蒸發器在食品工業中的應用范文

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1MVR與其他蒸發工藝的對比

目前用于食品工業的蒸發工藝主要有三種形式（如圖2所示）：傳統蒸發工藝、熱力蒸汽再壓縮（Ther⁃moVaporRecompression，TVR）、機械蒸汽再壓縮（MechanicalVaporRecompression，MVR）。傳統蒸發工藝[5]：包括單效蒸發和多效蒸發。其中，單效是指二次蒸汽直接冷凝，不再利用其冷凝熱的蒸發濃縮過程；多效是指將二次蒸汽引到下一濃縮器作為加熱蒸汽，再利用其冷凝熱的蒸發濃縮過程。主要由主體蒸發器、冷凝器及抽真空裝置等組成（以降膜式蒸發器為例）。TVR蒸發工藝[6]：是在傳統蒸發工藝基礎上，對二次蒸汽進行部分利用，其中核心部件是蒸汽噴射泵。簡單的說，蒸汽噴射泵的作用是利用高品位蒸汽引射低壓蒸汽，使低壓蒸汽的品質得到提升，得以重新利用，從而達到節能的目的。其節能率可達到35%左右。表1列出了上述3種蒸發器的性能對比結果。由表1可以看出，MVR蒸發器節能優勢較為明顯。

2MVR在食品工業中的應用

在全世界范圍內，最初食品工業中機械蒸汽再壓縮幾乎只用于乳品工業，經數年發展，其應用逐漸擴展到谷類加工、蔬菜加工、果汁、釀酒、淀粉、制糖、添加劑、發酵工業等領域。1978年MVR蒸發器開始用于乳品工業，代替傳統及TVR蒸發設備生產全脂乳粉、脫脂乳粉、嬰兒配方粉等產品。至1990年世界乳業已有近100臺多效MVR蒸發器在運行[9]。圖3為德國GEA公司機械蒸汽再壓縮手冊中的一套帶環繞式分離器，下游配備后濃縮器，用于生產乳制品和乳清制品的MVR、TVR聯用的一效降膜蒸發系統。但對電汽價比較高的國家和地區并不合適，且成套設備的初期投資較高，我國乳業至今尚無應用MVR技術的蒸發器[8]。1971年，日本加藤化學株式會社一工廠以玉米為原料，采用MVR板殼式蒸發器蒸發濃縮糖漿。長期生產運行證明，在生產能力相同的情況下新裝置能耗只相當于原來四效蒸發裝置的1/10左右[10]。1982年，美國Dale[11]等用離心、傳統蒸發、MVR蒸發和反滲透四種方式，分別組成五套系統（其中，系統一，只用三效傳統蒸發；系統二，先離心，再用三效傳統蒸發；系統三，用三效MVR蒸發；系統四，先離心，再用三效MVR蒸發；系統五，離心后用反滲透，再用三效MVR蒸發）來濃縮番茄，生產番茄醬等產品。最后得出結論：離心對濃縮結果影響不大，而MVR與傳統蒸發相比經濟性有很大提高，而加入反滲透預處理的MVR蒸發相比只用MVR蒸發的經濟性提高也很顯著。

1985年，Dietrich[12]介紹了MVR蒸發器在糖果廠的應用，闡述了MVR降膜蒸發器、傳統蒸發器和壓縮機操控方式，以及計算機技術運用到蒸發系統中的操控方式，當時國外應用MVR蒸發器的較為廣泛。2001年，Grattieri[13]等闡述了MVR蒸發器廣泛應用于意大利食品工業，包括乳品中乳清濃縮、牛奶濃縮等，果蔬汁生產中番茄汁、甜菜汁、葡萄汁的濃縮等，以及淀粉的生產等。并對帕爾馬的一個用于濃縮番茄汁的單效MVR示范蒸發器，與傳統的三效蒸發器進行了成本的對比，發現MVR蒸發器的能源消耗小的將近三分之一。最終得出結論，MVR蒸發器不但節能而且更加經濟，希望更多食品企業能夠使用。2012年，Sorour[14]等分析了橙汁濃縮過程中使用MVR以及TVR兩種不同工藝的蒸汽消耗量、電能消耗、壓縮機成本以及蒸發器成本各項的費用，并進行了對比，得出的結論為：選用TVR設備總體成本最低。由于此文介紹的工廠位于埃及，蒸汽價格很低（15埃及鎊/t，人民幣約為13元/t），而電價相對較高（0.3埃及鎊/噸，人民幣約為0.26元/度），因此電汽價比很高，MVR并不適用，反而沒有TVR節省成本。

MVR技術在國外許多行業都有涉及，如食品和飲料工業（牛奶、乳清、糖溶液的蒸發，各類果汁的濃縮）、化學工業、制鹽工業（鹽溶液的蒸發）、環保技術（廢水的濃縮）等，并逐步替代傳統濃縮蒸發設備。相比國內，1989年四川自貢張家壩化工廠首次引進MVR裝置，運行四年后由于各種原因而淘汰[19]；1990年，金世琳[20]系統介紹了國內外各種類型的乳品MVR蒸發器，鼓勵在我國乳品企業應用低Δt渦輸風機的單效MVR蒸發器；90年代惲世昌[21]對MVR蒸發器的優點進行了說明，并肯定了在電力較便宜時對TVR蒸發器進行改造的可行性；20世紀后國內關于MVR蒸發器的研究明顯增多，并在制藥等行業中有實際應用，其中國內乳品行業的第一套MVR蒸發濃縮設備于2013年在陜西進行施工安裝，對于未來國內乳制品加工的濃縮工藝發展有著重要的指導意義。

目前國外MVR技術在食品中的應用已很成熟，其核心設備壓縮機的研究與制造一直被德國Piller等公司壟斷，并被世界所公認。而國內此類壓縮機用戶較少，生產商也不重視，國內很多食品設備的核心技術也難已自主應用。因此無論是對自主技術的研究，還是對國外技術的借鑒都是我們的當務之急。將MVR技術應用于食品工業，符合我國工業低能耗化和環保化生產的發展趨勢，在國內還有很大的發展空間。

作者：趙媛媛趙磊錢方李增鑫牟光慶單位：大連工業大學食品學院北京中輕機乳品設備有限責任公司