷凝。冷凝水與冷卻水一起由冷卻水泵排出。

三）工藝特點(diǎn)
1．順流進(jìn)料  加熱蒸汽和物料的流動(dòng)方向一致。物料濃度依效序遞增。低濃度料液在高溫下蒸發(fā)，而濃度高，粘度大的料液在低溫下蒸發(fā)，這對(duì)熱敏性物料十分有利。
   2．連續(xù)出料，物料受熱時(shí)間短。
   3．物料預(yù)熱溫差小  物料經(jīng)三段盤管預(yù)熱，一段盤管式殺菌，各段物料開始溫度及加熱溫度、**終溫度見下表。從表中可見，**高溫差為46℃，而且只是在預(yù)熱溫度只有50℃的低溫階段，有利于產(chǎn)品的質(zhì)量。

預(yù)熱溫度	**段 混合式冷凝器	第二段 二效加熱器	第三段 一效加熱器	第四段 殺菌器
加熱溫度℃	50	70	83	98
物料開始溫度℃	4	42	62	72
物料**終溫度℃	42	62	72	95
預(yù)熱溫差℃	46	28	21	26

4．節(jié)約蒸汽  一次蒸汽消耗量與蒸發(fā)量即二次蒸汽量的比值為蒸汽系數(shù)，從這臺(tái)設(shè)備技術(shù)參數(shù)上可以看出500∕1200=0.42 ，扣除物料殺菌所用的蒸汽后，蒸發(fā)系數(shù)為0.32，即蒸發(fā)1kg水分耗用生蒸汽量僅為0.32kg。   5．冷卻水耗量低，由于二次蒸汽被充分利用，使冷卻水的消耗量大大降低。當(dāng)進(jìn)水溫度為20℃時(shí)冷卻水耗量僅為12m3/h，這是由于末效的二次蒸汽的量較少，溫度較低。#p#分頁標(biāo)題#e#
6．將殺菌與濃縮兩種工序結(jié)合在一起的好處：
   1）節(jié)約材料，縮小占地面積；
   2）避免殺菌乳的再次污染；
   3）物料超沸點(diǎn)進(jìn)料，有利于蒸發(fā)的進(jìn)行；
   4）減少了操作人員。
   由于雙效降膜式蒸發(fā)器的工藝特點(diǎn)，從而為生產(chǎn)過程的連續(xù)化、自動(dòng)化創(chuàng)造了有利條件。
   7、如下圖所示，液體分布器采用盤式折流分配裝置。物料進(jìn)入降膜式蒸發(fā)器后如果沒有液體分布器，物料就不能均勻地分布到各個(gè)加熱列管中，就會(huì)造成物料在管內(nèi)局部過熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成焦管、堵塞。所以，對(duì)于降膜式蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器的上部必須安裝液體分布器。

8、在一效上部的預(yù)熱盤管和殺菌器的盤管內(nèi)設(shè)計(jì)了內(nèi)部始終充滿物料的“自鎖”結(jié)構(gòu)，這樣可以避免當(dāng)發(fā)生停電等事故時(shí)，因加熱蒸汽不能及時(shí)關(guān)閉，一效上部的預(yù)熱盤管和殺菌器內(nèi)溫度不能降下來的物料而造成的掛壁、焦管甚**堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。
   9、真空的形成采用G內(nèi)不多見的雙級(jí)蒸汽噴射泵，中間用表面（中間）冷凝器串聯(lián)的雙級(jí)蒸汽噴射泵。為了在啟動(dòng)時(shí)盡快達(dá)到所要求的真空度，配有啟動(dòng)蒸汽噴射泵。這種真空裝置具有抽氣量大、真空度高、安裝運(yùn)行簡便、價(jià)格便宜、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是要求蒸汽壓力較高及蒸汽量穩(wěn)定。
10、液體、氣體流量的控制    多處采用了結(jié)構(gòu)簡單的孔板，這些孔板是在1mm厚的不銹鋼圓板中心開一小孔，孔徑因流量的不同而不同。這些孔板安裝在與設(shè)備連接的活接處，更換、調(diào)整均很方便，使用孔板部位如下（僅供參考） ：
   1）一效蒸發(fā)器物料入口管；              
   2）二效蒸器物物料入口管；                 
   3）一效蒸發(fā)器冷凝水出口管；           
   4）殺菌器冷凝水出口管；                
   5）一效上部不凝性氣體出口管；
   6）二效上部不凝性氣體出口管；
   7）一效下部不凝性氣體出口管；
   8）二效下部不凝性氣體出口管；
   9）殺菌器蒸汽進(jìn)口管。
11、一效、二效蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)基本相同，各連接管路的孔徑，方位，標(biāo)高也一致，這樣，結(jié)構(gòu)稍作改動(dòng)，現(xiàn)用一效蒸發(fā)器可作為另一種較大系列設(shè)備的二效蒸發(fā)器；同樣現(xiàn)在的二效蒸發(fā)器可以作為另一種較小系列設(shè)備的一效蒸發(fā)器，有利于設(shè)備的系列化。
   12、殺菌器位于蒸發(fā)器下部的殼層內(nèi)，節(jié)省了占地面積。但容易發(fā)生焦管甚**堵塞現(xiàn)象
二、G產(chǎn)


（一）帶水力噴射泵的雙效降膜式蒸發(fā)器
1．結(jié)構(gòu)：成套設(shè)備由平衡槽、物料泵、殺菌器、蒸發(fā)器、分離器、預(yù)熱器、水力噴射泵等組成。
2．改進(jìn)部分
1）將上下兩層操作部分改成只在地面上操作，使操作更加方便；
2）根據(jù)我GG情，使用蒸汽的壓力更適合我GG情；
3)進(jìn)口蒸發(fā)器的殺菌器位于一效加熱器中下部的夾層內(nèi)。物料在螺旋盤管內(nèi)被管外加熱蒸氣加熱，由于加熱溫度較高，在生產(chǎn)中，特別是生產(chǎn)全脂加糖奶粉時(shí)易產(chǎn)生掛壁、焦管甚**堵塞，而且不易清洗維修。G產(chǎn)的殺菌器改成列管式，單獨(dú)放在加熱器的旁邊，這樣不易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。而且清理、維修、清洗都很方便。
4）冷凝器和真空系統(tǒng)的改變。末效的二次蒸汽大多被冷凝器中的螺旋盤管內(nèi)的物料冷凝，物料同時(shí)被預(yù)熱，所以稱為預(yù)熱器。剩余少部分二次蒸汽及不凝性氣體被水力噴射泵排出。由于使用水力噴射器使耗水量大大增加。目前常見的為混合式冷凝器與水環(huán)式真空泵配合使用。
（二）G產(chǎn)雙效帶熱壓泵降膜式蒸發(fā)器
如圖所示，與樣機(jī)相比，有以下變化：
1、殺菌器安裝在外部并且是列管式的；
2、不凝性氣體由水環(huán)式真空泵抽出。
其它方面基本相似，參考樣機(jī)即可學(xué)習(xí)工藝流程、設(shè)備操作等。

§7-6  三效降膜式蒸發(fā)器

一、主要技術(shù)參數(shù)
1、蒸發(fā)量              3200 kg/h
   2、進(jìn)料量              4000 kg/h
   3、蒸汽耗量            1100 kg/h
   4、殺菌條件           86～94℃   24s
   5、蒸發(fā)溫度℃
              一效70     二效 57    三效  45#p#分頁標(biāo)題#e#
   6、真空度kPa
            一效 69     二效 83    三效  90
   7、冷卻水耗量         9～12 kg/h
二、主要結(jié)構(gòu)
1、進(jìn)料罐  1臺(tái)    圓柱形，密封形式，帶人孔，容量1000L,帶就地清洗噴頭。
     2、進(jìn)料泵  1臺(tái)    可將牛奶由進(jìn)料罐泵到預(yù)熱器、列管式殺菌器、一效蒸發(fā)器。
     3、預(yù)熱器  共有四個(gè)    盤管式，分別裝在混合式冷凝器及一、二、三效加熱器上部殼管內(nèi)。
     4、牛奶殺菌器  1臺(tái)    列管式殺菌器(包括保溫管)。
     5、蒸發(fā)器  3臺(tái)    列管式換熱器，蒸發(fā)器有可打開的頂蓋，打開頂蓋后，是液體分配器，配有3臺(tái)離心式分離器。
     6、送料泵  3臺(tái)    將物料由分離器輸送到下一效的蒸發(fā)器。
7、冷凝水泵  1臺(tái)    將冷凝水從加熱器中排出。
   8、濃奶出料泵  1臺(tái)    將濃奶輸送到噴霧干燥器的進(jìn)料罐。
   9、熱壓縮泵  2臺(tái)    將二次蒸汽進(jìn)行再壓縮，供**、二效蒸發(fā)器，作為加熱熱源。熱壓泵的動(dòng)力是生蒸汽。
   10、冷凝器  1臺(tái)    為混合式冷凝器。
   11、冷卻水泵  1臺(tái)    將混合式冷凝器內(nèi)的冷卻水排出。
   12、水環(huán)式真空泵  2臺(tái)    葉輪是由特種合金制造的。啟動(dòng)時(shí)開兩臺(tái)，正常運(yùn)轉(zhuǎn)后只用一臺(tái)。
13、酸堿洗槽  各一個(gè)    酸堿洗槽的體積均為1000L，并附有酸堿液的輸送泵一臺(tái)(5000L/h)。
    14、管路、管件、閥門    用于連接上述設(shè)備，包括物料、二次蒸汽、生蒸汽、冷凝水、上下不凝性氣體等管路，以及溫度計(jì)、壓力表等。
    15、操作平臺(tái)  由5mm厚花紋板和必需的碳鋼構(gòu)件組成，所有的邊沿處都有100mm高的擋腳板。
    16、儀表電控柜  1臺(tái)    集中監(jiān)控蒸發(fā)器中心儀表盤。儀表盤包括所有電機(jī)的啟停按鈕，所有電機(jī)和電動(dòng)閥的模擬圖都用燈光指示，流程圖、蒸汽壓力顯示、殺菌溫度顯示、真空度顯示都在儀表盤上。
三、流程
（一）預(yù)熱殺菌
  1、預(yù)熱殺菌:預(yù)處理完5℃的物料進(jìn)入平衡槽，經(jīng)過進(jìn)料泵、控制閥、流量計(jì)進(jìn)入混合式冷凝器的預(yù)熱盤管內(nèi)**次預(yù)熱，然后分別進(jìn)入三效加熱器、二效加熱器、一效加熱器上部殼程的預(yù)熱盤管內(nèi)預(yù)熱。然后再進(jìn)入列管式殺菌器加熱殺菌后進(jìn)入保溫管保溫，這樣預(yù)熱過程就完成了。
2．真空濃縮
經(jīng)預(yù)熱、殺菌、保溫后的物料超沸點(diǎn)進(jìn)入一效蒸發(fā)器，經(jīng)液體分布器均勻分布到各個(gè)加熱列管內(nèi)，借重力和二次蒸汽作用在管內(nèi)呈膜狀向下流動(dòng)，同時(shí)與管外的加熱蒸氣進(jìn)行熱交換而蒸發(fā)。物料與二次蒸汽沿切線方向進(jìn)入分離器，汽液分離后用物料泵泵入二效蒸發(fā)器蒸發(fā)后，再泵入三效蒸發(fā)器，三效蒸發(fā)器中屬于雙程蒸發(fā)。隨著蒸發(fā)的進(jìn)行，物料濃度的增加，物料逐漸減少。物料進(jìn)入三效蒸發(fā)器采用雙程蒸發(fā)提高了流速，增大了傳熱效果。物料達(dá)到要求濃度后由出料泵排出。
（二）加熱熱源
一效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽除部分引入第二效蒸發(fā)器作為第二效蒸發(fā)器的熱源外，其余部分為熱壓泵增壓后作為**效的熱源。第二效產(chǎn)生的二次蒸汽與一效流程一樣，第三效產(chǎn)生的二次蒸汽則導(dǎo)入混合式冷凝器，經(jīng)冷凝后由冷卻水泵排出。
（ 三）真空的形成
采用混合式冷凝器與水環(huán)式真空泵共同作用，末效的二次蒸汽和不凝性氣體一同進(jìn)入混合式冷凝器，二次蒸汽被冷凝后，不凝性氣體被水環(huán)式真空泵抽出，蒸發(fā)器內(nèi)形成真空。
§7-7  關(guān)于降膜式蒸發(fā)器幾個(gè)問題的探討
一、關(guān)于降膜式蒸發(fā)器幾個(gè)問題的探討
（一）降膜是如何形成的？
shou先取決于蒸發(fā)器內(nèi)部的液體分布器，若不能把物料均勻分布到各個(gè)加熱列管中，不僅影響傳熱效果，還會(huì)產(chǎn)生物料掛壁、焦管，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生堵塞列管。因此，液體分布器的使用**關(guān)重要；
其次，大量二次蒸汽的產(chǎn)生對(duì)液膜的形成非常重要。
管內(nèi)的液膜下降的三個(gè)動(dòng)力：一是物料本身的重力；二是在蒸發(fā)器頂部的物料由于超沸點(diǎn)進(jìn)料所產(chǎn)生的大量的二次蒸汽向下的沖力；三是蒸發(fā)器下部的真空度較大。  
（二）為什么節(jié)能？
1、多效的應(yīng)用  除一效使用生蒸汽外，其他各效都使用前一效產(chǎn)生的二次蒸汽，大大節(jié)省了生蒸汽的用量。
2、熱壓泵的應(yīng)用  部分二次蒸汽通過熱壓泵與生蒸汽混合，重新作為一效加熱器的熱源，節(jié)約了加熱蒸汽。
3、冷凝水顯熱的應(yīng)用  殺菌器的冷凝水進(jìn)入一效，匯同一效加熱器的冷凝水進(jìn)入二效，冷凝水不僅可以自動(dòng)流動(dòng)，還會(huì)放出熱量，這部分熱量被回收利用。
4、末效二次蒸汽的利用  末效二次蒸汽進(jìn)入混合式冷凝器后可以將螺旋盤管內(nèi)的物料預(yù)熱，末效二次蒸汽的熱能部分回收。這樣，不僅節(jié)約了熱能，而且節(jié)約了冷卻水。#p#分頁標(biāo)題#e#
在雙效降膜式蒸發(fā)器中，列管式殺菌器內(nèi)每小時(shí)產(chǎn)生200kg、98℃的冷凝水進(jìn)入一效殼程時(shí)，降溫98-83=15℃，這部分冷凝水放出顯熱。
（三）為什么節(jié)水？
在混合式冷凝器中，冷卻水主要用來冷卻末效二次蒸汽，冷卻水的用量與二次蒸汽的多少和二次蒸汽溫度的高低有關(guān)。對(duì)于多效蒸發(fā)器，只需冷凝末效的二次蒸汽。這樣，二次蒸汽的量不僅少，而且溫度低，加上末效的二次蒸汽部分用來預(yù)熱物料，使**后需冷凝的二次蒸汽的量更少，溫度更低，節(jié)約了冷卻水。
（四）操作不當(dāng)，一效從何處跑奶？
操作不當(dāng)時(shí)，物料隨一效二次蒸汽分別進(jìn)入一效加熱器殼程和二效加熱器殼層，跑到冷凝水中，**后由冷凝水泵排出。這樣，不僅造成了物料的損失，而且污染了設(shè)備和冷凝水。
（五）熱壓泵的應(yīng)用
熱壓泵又稱蒸汽噴射器或蒸汽壓縮器，熱壓泵是將多效蒸發(fā)的前一效產(chǎn)生的二次蒸汽再壓縮，使其溫度及壓力上升，再作為前一效的加熱源。
在通常的條件下，1kg生蒸汽可將1kg 70℃的蒸汽上升到84℃，1kg生蒸汽吸收壓縮1kg二次蒸汽，使其變?yōu)楦邷卣羝糜谠俅渭訜帷＝Y(jié)果1kg生蒸汽可蒸發(fā)2kg牛乳的水分。這樣，安裝熱壓泵等于新增一臺(tái)蒸發(fā)罐的熱效率。  
二、真空濃縮設(shè)備常見故障及原因
（一）真空度低
1、設(shè)備或管路的連接處密封不嚴(yán)；
2、形成真空的系統(tǒng)有故障；
3、冷卻水的溫度較高，冷卻水的量少；
4、上下不凝性氣體管路部分堵塞；
5、熱壓泵的工作蒸汽壓力過高或噴嘴磨損；
（二）管內(nèi)壁結(jié)垢較多（焦管）
1、原料乳不新鮮；
2、進(jìn)料量不足或短時(shí)斷料；
3、清洗不徹底；
4、液體分布器的部分小孔堵塞；
5、加熱溫度過高；
6、管內(nèi)壁機(jī)械損傷。
（三）出料濃度低
1、進(jìn)料量過多；
2、加熱列管結(jié)垢；
3、加熱蒸汽壓力低；
4、蒸發(fā)器殼層內(nèi)冷凝水未及時(shí)排出。
5、冷卻水混入物料。
（四）倒罐（冷卻水進(jìn)入蒸發(fā)器）
1、未按順序停車。停車時(shí)應(yīng)先破壞蒸發(fā)器內(nèi)的真空，然后再關(guān)閉形成真空的系統(tǒng)，以免冷卻水倒入罐內(nèi)；
2、突然斷電，未能及時(shí)在關(guān)閉蒸汽后破壞真空度；
3、冷卻水泵出現(xiàn)故障；
4、冷卻水進(jìn)水量太大；
5、抽真空設(shè)備有故障。
（五）跑料（物料沿二次蒸汽管路排出）
1、進(jìn)料量過大；
2、設(shè)備內(nèi)真空度過高；
3、分離器分離效果不好；
4、加熱蒸汽溫度過高；
5、物料進(jìn)料時(shí)溫度過高。