液体浓缩技术

一、概  述
1、浓缩是从溶液中除去部分溶剂的单元操作,是溶质和溶剂均匀混合液的部分分离过程。
2、浓缩和干燥的意义不同: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达到液相表面而后除去,**低水分含量约30%(质量),一般为稳定状态的过程。而干燥过程中,水分在物料内部**终必将借分子扩散作用从固相中除去,且一般为不稳定状态的过程。
二、浓缩方法:
从原理上说分平衡浓缩和非平衡浓缩两种物理方法。
①平衡浓缩是利用两相在分配上的某种差异而获得溶质和溶剂分离的方法。蒸发浓缩和冷冻浓缩即属此法。
蒸发浓缩在实践上是利用加入热能使部分溶剂汽化,并将此汽化水分从余下的被浓缩溶液中分离出去。即使溶剂汽化达到使溶质增浓的目的。这种方法目前仍然是食品工业**广泛应用的一种浓缩方法。
冷冻浓缩是利用稀溶液与固态冰在凝固点下的平衡关系,即利用有利的液固平衡条件。冷冻浓缩时,部分水分因放热而结冰,而后用机械方法将浓缩液与冰晶分离。蒸发和冷冻浓缩,两相都是直接接触的,故称平衡浓缩。
②非平衡浓缩:是利用半透膜来分离溶质与溶剂的过程,两相用膜隔开,因此分离不是靠两相的直接接触,故称非平衡浓缩。利用半透膜的方法不仅可以分离溶质和溶剂,而且也可用以分离各种不同大小的溶质,因此统称为膜 (渗)分离。
    结晶是使溶质呈结晶状从溶液中析出的单元操作,也是溶质和溶剂均匀混合物的部分分离过程。结晶操作与冷冻浓缩操作虽然都是利用固-液平衡条件的操作,它们的不同点:在于分离的目的,在于它们的操作原理及其前提条件。在一定的条件下,实现的是溶质从溶液中析出,而在另一条件下实现的则是溶剂从溶液中成冰晶析出。
浓缩和结晶操作在食品工业中有着广泛的应用,是食品工程上极其重要的单元操作。这些操作的原理都涉及到溶液的热力学问题。  
  **节 蒸发及其特点
    食品工业浓缩的物料大多数为水溶液。一般蒸发就指水溶液的蒸发。食品浓缩的物料,有的直接用原液,如牛奶、血液等,有些榨出汁如水果、蔬菜、甘蔗的榨出汁,也有用萃取液如咖啡、茶、肉、甜菜等。
 一、蒸发的基本概念
(一)、蒸发的概念
1、定义:蒸发浓缩是利用溶剂和溶质挥发度的差异,从而获得一个有利的汽液平衡条件,达到分离的目的。
2蒸发原理:按照分子运动学观点,溶液受热时,溶剂分子获得了动能,当一些溶剂分子的能量足以克服分子间的吸引力时,溶剂分子就会逸出液面进入上部空间,成为蒸汽分子,这就是汽化。如果不设法除去这些蒸汽分子,则汽相与液相之间,水分的化学势将渐趋平衡,汽化过程也相应逐渐减弱以**停止进行。故进行蒸发的必要条件就是热能的不断供给和生成的蒸气的不断排除。
    一般说来,溶液在任何温度下都会有水分的汽化。但这种汽化速度很慢,效率不高,所以工程上多采用在沸腾状态下的汽化过程。通常说的蒸发就是指的这种过程。为了维持溶液在沸腾条件下汽化,需要不断地供给热量,通常多采用饱和水蒸气为热源。饱和水蒸气在冷凝过程中放出的汽化潜热提供蒸发所需的热量。由此可见,从换热角度看,蒸发器中进行的蒸发一方是水蒸气的冷凝放热,另一方是溶液的沸腾放热。
 (二)食品浓缩的目的是:
(1)除去食品中大量水分,减少包装、贮藏和运输费用。
例如100吨含5%固形物的番茄榨出汁浓缩**含固形物28%的蕃茄酱,重量将减**l8吨,为原重量的1/5左右,体积缩小大致与此相同。这样可大大降低包装、贮藏和运输的费用。
(2)提高制品浓度,增加制品的保藏性。
用浓缩方法提高制品的糖分或盐分可使水分的活度降低。使制品达到微生物学上安全的程度,延长制品的有效保藏期。例如,含盐的肉类萃取液浓缩到不致产生细菌性的腐败。
(3)浓缩经常用作干燥、更完全的脱水或用作某些结晶的预处理过程。
这种情况特别适用于原液含大量水分,而用浓缩法排除这部分水分比用干燥法更为节约之时,如制造奶粉时,牛奶先经预浓缩**含固形物45~52%以后再进行干燥。
二、食品物料蒸发浓缩的特点
    料液的性质对蒸发有很大影响。特别是食品多属生物系统的物料,比一般化工上遇到的物料更为复杂多变。在选择和设计蒸发器时,要充分认识这种影响。食品物料的蒸发浓缩有如下几方面特点。
l 热敏性:生物系统的物料多由蛋白质、脂肪、淀粉、维生素以及其它许多色、香、味成分组成。这些物质在高温下或长期受热时要受到破坏、变性、氧化等作用。所以许多食品的蒸发要严格考虑加热温度和加热时间。
①加热温度和加热时间是不可分割的。食品蒸发的安全性与此二因素同时相关。这就是“温时结合”。的概念,即把温度与时间作为统一体来考虑。
②从食品蒸发的安全性看,力求 “低温短时”,但还要考虑工艺上的经济性。在保证食品质量的前提下,为提高生产能力,常采用“高温短时”蒸发。由于料液的沸点与外压有关,低温相应就是低压,所以真空蒸发是食品工业蒸发应用的显著特点之一。
③为了缩短蒸发操作时的加热时间,一方面必须减小料液在蒸发器内的平均停留时间,另一方面还要解决局部性的停留时间问题。