[实用新型]一体式溶液冷冻浓缩设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及溶液浓缩技术领域，具体涉及一体式溶液冷冻浓缩设备。

背景技术

水溶液的浓缩通常的方法有：1）蒸发浓缩，使用常压蒸发和单效或多效真空蒸发进行蒸发浓缩。该方法技术成熟，应用广泛，但其要求在高温下进行，容易破坏热敏性组分以致变性或造成香味挥发或风味组分损失。例如，蒸发浓缩果蔬汁时，往往会造成维生素的破坏，颜色加深，口感和风味改变等负面影响。2）超滤或纳滤浓缩，使用膜分离技术，在压力下使溶液中的水分子穿过半透膜，而截留分子量大于水分子的其它物质，从而得到浓缩的溶液。使用该方法的缺点，当溶液中含有多种复杂组分，特别是胶体的时候，膜孔极易被堵塞，或是膜中毒失效。3）吸收（剂）浓缩，使用吸水剂（如分子筛、硅胶等）吸收水溶液中的水分，达到浓缩溶液的目的。然而，如果溶液中含复杂组分（特别是胶体）时，容易污染吸水剂使其失效，且吸收剂再生困难，因而限制了其广泛应用。

为克服上述浓缩方法所存在的问题，现有技术出现了冷冻浓缩的方法，该方法把溶液冷却至冰点以下，使得部分水结冰析出以成为可分离的纯净的冰晶，接着把冰晶分离，从而得到增加浓度的溶液。

其中，冷冻浓缩分为层结晶（也称渐进结晶）和悬浮式结晶。层结晶冷冻浓缩指在冷冻壁面上形成层状的冰晶覆盖。所需的设备较为简单，容易实现。但层结晶的冰晶内会包裹、夹带相当数量的母液，以致母液无法从冰晶中分离，造成有效成分溶质的损失。而且，层结晶的冰晶一旦形成并覆盖在用于提供冷冻制冷面上，整个冷缩设备的传热传质速率即会大大下降，这样溶液浓缩的进程也变得极其缓慢，无法有效提高浓缩比。对此，现有技术采用刮面式换热器使水溶液降温至冰点以下，然后使水分结冰，接着刮刀又不断将换热器制冷面上的大量结冰刮落并转移至悬浮到溶液中，形成由冰晶与母液组成的冰浆。冰晶则通过所谓奥斯特瓦尔德熟化效应，从初始的数个微米级尺寸生成为数百微米的最终尺寸，从而有可能经济地实现冰晶和母液的分离。

近年来，我国科技工作者对冷冻浓缩的应用做了大量的探讨和研究，尽管已有相关文献报道了冷冻浓缩这一技术，但目前的研发工作主要仍停留的实验室阶段，尤其在采用的研究方法和实验设备方面，多采用简单设计的实验装置或者玻璃仪器，基本没有专用高效的实验设备。而冷冻浓缩过程是一个涉及到水的传热传质的结晶过程，其装备的合理与否，将直接影响冷冻浓缩的效果。

此外，实践中发现，冷冻浓缩的冰晶与母液的分离是一个难题。这是因为熟化后冰晶颗粒依然很小，有巨大的比表面积，自然渗滤无法将粘稠的母液彻底从自然堆积的冰晶中分离，而大量的母液仍会粘附滞留在冰晶之间。现有工业上使用离心的方法进行固液分离，企图利用离心力克服粘稠母液的粘性和表面张力，以把液相甩掉。然而，从水的三相图可知，冰的融点随着压力的增加而上升。因此冰晶受压后，会产生“压融效应”，即，一部分冰晶在离心力场中被压融成水，与母液一同穿过滤网，而另一部分冰晶受压融合，形成闭孔冰糕，这样冰晶堆积床的多孔渗水的特性遭到破坏，致使在冰晶中的母液无法被离心力甩出，以致无法达到冰晶与母液分离的效果。

发明内容

针对现有技术存在上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种能够高效浓缩溶液的一体式溶液冷冻浓缩设备，该溶液冷冻浓缩设备具有结构紧凑的优点、浓缩效果好的优点。

为实现上述目的之一，本实用新型提供以下技术方案：

提供一体式溶液冷冻浓缩设备，包括刮面换热器、设于所述换热器内的转轴、环绕所述转轴的螺旋式刮刀、连接于所述刮面换热器开口的隔热保温的结晶-洗涤室，所述刮面换热器的壁面为冷冻壁面，所述转轴连接有驱动电机，该转轴的轴心方向与所述结晶-洗涤室的轴心方向相同，所述结晶-洗涤室的顶部设有原料储箱、预冷洗涤水的水箱和排放所述结晶-洗涤室内空气的逸气管，所述水箱和所述结晶-洗涤室之间设有进水阀，所述结晶-洗涤室的腔体设有阻隔冰晶的隔板，所述刮面换热器与所述结晶-洗涤室之间连有外循环回路。

其中，所述刮面换热器的底部连接有原料箱和产品储箱，所述原料箱通过进料阀与所述刮面换热器的底部连接，所述产品储箱通过排料阀与所述刮面换热器连接。

其中，所述刮面换热器的底部开设有料口，所述料口插接有输出管，所述原料箱和所述产品储箱均与所述输出管连接。

其中，所述外循环回路通过连接所述输出管与所述刮面换热器的底部连接。

其中，所述刮面换热器的底面设为斜面，所述料口开设于所述斜面下降的端部。

其中，所述结晶-洗涤室的壁面为双层壁面，所述双层壁面之间是隔热保温的空气层；