一種冷凍濃縮設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種溶液的冷凍濃縮設(shè)備，屬于輕工領(lǐng)域的濃縮技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]水溶液通過濃縮可大幅減小重量和體積，節(jié)省了包裝和貯藏運(yùn)輸成本，由于濃縮液可溶性固形物含量較高，不容易腐敗變質(zhì)，便于后續(xù)加工或適合于長途運(yùn)輸進(jìn)行國內(nèi)國際貿(mào)易。因此，濃縮被廣泛應(yīng)用于食品、天然產(chǎn)物提取、化工等多個(gè)領(lǐng)域。水溶液濃縮本質(zhì)上就是一個(gè)除水過程，目前主要方法主要有熱力濃縮、反滲透濃縮和冷凍濃縮。
[0003]冷凍濃縮是將溫度降至水的冰點(diǎn)以下，使水分以冰晶的方式從溶液中析出而除去。由于是在低溫下濃縮，能避免有效成份變化，很好地保持品質(zhì)。同時(shí)水結(jié)冰能耗只有加熱蒸發(fā)濃縮的約1/7，節(jié)能效果十分顯著。
[0004]結(jié)冰是水溶液冷凍濃縮的主要步驟，目前主要有兩種方法。漸進(jìn)層狀結(jié)晶冷凍濃縮法和懸浮結(jié)晶冷凍濃縮法。漸進(jìn)層狀結(jié)晶是冰晶在冷卻面上產(chǎn)生、成熟和凍結(jié)，溶質(zhì)被排除在液相中，使液相中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸升高。此方法的最大優(yōu)點(diǎn)是形成一個(gè)整體的冰晶，固液界面小，所以濃縮后期濃縮液與冰晶分離時(shí)易于操作。然而，由于漸進(jìn)冷凍是在過冷面上形成凍結(jié)的冰層，由于冰的傳熱系數(shù)是非常小的，隨著冰層逐漸加厚，水分凍結(jié)速率會(huì)越來越慢，如何提高傳熱效率是該方法在應(yīng)用中需突破的障礙。此外，由于冰晶在冷卻面形成和生長，會(huì)在設(shè)備內(nèi)的冷卻結(jié)構(gòu)上，如罐壁、盤管、換熱器表面形成較厚冰層，后期融冰不僅需要大量的能量而且清理十分困難，成為該項(xiàng)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的又一障礙。因此，層狀結(jié)晶冷濃縮方法在小型容器中較易實(shí)現(xiàn)，但隨著罐體容量的增加、罐壁凍結(jié)冰層逐漸加厚，傳熱阻力急劇增加，完成罐體內(nèi)水溶液的整體凍結(jié)需要數(shù)天時(shí)間，應(yīng)用于一定規(guī)模的生產(chǎn)非常困難。
[0005]懸浮結(jié)晶冷凍濃縮法通過大量懸浮分散于水溶液中的冰晶生長、分離實(shí)現(xiàn)濃縮，稱為懸浮結(jié)晶。由于溶液中產(chǎn)生了大量的懸浮冰晶，單位體積溶液內(nèi)冰晶的比表面積很大，能夠迅速地形成純度較高冰晶體，并大幅度的提高濃縮終點(diǎn)，這是該冷凍方式的優(yōu)點(diǎn)。由于懸浮結(jié)晶的冰晶顆粒小、表面積大，吸附的溶質(zhì)也比較多；尤其是隨著濃縮度增加冰晶和汁液分離將更加困難。由于懸浮結(jié)晶冷凍濃縮法的冰晶產(chǎn)生、生長以及濃縮后期的固液分離、冰晶清洗等單元操作必須在不同設(shè)備中完成，設(shè)備和配套設(shè)施多，工藝流程和操作復(fù)雜，造價(jià)高，生產(chǎn)過程容易污染，設(shè)備投資及運(yùn)營成本高，在生產(chǎn)中應(yīng)用有很大的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決以上技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種冷凍濃縮設(shè)備，本實(shí)用新型提供了的冷凍濃縮設(shè)備，其主要由不銹鋼罐體、冷媒夾套、加熱夾套、導(dǎo)熱板、減速電機(jī)、螺旋槳攪拌、進(jìn)料孔、脫氣孔、出渣口等組成，該設(shè)備傳熱效率高，能實(shí)現(xiàn)水溶液在罐內(nèi)的快速凍結(jié)和冰體的快速融化和徹底清除。該設(shè)備對各類水溶液都具有很好的適應(yīng)性，可用于果汁、發(fā)酵液、植物提取物等水溶液的濃縮，也適用于含有大量懸浮物漿液的濃縮，如水果打漿后的果漿。在單一罐體內(nèi)可同時(shí)完成取汁、過濾澄清、溶液凍結(jié)、冰晶分離和融冰等操作過程，并獲得高品質(zhì)的澄清濃縮溶液。該實(shí)用新型具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、配套設(shè)施少、工藝流程和操作簡捷、投資和運(yùn)行費(fèi)用低、換熱效率高節(jié)能降耗等性能優(yōu)勢。
[0007]本實(shí)用新型提供的冷凍濃縮設(shè)備，包括罐體(I)，所述罐體的下面焊接有罐腳
(18)，
[0008]所述罐體(I)為圓柱形的不銹鋼罐，罐體(I)的側(cè)壁設(shè)有冷媒夾套(14)，罐體(O的底部為圓弧形，底部設(shè)有加熱夾套(15)，罐內(nèi)側(cè)壁上徑向垂直交替焊接有若干塊不銹鋼導(dǎo)熱寬板(10)和導(dǎo)熱窄板(11)，罐蓋上設(shè)有觀察孔(2)、進(jìn)料孔(3)、測溫器(4)、脫氣孔(5)、減速電機(jī)(6)，減速電機(jī)(6)下連有攪拌槳(7)，罐底中心位置設(shè)有快裝盲板出渣口(13),其上部置有濾網(wǎng)(12)、快裝盲板出渣口( 13)中心開孔為濃縮液及融冰水出口(20)，罐體(I)外設(shè)有聚氨酯保溫層(19)。
[0009]所述導(dǎo)熱板的垂直高度接近罐體圓柱形部分的高度，導(dǎo)熱板按徑向?qū)挾确譃閷挵搴驼鍍煞N，寬版寬度比罐體半徑小(5-10)厘米，窄板寬度(cm) =1/2罐體半徑，寬板和窄板以間距5cm?20cm交替緊密焊接在罐體側(cè)壁上，導(dǎo)熱板表面作拋光處理，導(dǎo)熱板可增加???內(nèi)換熱面積6-40倍。
[0010]所述攪拌漿為螺旋槳式攪拌槳，根據(jù)罐體的大小和水溶液的粘稠度可在攪拌軸上安裝1-5個(gè)攪拌槳。
[0011]在罐底中心位置設(shè)快裝盲板出渣口，直徑在10-30cm。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果
[0013]本實(shí)用新型在冷凍濃縮罐的圓柱體側(cè)壁上垂直、徑向焊接多塊不銹鋼導(dǎo)熱板，這種設(shè)計(jì)與罐體側(cè)壁傳熱方式比較可增加罐內(nèi)換熱面積6?40倍，顯著提高罐內(nèi)水分結(jié)晶的傳熱效率。利用設(shè)備的這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)懸浮結(jié)晶與層狀結(jié)晶兩種方法的揚(yáng)長避短的組合并在一個(gè)罐體內(nèi)完成。
[0014]本實(shí)用新型冷凍濃縮采用了兩個(gè)階段完成，第一階段采用懸浮結(jié)晶法，充分利用浮冰晶比表面積大、水分結(jié)晶迅速的優(yōu)勢。此階段通過攪拌槳轉(zhuǎn)速和冷媒溫度控制促進(jìn)結(jié)晶均勻的迅速生長，尤其利用導(dǎo)熱板的特性使傳熱均勻、避免局部溫差過大和出現(xiàn)層狀結(jié)晶凍結(jié)。本實(shí)用新型與現(xiàn)有懸浮結(jié)晶方法不同之處在于:結(jié)晶和母液并不需要移出冷凍濃縮罐進(jìn)行復(fù)雜的冰晶分離操作，而是在罐內(nèi)繼續(xù)降溫直接進(jìn)行層狀結(jié)晶。
[0015]第二階段采用層狀結(jié)晶凍結(jié)，以充分利用層狀結(jié)晶的冰晶體大、濃縮液較易分離的優(yōu)勢。借助于本實(shí)用新型的導(dǎo)熱板，可使罐內(nèi)的換熱面積增加6?40倍，顯著改善層狀結(jié)晶的傳熱速率、縮短了傳熱距離，也為水分結(jié)晶狀凍結(jié)提供了 6?40倍的結(jié)晶表面，突破了層狀結(jié)晶熱傳效率低的障礙，實(shí)現(xiàn)了罐內(nèi)溶液的整體凍結(jié)。克服了傳統(tǒng)層狀結(jié)晶冰結(jié)傳熱效率低、無法實(shí)現(xiàn)一定規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的限制。
[0016]目前生產(chǎn)上為實(shí)現(xiàn)冷凍濃縮，需要配備多臺(tái)設(shè)備以完成濃縮前后多道工序。如制備濃縮澄清果汁，需要榨汁(取汁)、過濾澄清、冷凍濃縮幾工序和相應(yīng)設(shè)備，生產(chǎn)過程需要設(shè)備多，工藝流程及操作復(fù)雜，設(shè)備投資及運(yùn)營成本高。
[0017]本實(shí)用新型冷凍濃縮罐將各工序的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式及設(shè)備的結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)在單個(gè)罐體中，完成取汁、過濾澄清、冷凍濃縮等幾個(gè)工序。由于本實(shí)用新型冷凍濃縮罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以在生產(chǎn)規(guī)模上實(shí)現(xiàn)罐內(nèi)水溶液的整體凍結(jié)，凍結(jié)過程中一方面將懸浮物質(zhì)凍結(jié)在冰體中，另一方面由冰晶顆粒構(gòu)成的凍結(jié)冰體是一個(gè)很好的過濾床層，將懸浮微粒有效地阻滯在冰晶體中。當(dāng)濃縮液從冰體中折出時(shí)不但實(shí)現(xiàn)了濃縮，同時(shí)還去除了懸浮物，因此，本實(shí)用新型具有在單一罐體內(nèi)完酶解、取汁、過濾澄清和濃縮等多個(gè)工序的性會(huì)K。
[0018]本實(shí)用新型在罐體側(cè)壁垂直、徑向焊接的導(dǎo)熱板將罐內(nèi)的凍結(jié)物分割成多個(gè)獨(dú)立的豎直冰柱，結(jié)合罐底加熱夾套的設(shè)計(jì)，在罐底形成一個(gè)融冰區(qū)域。當(dāng)冰柱下端被罐底加熱融化產(chǎn)生融冰水后，在重力作用下冰柱整體會(huì)逐漸滑落浸入罐底融冰水中，被連續(xù)地加熱融化，該設(shè)備具有凍結(jié)冰體融化和清除簡易、徹底和快速的特點(diǎn)。罐底設(shè)計(jì)的大口徑快裝盲板出渣口適于罐內(nèi)皮籽、果肉等懸浮物排放。設(shè)備上端設(shè)有脫氣孔，可以方便地脫除溶液中的氣體，減少氧化。