人們的生活水平質(zhì)量越來越好，對食品的要求也越來越高，隨著人們對健康元素的重新認(rèn)識(shí)，能夠給身體提供維生素、高營養(yǎng)的果汁、蔬菜汁飲品已經(jīng)越來越受消費(fèi)者的青睞。果蔬汁在飲食、保健、醫(yī)藥、美容化妝等行業(yè)都有得到了廣泛應(yīng)用，這促使果蔬汁的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。我國果蔬汁生產(chǎn)加工起步比較晚，由于生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)備比較落后，工藝陳舊等問題的限制，濃縮果蔬汁的生產(chǎn)一直未達(dá)到一定水平，是以我國的生產(chǎn)技術(shù)水平，生產(chǎn)裝備還有很大的提升空間。怎樣保證果蔬汁的生產(chǎn)質(zhì)量和減少能耗，節(jié)約成本，是設(shè)備設(shè)計(jì)者特別需要關(guān)注的問題。
以往常采用浸漬、煎煮等方法來破碎果蔬細(xì)胞，提取出果蔬中的活性成分，再經(jīng)過過濾澄清后，送到濃縮設(shè)備中進(jìn)行濃縮。這種工藝?yán)L了整個(gè)生產(chǎn)周期，消耗大量的溶劑，設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用較高，繁雜的操作還有可能破壞果蔬汁營養(yǎng)成分。
在常壓操作下，果蔬汁中的芳香物和維生素非常容易喪失，所以常常采用真空濃縮技術(shù)來濃縮果蔬汁。降膜式蒸發(fā)器是一種常見的蒸發(fā)濃縮設(shè)備，其屬于膜狀蒸發(fā)，具有液體滯留量小，靜壓頭和持液量低，操作溫差小，傳熱系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn)，可用于真空操作，對高溫比較敏感的熱敏性物料，尤其適用。
國內(nèi)外不少學(xué)者經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，超聲波在物質(zhì)的提取應(yīng)用方面，能發(fā)揮極大的作用。不少研究者認(rèn)為其產(chǎn)生的空化效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械作用等綜合效應(yīng)能很大程度上提高對天然產(chǎn)物的提取效率。通過超聲波的輔助，可以增大物資分子運(yùn)動(dòng)速率，局部出現(xiàn)高溫高壓，增大溶劑穿透力，加快物料活性物質(zhì)的浸出，縮短提取時(shí)間，節(jié)約能源；超聲輔助提取過程中，不需要加熱，即可用來提取物料的熱敏性成分，有效避免了高溫對有效成分的破壞。若把超聲波放在蒸發(fā)器加熱室里，可以有效避免結(jié)垢，強(qiáng)化傳熱，提高傳熱系數(shù)。若把超聲提取技術(shù)和降膜蒸發(fā)技術(shù)結(jié)合起來，形成一種新型的超聲降膜技術(shù)，則能大大提高液膜的蒸發(fā)率，提高降膜蒸發(fā)器的性能。因此，怎樣設(shè)計(jì)出一套高效、可靠的提取濃縮裝備是非常有探討意義的。
果蔬→挑選→清洗→去皮→破碎榨汁→過濾→果蔬原液→濃縮→濃縮果蔬汁
濃縮果蔬汁的生產(chǎn)過程由多道工序組成，本文論述工藝主要涉及提取工序和濃縮工序。通過提取把容易引起果蔬汁渾濁的物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、多糖、金屬離子等分離出來，通過蒸發(fā)得到符合濃度要求的濃縮果蔬汁。
本設(shè)計(jì)采用三效并流降膜蒸發(fā)工藝，通過將傳統(tǒng)地分開工作的提取設(shè)備、蒸發(fā)設(shè)備設(shè)計(jì)成一體，從而簡化工藝流程、節(jié)約設(shè)備布置空間、提高提取效率和濃縮效率。
為了蒸發(fā)掉料液中的大部分水分，蒸發(fā)時(shí)要耗用大量的生蒸汽，因此，節(jié)約能源，是我們設(shè)計(jì)過程中特別需要考慮的問題。在有效傳熱溫差滿足蒸發(fā)要求的前提下，我們采用三效蒸發(fā)，充分利用蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的二次蒸汽的汽化潛熱，達(dá)到節(jié)能目的。另外，選擇合適的效數(shù)，可以達(dá)到連續(xù)進(jìn)料，連續(xù)出料的目的，提高生產(chǎn)效率。生產(chǎn)的連續(xù)性使得操作過程更穩(wěn)定，更加容易控制。
考慮到果蔬汁對高溫的敏感性，隨著整個(gè)蒸發(fā)過程中其濃度、粘度的變化情況及操作的方便性，選擇并流流程，為了最大可能避免末效可能出現(xiàn)的“干壁”現(xiàn)象，本設(shè)計(jì)在第三效蒸發(fā)器中添加了超聲換能裝置，盡可能縮短果蔬汁在加熱室的停留時(shí)間，增加蒸發(fā)速率，節(jié)約能源，同時(shí)強(qiáng)化傳熱，增大第三效的總傳熱系數(shù)，與此同時(shí)，最大限度保留料液中的有益元素，使其不被破壞，保證產(chǎn)品品質(zhì)。
本次設(shè)計(jì)運(yùn)行的流程是通過以下方案實(shí)現(xiàn)的：
本套提取與蒸發(fā)一體化裝置，主要由管式降膜蒸發(fā)器、分離器、預(yù)熱器、冷凝器、過濾器、超聲換能裝置、進(jìn)料泵、真空泵、水泵、水箱、物料管線、不凝性氣體管線、冷凝水管線、儀表、閥門、控制柜等組成。
在第三效蒸發(fā)器中裝有超聲換能裝置，用來增大第三效的傳熱系數(shù)；同時(shí)，讓其兼做提取設(shè)備、濃縮設(shè)備，實(shí)現(xiàn)一體化效果。
在預(yù)熱器出口安上三通接頭，一條支路連到第一效蒸發(fā)器物料進(jìn)口，另一條支路連接到第三效超聲式蒸發(fā)器物料進(jìn)口，兩條支路均安上閥門。超聲式蒸發(fā)器物料出口（即分離器出口）安裝三通接頭，安上提取閥門和濃縮閥門，其中與超聲式蒸發(fā)器物料出口相連的提取閥門控制的支路連到過濾器進(jìn)口，從過濾器出口接出后，再經(jīng)過物料泵連接到物料平衡罐中；與超聲式蒸發(fā)器物料出口相連的濃縮閥門控制的支路連接到濃縮液儲(chǔ)罐中，或是經(jīng)過泵輸連接到平衡罐中。
末效產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)入冷凝器中，與冷卻水進(jìn)行換熱后，很快冷凝成冷凝水，冷凝水持續(xù)出水，回收至回用水箱循環(huán)使用。整套裝置在蒸發(fā)完成后獲得的濃縮液從末效分離室流入濃縮罐中。冷凝器借助真空泵抽掉整個(gè)蒸發(fā)設(shè)備里的不會(huì)發(fā)生相變的不凝性氣體，使蒸發(fā)器和冷凝器維持真空或負(fù)壓，在負(fù)壓下操作，可以使三效管式降膜蒸發(fā)器中料液產(chǎn)生的二次蒸氣自動(dòng)的從上一效進(jìn)入到下一效，直到進(jìn)入冷凝器中。
本套一體化設(shè)備可以在真空低溫條件下不間斷運(yùn)作，擁有蒸發(fā)效率高、運(yùn)行成本低、節(jié)能降耗、能夠確保物料在蒸發(fā)中不變性的優(yōu)點(diǎn)。
本工藝可以分為提取和濃縮兩個(gè)工段：
(1）提取工段工作原理：物料從物料平衡罐，通過離心泵輸送到預(yù)熱器中進(jìn)行預(yù)熱，加熱到所需溫度后打開預(yù)熱器連接到超聲式蒸發(fā)器支路的閥門，開啟物料泵，借助物料泵把物料輸送到超聲式蒸發(fā)器中；
提取完成后，打開超聲式蒸發(fā)器提取閥門，讓物料和提取液進(jìn)入到過濾器中進(jìn)行過濾澄清，隨后把提取液經(jīng)過泵輸送到平衡罐中，等待下一步蒸發(fā)操作。
(2）濃縮工段工作原理：開啟真空泵，打開各個(gè)進(jìn)料口的閥門，使整個(gè)蒸發(fā)系統(tǒng)處在真空狀態(tài)；物料從物料平衡罐，通過離心泵輸送到預(yù)熱器中進(jìn)行預(yù)熱，加熱到所需溫度后打開預(yù)熱器與第一效蒸發(fā)器物料進(jìn)口相連的支路閥門；濃縮完成后打開與超聲式蒸發(fā)器出料口相連的濃縮閥門，把濃縮液收集到濃縮罐中，或是經(jīng)過泵，再打入平衡罐。
提取與蒸發(fā)一體化的工藝流程圖如圖1所示：
1.預(yù)熱器2.Ⅰ效蒸發(fā)器3.Ⅰ效分離器4.物料泵5.Ⅱ效蒸發(fā)器6.Ⅱ效分離器7.Ⅲ效蒸發(fā)器8.Ⅲ效分離器9.過濾器10.冷凝水泵11.真空泵12.冷凝器13.物料平衡罐
果蔬汁市場的國際化和多元化，使得濃縮果蔬汁加工越來越受重視，要求也越來越高。影響果蔬汁質(zhì)量的因素有非常多，從生鮮蔬果到口感好、營養(yǎng)佳的果蔬汁，每一道生產(chǎn)工序都有著舉足輕重的作用。隨著果蔬汁產(chǎn)能的擴(kuò)大，生產(chǎn)裝備規(guī)模在不斷增大，耗能在不斷增加，一套高效、可靠的的工藝路線、工藝裝備成為很多技術(shù)工作者和投資者尤其關(guān)注的問題。因而越來越多的技術(shù)工作者綜合全面利用自己所學(xué)理論知識(shí)，再總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)際的項(xiàng)目需要投身到工藝技術(shù)創(chuàng)新工作中去。
本文對果蔬汁傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝路線進(jìn)行了改進(jìn)，通過將傳統(tǒng)地分開工作的提取設(shè)備、蒸發(fā)濃縮設(shè)備設(shè)計(jì)成一體，從而簡化工藝流程、節(jié)約設(shè)備布置空間、提高提取效率和濃縮效率，為果蔬汁的生產(chǎn)提供一種新思路。
