CN105561625B - 一种平板降膜式冷冻浓缩器及其冷冻浓缩方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种平板降膜式冷冻浓缩器及其冷冻浓缩方法，包括壳体，所述的壳体内通过导热隔板分割为降膜结冰室、温控室和浓缩液收集室，温控室和降膜结冰室之间的导热隔板为降膜结冰板，浓缩液收集室和降膜结冰室之间的导热隔板为冰水收集板，冰水收集板上靠近降膜结冰板的一端设置有连通降膜结冰室和浓缩液收集室的固液分离网口；溶液进液管、浓缩液回收管、溶液泵和存储罐连通回流。本发明的装置和方法利用降膜方式进行冷量交换，科学的控制降膜溶液流速，精准控制溶液的预冷温度以及载冷剂的温度，使降膜结冰面的冰尽可能的以单晶体冰晶的方式集结生长，这样形成的冰层夹带溶质少，有效成分损失也少。
Description
技术领域
本发明属于多个技术领域，如：制药工程、食品工程、化工、生化工程和环保工程，涉及冷冻浓缩，具体涉及一种平板降膜式冷冻浓缩器及其冷冻浓缩方法。
背景技术
冷冻浓缩作为非加热浓缩技术，可以最大限度地保留食品原有的生鲜风味和营养，其挥发性芳香成分的损失以及酶、色素等热敏性成分的变化极小，其独特的优势，将成为食品加工，中药汤剂生产的热点之一，在实践应用中有着巨大的潜力。目前的冷冻浓缩技术主要有转鼓式、悬浮结冰晶式、气流式，上述技术所产生的冰晶夹带率比较高且难以分离，从而限制了它的推广与使用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种平板降膜式冷冻浓缩器及其冷冻浓缩方法，从根本上解决了冰晶生长过程中的溶质夹带问题，形成的冰晶纯度高，分离方便彻底，是很好的浓缩分离设备。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种平板降膜式冷冻浓缩器，包括壳体，所述的壳体内通过导热隔板分割为降膜结冰室、温控室和浓缩液收集室，降膜结冰室设置在壳体内的上层，温控室和溶液收集室并列设置在壳体内的下层；
温控室和降膜结冰室之间的导热隔板为降膜结冰板，浓缩液收集室和降膜结冰室之间的导热隔板为冰水收集板，冰水收集板上靠近降膜结冰板的一端设置有连通降膜结冰室和溶液收集室的固液分离网口；
所述的降膜结冰室靠近降膜结冰板的顶端安装有溶液进液管，所述的浓缩液收集室靠近冰水收集板的底端设置有浓缩液回收管；溶液进液管、浓缩液回收管、溶液泵和存储罐连通回流；
所述的降膜结冰室靠近冰水收集板的底端设置有冰水回收管；
所述的温控室上连接有载冷剂进液管、载冷剂出液管、解冻剂进液管、解冻剂出液管、载冷剂回收管和解冻剂回收管；
载冷剂进液管、载冷剂出液管和载冷剂泵连通回流，解冻剂进液管、解冻剂出液管和解冻剂泵连通回流。
本发明还具有如下区别技术特征：
所述的降膜结冰室内的顶端还安装有与溶液进液管相连的溶液分布器。
一种平板降膜式冷冻浓缩方法，该方法采用如上所述的平板降膜式冷冻浓缩器，具体包括以下步骤：
步骤一，将壳体倾斜放置，使得降膜结冰板和冰水收集板形成一个倾斜面且降膜结冰板在倾斜面上半部；
步骤二，开启载冷剂泵，保持载冷剂在温控室内循环，开启溶液泵，使得待浓缩的溶液洒布在降膜结冰板上，一部分溶液在降膜结冰板上形成结冰面，剩余溶液通过固液分离网口进入浓缩液收集室中，所述的溶液在降膜结冰板上的流速控制在50～80mm/s；
步骤三，待结冰面的冰层厚度达到8～10mm时，关闭溶液泵，关闭载冷剂泵，打开载冷剂回收管，让温控室的载冷剂排出回收，关闭载冷剂回收管；
步骤四，开启解冻剂泵，保持解冻剂在温控室内循环，打开冰水回收管，待结冰面完全脱落滑至冰水收集面，关闭解冻剂泵，打开解冻剂回收管，让温控室的解冻剂排出回收，关闭解冻剂回收管，待冰水回收管中的冰水排尽，关闭冰水回收管；
步骤五，重复上述步骤二至步骤四，直至待浓缩的溶液达到所需要的浓度。
所述的待浓缩的溶液预冷到0.5～1℃。
所述的载冷剂的温度为-6～-4℃。
所述的载冷剂和解冻剂为同样的物质，区别仅仅在于温度不同。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明是的冷冻浓缩器，与转鼓式、悬浮结冰晶式、气流式冷冻浓缩相比，结构简单，操作方便，而且通过温度的科学控制解决了其他装置和方法在浓缩过程中存在冰晶夹带率比较高，冰晶纯度低且难以分离的问题。本发明利用降膜原理，形成结冰面，通过有效控制结冰的温度，控制溶液的流速，将结冰面夹带的溶质冲刷掉，使溶液生成的冰晶纯净透明，以达到溶质中的溶液与水的分离，使溶液得到浓缩。
本发明的装置和方法利用降膜方式进行冷量交换，科学的控制降膜溶液流速，精准控制溶液的预冷温度以及载冷剂的温度，使降膜结冰面的冰尽可能的以单晶体冰晶的方式集结生长，这样形成的冰层夹带溶质少，有效成分损失也少。
通过该发明的结构特征和浓缩方法的运用，使溶液中的水生成高纯度冰晶，一方面可以减少有效成分损失，另一方面，冰水分离简单。从而达到溶液浓缩的目的，这是其他相关冷冻浓缩装置无法达到的，也是该发明应用成功的关键。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的侧视图。
图中各个标号的含义为：1-壳体，2-降膜结冰室、3-温控室，4-浓缩液收集室，5-降膜结冰板，6-冰水收集板，7-固液分离网口，8-溶液进液管，9-浓缩液回收管，10-溶液泵，11-冰水回收管，12-载冷剂进液管，13-载冷剂出液管，14-解冻剂进液管，15-解冻剂出液管，16-载冷剂回收管，17-解冻剂回收管，18-载冷剂泵，19-解冻剂泵，20-溶液分布器，21-存储罐。
以下结合附图对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例：
遵从上述技术方案，如图1和图2所示，本实施例给出一种平板降膜式冷冻浓缩器，包括壳体1，所述的壳体1内通过导热隔板分割为降膜结冰室2、温控室3和浓缩液收集室4，降膜结冰室2设置在壳体1内的上层，温控室3和浓缩液收集室4并列设置在壳体1内的下层；
温控室3和降膜结冰室2之间的导热隔板为降膜结冰板5，浓缩液收集室4和降膜结冰室2之间的导热隔板为冰水收集板6，冰水收集板6上靠近降膜结冰板5的一端设置有连通降膜结冰室2和浓缩液收集室4的固液分离网口7；
所述的降膜结冰室2靠近降膜结冰板5的顶端安装有溶液进液管8，所述的浓缩液收集室4上设置有浓缩液回收管9；溶液进液管8、浓缩液回收管9、溶液泵10和存储罐21连通回流；
所述的降膜结冰室2靠近冰水收集板6的底端设置有冰水回收管11；
所述的温控室3上连接有载冷剂进液管12、载冷剂出液管13、解冻剂进液管14、解冻剂出液管15、载冷剂回收管16和解冻剂回收管17；载冷剂进液管12、载冷剂出液管13和载冷剂泵18连通回流，解冻剂进液管14、解冻剂出液管15和解冻剂泵19连通回流。
所述的降膜结冰室2内的顶端还安装有与溶液进液管8相连的溶液分布器20，使得溶液分布的更均匀。
实施例2：
本实施例给出一种平板降膜式冷冻浓缩方法，该方法采用如实施例1所述的平板降膜式冷冻浓缩器，具体包括以下步骤：
步骤一，将壳体1倾斜放置，使得降膜结冰板5和冰水收集板6形成一个倾斜面且降膜结冰板5在倾斜面上半部；
步骤二，开启载冷剂泵18，保持载冷剂在温控室3内循环，开启溶液泵10，使得待浓缩的溶液洒布在降膜结冰板5上，一部分溶液在降膜结冰板5上形成结冰面，剩余溶液通过固液分离网口7进入浓缩液收集室4中，所述的溶液在降膜结冰板5上的的流速控制在50～80mm/s；
步骤三，待结冰面的冰层厚度达到8～10mm时，关闭溶液泵10，关闭载冷剂泵18，打开载冷剂回收管16，让温控室3的载冷剂排出回收，关闭载冷剂回收管16；
步骤四，开启解冻剂泵19，保持解冻剂在温控室3内循环，打开冰水回收管11，待结冰面完全脱落滑至冰水收集板6，关闭解冻剂泵19，打开解冻剂回收管17，让温控室3的解冻剂排出回收，关闭解冻剂回收管17，待冰水回收管11中的冰水排尽，关闭冰水回收管11；
步骤五，重复上述步骤二至步骤四，直至待浓缩的溶液达到所需要的浓度。
其中：待浓缩的溶液预冷到0.5～1℃；载冷剂的温度为-6～-4℃；载冷剂和解冻剂为同样的物质，仅仅是温度不同而已。
Claims (6)
1.一种平板降膜式冷冻浓缩器，包括壳体（1），其特征在于：所述的壳体（1）内通过导热隔板分割为降膜结冰室（2）、温控室（3）和浓缩液收集室（4），降膜结冰室（2）设置在壳体（1）内的上层，温控室（3）和浓缩液收集室（4）并列设置在壳体（1）内的下层；
温控室（3）和降膜结冰室（2）之间的导热隔板为降膜结冰板（5），浓缩液收集室（4）和降膜结冰室（2）之间的导热隔板为冰水收集板（6），冰水收集板（6）上靠近降膜结冰板（5）的一端设置有连通降膜结冰室（2）和浓缩液收集室（4）的固液分离网口（7）；
所述的降膜结冰室（2）靠近降膜结冰板（5）的顶端安装有溶液进液管（8），所述的浓缩液收集室（4）上设置有浓缩液回收管（9）；溶液进液管（8）、浓缩液回收管（9）、溶液泵（10）和存储罐（21）连通回流；
所述的降膜结冰室（2）靠近冰水收集板（6）的底端设置有冰水回收管（11）；
所述的温控室（3）上连接有载冷剂进液管（12）、载冷剂出液管（13）、解冻剂进液管（14）、解冻剂出液管（15）、载冷剂回收管（16）和解冻剂回收管（17）；载冷剂进液管（12）、载冷剂出液管（13）和载冷剂泵（18）连通回流，解冻剂进液管（14）、解冻剂出液管（15）和解冻剂泵（19）连通回流；
采用所述的平板降膜式冷冻浓缩器进行的平板降膜式冷冻浓缩方法，具体包括以下步骤：
步骤一，将壳体（1）倾斜放置，使得降膜结冰板（5）和冰水收集板（6）形成一个倾斜面且降膜结冰板（5）在倾斜面上半部；
步骤二，开启载冷剂泵（18），保持载冷剂在温控室（3）内循环，开启溶液泵（10），使得待浓缩的溶液均匀洒布在降膜结冰板（5）上，一部分溶液在降膜结冰板（5）上形成结冰面，剩余溶液通过固液分离网口（7）进入浓缩液收集室（4）中，所述的溶液在降膜结冰板（5）上的流速控制在50～80mm/s；
步骤三，待结冰面的冰层厚度达到8～10mm时，关闭载冷剂泵（18），关闭溶液泵（10），打开载冷剂回收管（16），让温控室（3）的载冷剂完全排出回收，关闭载冷剂回收管（16）；
步骤四，开启解冻剂泵（19），保持解冻剂在温控室（3）内循环，打开冰水回收管（11），待结冰面完全脱落滑至冰水收集板（6），关闭解冻剂泵（19），打开解冻剂回收管（17），让温控室（3）的解冻剂完全排出回收，关闭解冻剂回收管（17），待冰水回收管（11）中的冰水排尽，关闭冰水回收管（11）；
步骤五，重复上述步骤二至步骤四，直至待浓缩的溶液达到所需要的浓度。
2.如权利要求1所述的平板降膜式冷冻浓缩器，其特征在于：所述的降膜结冰室（2）内的顶端还安装有与溶液进液管（8）相连的溶液分布器（20）。
3.一种平板降膜式冷冻浓缩方法，其特征在于：该方法采用如权利要求1所述的平板降膜式冷冻浓缩器，具体包括以下步骤：
步骤一，将壳体（1）倾斜放置，使得降膜结冰板（5）和冰水收集板（6）形成一个倾斜面且降膜结冰板（5）在倾斜面上半部；
步骤二，开启载冷剂泵（18），保持载冷剂在温控室（3）内循环，开启溶液泵（10），使得待浓缩的溶液均匀洒布在降膜结冰板（5）上，一部分溶液在降膜结冰板（5）上形成结冰面，剩余溶液通过固液分离网口（7）进入浓缩液收集室（4）中，所述的溶液在降膜结冰板（5）上的流速控制在50～80mm/s；
步骤三，待结冰面的冰层厚度达到8～10mm时，关闭载冷剂泵（18），关闭溶液泵（10），打开载冷剂回收管（16），让温控室（3）的载冷剂完全排出回收，关闭载冷剂回收管（16）；
步骤四，开启解冻剂泵（19），保持解冻剂在温控室（3）内循环，打开冰水回收管（11），待结冰面完全脱落滑至冰水收集板（6），关闭解冻剂泵（19），打开解冻剂回收管（17），让温控室（3）的解冻剂完全排出回收，关闭解冻剂回收管（17），待冰水回收管（11）中的冰水排尽，关闭冰水回收管（11）；
步骤五，重复上述步骤二至步骤四，直至待浓缩的溶液达到所需要的浓度。
4.如权利要求3所述的平板降膜式冷冻浓缩方法，其特征在于：所述的待浓缩的溶液预冷到0.5～1℃。
5.如权利要求3所述的平板降膜式冷冻浓缩方法，其特征在于：所述的载冷剂的温度为-6～-4℃。
6.如权利要求3所述的平板降膜式冷冻浓缩方法，其特征在于：所述的载冷剂和解冻剂为同样的物质。
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