食品工程原理.ppt

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1、食品工程原理第六章浓缩与结晶浓缩浓缩是从溶液中除去部分溶剂的单元操作，是溶质和溶剂部分分离的过程。浓缩过程中，水分在物料内部是借对流扩散作用从液相内部到达液相表面而后除去的过程。按浓缩的原理，分为平衡浓缩和非平衡浓缩两种。食品浓缩的分类和目的平衡浓缩是利用两相分配上的某种差异而获得溶质和溶剂分离的方法，在分离过程中两相都是直接接触的，故称为平衡浓缩。如蒸发浓缩和冷冻浓缩非平衡浓缩是利用半透膜来分离溶质和溶剂，两相用膜隔开，也称为膜分离。分离不是靠两相直接接触而进行的，故称非平衡浓缩。食品浓缩的分类和目的浓缩在食品工业中已得到广泛的应用，其主

2、要目的有以下几点。①浓缩去除食品中大量的水分，减少质量和体积，从而减少食品包装、储藏和运输费用。②提高制品浓度，延长保质期。③作为干燥、结晶或完全脱水的预处理过程。④改善产品质量。食品浓缩的分类和目的蒸发使含有不挥发性溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸气，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发，所用的设备称为蒸发器。蒸发需要不断的供给热能。热源使溶液溶剂蒸发时产生二次蒸气不断逸出而排除。1．蒸发的概念利用溶质和溶剂之间挥发度的差异，用加入热能的方法使溶剂汽化，而非挥发性的溶质留在溶液中，从而达到分离的目的，所涉及的平衡为汽液平衡。溶液受热时，溶

3、剂分子获得能量汽化。进行蒸发的必要条件是热能的不断供给和生蒸汽的不断排除。蒸发蒸发的流程分类1、按操作室压力分：常压、加压、减压（真空）蒸发单效蒸发：将二次蒸气不在利用而直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸发操作。多效蒸发：若将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为加热蒸气，则可提高加热蒸气（生蒸气）的利用率，这种串联蒸发操作称为多效蒸发。2、按二次蒸气的利用情况分：单效和多效蒸发料液在蒸发浓缩过程中发生的变化对浓缩液品质有很大的影响。一般来讲，食品物料的蒸发具有如下特性：（1）热敏性（2）腐蚀性（3）粘稠性（4）结垢性（5）泡沫性（6）易挥发成分食

4、品物料蒸发操作的特点在蒸发器内原料被加热溶剂汽化，产生的二次蒸汽引出后冷凝或排空，不再被利用。单效蒸发是最基本的蒸发流程。进行单效蒸发时常采用单效真空蒸发。单效蒸发蒸发操作的快慢主要取决于蒸发器加热室热交换的换热量Q。Q=KA∆t在蒸发过程中对传热量Q影响最显著的是传热温度差∆t∆t=T-t1单效蒸发1．蒸发器的温度差损失一定压强下，料液的沸点较纯水的沸点T′要高，两者沸点之差称为温度差损失∆，∆=t1-T′（1）因溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失Δ′；（2）因加热管内液柱静压强而引起的温度差损失Δ″；（3）因管路流体阻力而引起的温度差损

5、失。单效蒸发总温度差损失为：（5-4）式中tA——溶液沸点，℃，主要与溶液的类别、浓度及操作压强有关。T′——与溶液压强相等时水的沸点，即二次蒸气的饱和温度，℃在文献和手册中，可以查到常压（1atm）下某些溶液在不同浓度时的沸点数据。1溶液的蒸汽压下降引起的温度差损失液层内的溶液的沸点高于液面的，液层内部沸点与表面沸点之差即为因液柱静压强而引起的温度差损失。式中pm——液层中部的平均压强，Pap′——液面的压强，即二次蒸气的压强，Pal——液层深度，m简化处理：计算时以液层中部的平均压强pm及相应的沸点tAm为准，中部的压强为：（5-10）

6、2液柱静压强引起的温度差损失常根据平均压强pm查出纯水的相应沸点tpm，故因静压强而引起的温度差损失为：Δ″=tpm-tp′（5-11）式中tpm——与平均压强pm相对应纯水的沸点，℃tp′——与二次蒸气压强p′相对应的水的沸点，℃影响Δ″的因素：（1）沸腾时液层内混有气泡，液层的实际密度较计算公式所用的纯液体密度要小，使得算出的Δ″值偏大；（2）当溶液在加热管内的循环速度较大时，就会因流体阻力使平均压强增高。采用多效蒸发时，二次蒸气在离开前一效蒸发室流往后一效加热室的过程中要克服管道的流动阻力，从而导致蒸汽温度下降。此项温度差损失与蒸汽的

7、流速、物性和管道的尺寸有关，一般取0.5~1.5℃。3）因管路流体阻力而引起的温度差损失传热的有效温度差式中Δt——传热的有效温度差，℃T——纯水在操作沸点，℃Ts——加热蒸气的温度，℃Δt=Ts-T-Δ=Ts-T-单效蒸发的计算项目有：（1）蒸发量；（2）加热蒸气消耗量；（3）蒸发器的传热面积二、单效蒸发的计算加热室蒸发室qmF,x0,t0,h0qmD,T,HqmW,T’,H’qmD,T,hwqmF-qmW,x1t1,h1QL式中qmF—原料液流量qmW—蒸发量x0—原料液的质量组成x1—完成液的组成对单效蒸发器作溶质衡算，得1蒸发量蒸发

8、操作中，加热蒸气的热量一般用于将溶液加热至沸点，将水分蒸发为蒸气以及向周围散失的热量。2加热蒸气消耗量若原料液预热至沸点再进入蒸发器，且忽略热损失，计算式可简化为：式中e——蒸发