含传热缓冲层的管式循环冷冻浓缩装置及其冷冻浓缩方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种含传热缓冲层的管式循环冷冻浓缩装置，所述管式循环冷冻浓缩装置包括至少一组冷冻浓缩套管，所述冷冻浓缩套管由一内管、一传热缓冲层和一外管组成，所述传热缓冲层包覆于所述内管的管壁外表面，所述外管套设于所述内管外，且其管壁内表面与所述传热缓冲层之间留有空间；待浓缩料液循环通入所述内管中，冷载体循环通入所述外管的管壁内表面与所述传热缓冲层之间的空间。本发明专利技术还提供一种冷冻浓缩方法，所述方法使用至少一组冷冻浓缩套管。本发明专利技术的含传热缓冲层的管式循环冷冻浓缩装置能够实现精确、平稳地控制料液温度的下降速率，有利于获得良好的浓缩效果，且具有容易组装、操作简单、对电气控制元件的精密性要求较低等优点。

Tubular circulating freeze concentration device with heat transfer buffer layer and freezing concentration method thereof

The present invention relates to a tube type circulating freeze concentrating device containing a heat transfer buffer layer, which comprises at least one set of frozen concentrating sleeves consisting of an inner tube, a heat transfer buffer layer and an outer tube, and the heat transfer buffer layer is covered with the outer surface of the tube wall, and the heat transfer buffer layer is covered with the outer surface of the tube. The outer tube is located outside the inner tube, and there is space between the inner surface of the tube wall and the heat transfer buffer layer, and the cooling carrier circulates into the space between the inner surface of the tube wall of the outer tube and the heat transfer buffer layer in the inner tube of the inner tube. The invention also provides a freezing concentration method, which uses at least one set of freezing concentrated bushing. The tube circulating freezing and concentrating device containing the heat transfer buffer layer can accurately and smoothly control the drop rate of the liquid temperature, and is beneficial to obtain good concentration effect, and has the advantages of easy assembly, simple operation and low precision requirements for electrical control elements.

【技术实现步骤摘要】
含传热缓冲层的管式循环冷冻浓缩装置及其冷冻浓缩方法
本专利技术属于液体料液的冷冻浓缩
，特别是涉及一种含传热缓冲层的管式循环冷冻浓缩装置及其浓缩方法。
技术介绍
冷冻浓缩是食品、营养制品和生物制药等行业常用的、在冰点温度以下操作的液态物料浓缩技术。与蒸发浓缩技术相比，在有效回收液态物料的热敏性天然芳香风味物质、蛋白质、酶、多糖、多酚、水溶性维生素等生物活性成分方面具有极大的优势。目前，渐进式冷冻浓缩技术是该领域非常受欢迎的一类技术，因为它具有非常明显的优点，设备结构相对简单，投资较小，操作也比较简便。渐进式冷冻浓缩已演化出管式、降膜式、部分结冰式、转鼓式、带式等基于不同操作方式的浓缩装置或设备，其中管式循环渐进式冷冻浓缩装置是一种效率较高的浓缩方式，因为通过管式循环中料液不停的流动，可很好消除冰层表面的浓差极化现象，并可提高传热效率。管式循环冷冻浓缩装置，其内管循环流动的是被浓缩的料液，外管层循环流动的是冷载体，通过冷载体提供冷量逐步将内管流动的料液降温并形成冰晶层，随着冰层的逐渐增厚，液态水减少，溶质浓度增大，溶液得到浓缩。然而，管式循环冷冻浓缩装置能否获得良好的浓缩效果，关键决于装置能否在合适的料液流速下在内壁形成理想的大晶核，同时又能精确和平稳地控制料液的降温速率，让内壁上的冰晶成长为冰层。目前公开的渐进式管式循环冰冷冻浓缩相关的装置或方法较少，其控制料液中冰晶成长的方式主要是通过同时控制冷载体和被浓缩料液的流速/流量，或者结合制冷系统对冷载体的降温速率的控制来实现，如：“前进冷冻浓缩控制方法”(公开号CN1593248A)即是通过同时控制循环管内料液和外层冷却介质的流速/流量来控制冰晶的生长速度，但该方法采用的是冷载体层外管直接对内管进行降温，要做到精确平稳的降温速率控制，对设备制冷系统、冷载体循环系统和相应的配件及电气控制元件的精密性要求非常高，在实际操作上也存在较多困难。由此，目前管式循环渐进式冷冻浓缩装置的现有技术存在的主要问题是，管式循环冷冻浓缩装置中料液管外缺乏对冷载体温度的缓冲控制部件，难以做到对料液温度下降速率实际有效的平稳控制，尤其是在料液管内壁形成冰核的初期阶段，料液管内壁温度变化的精密性更为重要，因为它直接影响初期形成冰晶的形态，进而影响是否有浓缩效果。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的在于，提供一种含传热缓冲层的管式循环冷冻浓缩装置，其能够实现精确、平稳地控制料液温度的下降速率，有利于获得良好的浓缩效果，且具有容易组装、操作简单、对设备的精密性要求较低等优点。本专利技术采取的技术方案如下：一种含传热缓冲层的管式循环冷冻浓缩装置，包括至少一组冷冻浓缩套管，所述冷冻浓缩套管由一内管、一传热缓冲层和一外管组成，所述传热缓冲层包覆于所述内管的管壁外表面，所述外管套设于所述内管外，且其管壁内表面与所述传热缓冲层之间留有空间；待浓缩料液循环通入所述内管中，冷载体循环通入所述外管的管壁内表面与所述传热缓冲层之间的空间。相对于现有技术中，为了提高冷量传导速率而用外管直接对内管进行降温的常规手段，本专利技术在内管与外管之间增加了传热缓冲层，所述传热缓冲层能够起到传热缓冲作用，可以将外管中的冷载体提供的冷量平稳传递给内管，避免内管中料液的降温速率过快而造成局部过冷现象，从而防止生成溶质夹带量大的异相枝状冰晶，因此内管的管壁内表面可形成初始大晶核，并在冰层增厚过程中减少溶质夹带，进而有利于获得良好的浓缩效果。由此，本专利技术的含传热缓冲层的管式循环冷冻浓缩装置，能够实现对料液温度的变化速率平稳、精确控制，从而获得理想的溶液分配系数和浓缩率。另外，正由于所述传热缓冲层能够使内管中的料液平稳降温，因此只需要将外管中冷载体的温度控制在设定温度±1℃范围内即可，该温度差范围在目前工业化生产中容易实现和控制，因而可以大大地降低设备费用(高精度控温系统的费用)和操作的难易程度(可采用三段式降温方式)。本专利技术的含传热缓冲层的管式循环冷冻浓缩装置适用于对无悬浮颗粒的料液的冷冻浓缩，尤其适用于极易在冷冻浓缩中形成夹带的料液，具有容易组装、操作简单、对设备的精密性要求较低等优点。进一步地，所述内管和外管的材料均为金属，所述传热缓冲层的导热系数为0.2～0.8W/(m·K)。通过限定传热缓冲层的导热性能，有利于内管中料液的平稳下降。进一步地，所述传热缓冲层的厚度为2～10mm。通过限定传热缓冲层的厚度在合适范围内，有利于内管中料液的平稳下降。进一步地，包括两组或三组冷冻浓缩套管，且任意两组冷冻浓缩套管的两内管串联或并联，任意两组冷冻浓缩套管的两外管串联或并联。根据实际的情况，所述冷冻浓缩套管之间有多种组合连接方式，以匹配不同的浓缩生产效率要求。进一步地，共包括两组冷冻浓缩套管，还包括料液桶、料液循环泵、冷载体循环管、冷载体第一循环泵；所述两组冷冻浓缩套管竖直于地面设置，所述料液桶设在所述两组冷冻浓缩套管的上方；所述两组冷冻浓缩套管中的两内管串联，其上端通过管道相互连接，下端通过管道相互连接，且所述两内管上端之间的管道设有料液进口，其下端之间的管道设有料液出口；所述料液桶与所述料液进口连接，所述料液循环泵设在所述两内管上端之间的管道上；所述两内管组成料液流通的循环回路；所述两组冷冻浓缩套管中的两外管并联，其上端通过管道相互连接，下端通过管道相互连接，且所述两外管的上端之间的管道设有冷载体出口，其下端之间的管道设有冷载体进口；所述冷载体进口与冷载体出口通过所述冷载体循环管连接，所述冷载体第一循环泵设在所述冷载体循环管上；所述两外管与所述冷载体循环管组成冷载体流通的循环回路。通过将料液桶设在所述两组冷冻浓缩套管的上方，能够利用料液自身重力将其灌注于内管中，减少设备能耗。通过两内管的串联和两外管的并联，能够保证冷量的传导效率，同时满足浓缩生产效率要求。进一步地，还包括计量桶、制冷系统和冷载体第二循环泵；所述计量桶设在所述两组冷冻浓缩套管上方，并与所述两内管上端之间的管道连接；所述冷载体循环管包括并联设置的第一支管与第二支管、以及上主干管和下主干管，所述第一支管的一端与所述第二支管的一端汇合后，通过所述上主干管与所述冷载体出口连接，形成；所述第一支管的另一端与所述第二支管的另一端汇合后，通过所述下主干管与所述冷载体进口连接；所述冷载体第一循环泵设在所述第一支管上，所述制冷系统和所述冷载体第二循环泵分别设在所述第二支管上，且所述冷载体第二循环泵的进料口与所述制冷系统连接，其出料口与所述下主干管连接。通过设置所述计量桶，一方面可在冷冻浓缩前根据内管是否有料液溢出至计量桶，判断内管中的料液是否充满，另一方面可在冷冻浓缩过程中，根据计量桶收集的外溢料液体积换算出内管形成的冰层厚度，从而可得知料液的浓缩情况。所述制冷系统为冷冻浓缩过程及时提供冷量。所述冷载体第二循环泵为冷载体依次在所述两外管、上主干管、第二支管和下主干管之间的循环流动提供动力。进一步地，还包括冷载体温度平衡箱，所述冷载体温度平衡箱设在所述下主干管上，其内部设有多层挡板。所述冷载体温度平衡箱能使分别来自第一支管和第二支管的不同温度的冷载体在其内部快速、充分混合。进一步地，还包括操作控制面板、内管温度探头、冷载体温度探头和电磁阀；所述操作控制面板分别与所述冷载体温度探头本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含传热缓冲层的管式循环冷冻浓缩装置，其特征在于：包括至少一组冷冻浓缩套管，所述冷冻浓缩套管由一内管、一传热缓冲层和一外管组成，所述传热缓冲层包覆于所述内管的管壁外表面，所述外管套设于所述内管外，且其管壁内表面与所述传热缓冲层之间留有空间；待浓缩料液循环通入所述内管中，冷载体循环通入所述外管的管壁内表面与所述传热缓冲层之间的空间。

【技术特征摘要】
1.一种含传热缓冲层的管式循环冷冻浓缩装置，其特征在于：包括至少一组冷冻浓缩套管，所述冷冻浓缩套管由一内管、一传热缓冲层和一外管组成，所述传热缓冲层包覆于所述内管的管壁外表面，所述外管套设于所述内管外，且其管壁内表面与所述传热缓冲层之间留有空间；待浓缩料液循环通入所述内管中，冷载体循环通入所述外管的管壁内表面与所述传热缓冲层之间的空间。2.根据权利要求1所述的含传热缓冲层的管式循环冷冻浓缩装置，其特征在于：所述内管和外管的材料均为金属，所述传热缓冲层的导热系数为0.2～0.8W/(m·K)。3.根据权利要求2所述的含传热缓冲层的管式循环冷冻浓缩装置，其特征在于：所述传热缓冲层的厚度为2～10mm。4.根据权利要求1-3任一项所述的含传热缓冲层的管式循环冷冻浓缩装置，其特征在于：包括两组或三组冷冻浓缩套管，且任意两组冷冻浓缩套管的两内管串联或并联，任意两组冷冻浓缩套管的两外管串联或并联。5.根据权利要求4所述的含传热缓冲层的管式循环冷冻浓缩装置，其特征在于：共包括两组冷冻浓缩套管，还包括料液桶、料液循环泵、冷载体循环管、冷载体第一循环泵；所述两组冷冻浓缩套管竖直于地面设置，所述料液桶设在所述两组冷冻浓缩套管的上方；所述两组冷冻浓缩套管中的两内管串联，其上端通过管道相互连接，下端通过管道相互连接，且所述两内管上端之间的管道设有料液进口，其下端之间的管道设有料液出口；所述料液桶与所述料液进口连接，所述料液循环泵设在所述两内管上端之间的管道上；所述两内管组成料液流通的循环回路；所述两组冷冻浓缩套管中的两外管并联，其上端通过管道相互连接，下端通过管道相互连接，且所述两外管的上端之间的管道设有冷载体出口，其下端之间的管道设有冷载体进口；所述冷载体进口与冷载体出口通过所述冷载体循环管连接，所述冷载体第一循环泵设在所述冷载体循环管上；所述两外管与所述冷载体循环管组成冷载体流通的循环回路。6.根据权利要求5所述的含传热缓冲层的管式循环冷冻浓缩装置，其特征在于：还包括计量桶、制冷系统和冷载体第二循环泵；所述计量桶设在所述两组冷冻浓缩套管上方，并与所述两内管上端之间的管道连接；所述冷载体循环管包括并联设置的第一支管与第二支管、以及上主干管和下主干...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖彩虎，王锦红，钟瑞敏，谢思芸，肖仔君，门戈阳，邹庆平，
申请(专利权)人：韶关学院，
类型：发明
国别省市：广东,44