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蒸发机在明胶生产中的应用

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蒸发机在明胶生产中的应用

【摘要】:

  蒸发浓缩设备是明胶生产过程中,最重要的设备之一。蒸发机的技术性能,对于明胶产品的质量以及明胶的生产成本有重要的影响。长期以来,应用于明胶生产的蒸发机都是选用通用的各种类型的蒸发机,如单效的外环蒸发机,板式蒸发机,升膜蒸发机,降膜蒸发机都有应用,由于明胶溶液的特性不同于其他水介质溶液,不同类型的蒸发机,不适应明胶的蒸发,而造成许多问题。设计制造适应明胶特点的专用蒸发机是十分必要的。例如,用于果汁生产的降膜蒸发机专门配置了精馏装置,以满足回收香精的需要,明胶胶体溶液蒸发有很多特殊要求,需要能适应明胶生产的专用蒸发机。
  明胶是热敏性物质,明胶溶液长时间受热会引起降解,损失粘度和冻力,所以要求蒸发过程尽可能的低温、快速、连续,蒸发过程停留时间短的蒸发机所得明胶冻力较其他蒸发机高20g/bloom以上。明胶还是高粘度的胶体溶液,在蒸发过程中,其换热系数很低,并随浓度变化而改变。浓度越高,换热系数越低,甚至相差3-4倍,仅此特性,一般常规蒸发机就完全不能适应。明胶溶液的流动性也随浓度和温度变化而改变,当冻力较高的明胶溶液浓度达到30-40%以上时,不仅流动性很低,甚至成为半流体。
  根据明胶生产的工艺要求,稀胶液从3-6%的浓度蒸发浓缩达到24%以上,以满足干燥机、成型机的要求,浓缩比高达5-6倍,较高的浓度有利于提高干燥机的干燥效率外,在蒸发过程除去水份的能耗也低于干燥过程。所以要求蒸发机能有较高的浓缩比。
  明胶溶液还是蛋白质溶液,非常容易染菌变质,明胶产品也有细菌含量的指标要求,所以要求明胶生产设备及蒸发机的结构,能避免细菌衍生繁殖和便于清洗灭菌措施的进行。
  蒸发过程是明胶生产的重要能耗过程之一,约占明胶生产总能耗的三分之一。每生产一吨明胶约需蒸发除去水分18-20吨。蒸发设备从单效、2效、3效、4效等不同的型式的蒸发机的蒸发蒸汽消比约为110%、76%、34%、26%,相当于一公斤蒸汽能蒸发的水分,分别是0.9公斤、1.35公斤、3kg、4公斤。显然,尽量采用多效蒸发机对明胶生产节能降低生产成本的作用是巨大的。明胶生产规模愈大其节能效益愈大。
  所有这些明胶的特性,都不是一般通用蒸发机能够满足的,八十年代开始,明胶行业进口的用于明胶蒸发的板式蒸发机以及国内制造的板式蒸发机,是二效蒸发机,在二效后面,配置一台用新鲜蒸汽加热的板式蒸发加热器用泵强制循环;约5%的稀胶液进入一效,从二效产出的胶液浓度约15~18%,再经过外循环蒸发和灭菌达到25%的浓度,相当多的胶液中的水分是在新鲜蒸汽高温热源下蒸发的,蒸汽消耗比约为76%,即一公斤蒸汽蒸发1.35公斤水,能源消耗高,增加了明胶生产的成本。
  板式换热器的换热面积是以并列的板片构成的,胶液在板片上并流通过,保持所有板片的液体覆盖率,没有板片缺液是非常重要的,从一效产出的胶液的浓度增高,而传热系数降低。二效的换热面积不能减少,一效产出进入二效的液量比一效大幅度减少,从而出现液量不足,难以保证覆盖率的矛盾。必须从胶液抽出泵大量回流胶液,所以用板式换热的蒸发机,均为泵强制外循环蒸发,胶液受热时间长破坏产品质量。采用板式换热器,胶液从板片平面流过,容易在进出口之间短路。胶液浓度大,粘度高,远离出口的边缘部位流速低,或有滞留现象,容易过热老化结皮产生不溶胶,由于上述原因,板式蒸发机作成三效比较困难,板式换热器有大量的橡胶垫片,需更新并构成大量的卫生死角,容易染菌清洗困难,用于明胶生产的不锈钢设备的内壁和焊缝均要求抛光,以免卫生死角染菌难清洗,板式换热器的大量卫生死角却难以处理。二效的板式蒸发机能耗高,热效率低,受热所需时间长,破坏质量,浓缩比低,易染菌难以清洗等综合性能都不适宜于明胶胶体溶液的蒸发,现在明胶行业,这些板式蒸发机均已淘汰。板式蒸发机的优点是制造同等换热面积的蒸发机比列管式蒸发机耗钢材少,节省材料,制造成本低,安装占地少,安装高度低,但这些优点无益于应用性能无益于用户,只有利于设备制造商。
  八十年代,明胶行业曾进口过三效降膜蒸发机,国外一些明胶公司也多应用降膜蒸发机。降膜蒸发机的工作原理是,从加热器底部用泵把胶液抽出,从列管的顶部加入,液体在重力作用下沿管内壁成膜状下降,在加热管的顶部必须装置降膜分布器,以保证每一棵加热管均有液体沿内壁下降,降膜分布器是降膜蒸发机成败的关键点,并要求加热列管内壁抛光,安装垂直度要高。但无论是导流管分布器或齿缝板分布器,都不适用于易结晶、易结垢、或粘度很大的物料,明胶溶液是粘度很大的溶液,很难保证能成功的分布成膜。胶液浓度变高时,降膜分布器即完全失效。这是第三效蒸发器不能用降膜的重要原因,降膜分布器对胶液的分布成膜效果不好,管内液体分布不均,或者缺液,胶液易在管壁上结皮、受热老化,脱落后形成不溶性的胶渣,进入浓胶液。所以国外的明胶公司应用降膜蒸发机的,都必须配置纸板过滤机对蒸发后的浓胶液再进行过滤,以除去不溶的胶渣。这些不溶性胶渣更容易堵塞分布器的隙缝,使分布状况恶化,形成恶性循环。降膜蒸发器是用泵将料液打到列管顶部加料,所以每一效蒸发器均配置一台加料泵。有的一效蒸发器底部料液釜分为二室,配置两台加料泵。由于蒸发加热器底部有贮液釜,配置的机泵达九台之多,形成料液循环。第三效采用板式加热器,更是强制循环,延长了胶液的停留时间。不利于保持明胶质量不受损失。胶液在各效都不是单程通过。降膜蒸发机为提高液膜流速提高传热系数,换热管长达6米以上,安装高度17米,需要五层楼高的厂房安装设备。本应设备服务于生产工艺、产品特性而不是相反。降膜蒸发机可以作成三效蒸发,也有配备蒸汽压缩装置,蒸汽消耗比可以达到26%,能耗指标较先进。但需要配浓胶过滤机再过滤。安装高度高,一般的厂房难以安装,系统内机泵多,运行、维修成本高操作过程复杂等问题,不是很适宜于明胶的蒸发。
  天津市万丰化工设备有限公司自2001年开始,根据明胶生产工艺及产品特性的特点,对比各类型蒸发机特点设计制造了专用于明胶蒸发的的三效升膜连续蒸发机,至今已生产了70多套,供应了国内外的明胶公司。三效升膜连续蒸发机及附有蒸汽压缩装置的蒸发机,蒸汽消耗比分别达到了34%及26%,即一公斤蒸汽蒸发了3公斤水及4公斤水,达到了最先进的低能耗水平。三效升膜蒸发机,采用自主设计的系统压力平衡系统,通过设定进胶液量和蒸汽量后,自动控制。压力差,胶液和冷凝水从一效经过二效,连续自动流入三效,然后用泵抽出,没有效间泵,胶液在多效均以升膜单流程一次通过所需时间短,有利于保持明胶质量,尽量少的被破坏,经过测试对比,明胶冻力比用其他蒸发机提高约20g/bloom,蒸发浓缩比可以达到5~6倍,获得高浓度产品。适应高粘度明胶胶体溶液蒸发的各种特殊要求。三效升膜蒸发机用于明胶生产作为专用的蒸发机具有很大的优势。

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