一种双夹层结构的渐进式冷冻浓缩设备制造技术

本实用新型专利技术涉及一种双夹层结构的渐进式冷冻浓缩设备，该设备包括结晶浓缩单元、冷载体温度控制单元以及参数控制与自动记录单元；所述结晶浓缩单元包括结晶浓缩罐、外夹层温度探头和多组温度记录探头；所述结晶浓缩罐的侧壁为双夹层结构，包括通有载体Ⅰ的内夹层和通有冷载体Ⅱ的外夹层，所述载体Ⅰ为具有传热缓冲特性的食品级载体，所述冷载体Ⅱ为抗冻冷载体；所述外夹层温度探头设在所述外夹层的内部；所述多组温度记录探头设在所述结晶浓缩罐内。本实用新型专利技术的设备能在冷冻浓缩过程中实现对料液温度的稳定、精确控制，其具有冷冻浓缩效果好、对不同料液的通用性强、自动化程度高、有利于优化工艺条件等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种双夹层结构的渐进式冷冻浓缩设备
本技术属于低温加工
，特别是涉及一种双夹层结构的渐进式冷冻浓缩设备。
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。根据溶液中冰核形成和冰晶去除的不同方式，冷冻浓缩可分为悬浮式和渐进式两大技术体系。其中悬浮式冷冻浓缩装备结构非常复杂，造价高昂，在生产应用投资上受到一定限制。渐进式冷冻浓缩与传统的悬浮式冷冻浓缩的操作原理不同，是将结晶罐中的溶液在冷载体层另一侧形成大冰晶层，随着冰层的逐渐增厚，溶液得到浓缩。渐进式冷冻浓缩的一个显著特点是冰晶在结晶罐中形成一个片状或环状体冰晶，固液界面小，不仅使冰晶与浓缩液的分离变得非常容易，还可以降低因冰晶夹带而造成的溶质损失，而且冰晶的生成、成长以及与浓缩液的分离都在一个系统内完成，设备结构相对简单，操作方便。目前国内外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。现有的渐进式冷冻浓缩相关的装置或方法，大多基于冷载体单夹层包裹的结晶浓缩罐结构，而且大多缺乏冷载体温度控制装置和操作参数控制与记录系统，例如：CN104886702A公开的“一种澄清浓缩果汁的制备方法”使用一种冷载体单夹层搅拌型渐进式局部结冰冷冻浓缩罐，由于没有设置冷载体夹层温度控制装置，这种冷冻浓缩结晶罐虽然可以实现罐内料液的冻结，但难以克服树枝状的异相冰晶的生成，会影响浓缩效果。此外，目前公开的其它一些渐进式冷冻浓缩技术，如：CN1593248A公开的“前进冷冻浓缩控制方法”使用的是单夹层管式循环渐进式冷冻浓缩装置；CN1442222A公开的“小型冷冻浓缩设备”属于底部局部冻结的渐进式冷冻浓缩装置；CN104178408A公开的“食醋的冷冻浓缩工艺”和CN101991157A公开的“一种果汁的冷冻浓缩方法”均为采用冷库或冰箱将果汁或食醋冻结后再解冻的简易方法，缺乏对冷冻浓缩工艺运行参数的精确控制。由此可见，现有的渐进式冷冻浓缩装置或设备主要存在以下问题：1)缺乏结晶罐冷载体温度变化速率的精确稳定控制，影响冷冻浓缩效果。为了实现料液的持续降温，需要结晶罐冷载体夹层持续给罐内料液提供冷量，如果没有冷载体温度的精确稳定控制，往往导致罐内靠近壁面的液料出现较大的局部过冷度，形成枝状异相冰晶，并在主干枝上产生更高级的分枝(即二次成核)，包裹溶质分子，导致溶质夹带量增大，严重影响浓缩效果。2)缺乏冷冻浓缩料液温度变化速率的精确稳定控制，导致设备对不同性状类型的液体冷冻浓缩的通用性低。3)缺乏后期解冻阶段的科学处理手段，影响生产效率。渐进式冷冻浓缩结束后，将进入夹带冰的解冻工序，在保温系统内大冰块的自然解冻是非常缓慢的，甚至需要数天时间，将严重影响设备的生产效率。4)缺乏全程运行工艺参数的实时记录功能，不利于分析和优化冷冻浓缩工艺条件。
技术实现思路
基于此，本技术的目的在于，提供一种双夹层结构的渐进式冷冻浓缩设备，该设备能在冷冻浓缩过程中实现对料液温度的稳定、精确控制，其具有冷冻浓缩效果好、对不同料液的通用性强、自动化程度高、有利于优化工艺条件等优点。本技术采取的技术方案如下：一种双夹层结构的渐进式冷冻浓缩设备，包括结晶浓缩单元、冷载体温度控制单元以及参数控制与自动记录单元；所述结晶浓缩单元包括结晶浓缩罐、外夹层温度探头和多组温度记录探头；所述结晶浓缩罐的侧壁为双夹层结构，包括通有载体Ⅰ的内夹层和通有冷载体Ⅱ的外夹层，所述载体Ⅰ为具有传热缓冲特性的食品级载体(导热系数介于0.02～0.20w/m·℃的食品级载体)，所述冷载体Ⅱ为抗冻冷载体(由丙二醇、乙醇、水组成的混合液)；所述外夹层温度探头设在所述外夹层的内部；所述多组温度记录探头设在所述结晶浓缩罐内；所述冷载体温度控制单元包括装有冷载体Ⅱ的冷载体罐、温度平衡控制箱、制冷压缩机、热交换器、第一低温循环泵和第二低温循环泵；所述冷载体罐、温度平衡控制箱与外夹层通过管道连接组成冷载体Ⅱ流通的循环回路(称为“外循环”)，所述第一低温循环泵安装在冷载体罐与温度平衡控制箱之间的管道上；所述冷载体罐与热交换器中的热媒通道通过管道连接组成冷载体Ⅱ流通的循环回路(称为“降温内循环”)，所述第二低温循环泵安装在冷载体罐与热交换器之间的管道上，所述制冷压缩机产生的低温制冷剂通入所述热交换器中的冷媒通道；所述参数控制与自动记录单元包括操作参数面板、控制器和运行数据记录贮存器，所述操作参数面板和运行数据记录贮存器分别与所述控制器电连接；所述控制器分别与所述外夹层温度探头、多组温度记录探头、第一低温循环泵、第二低温循环泵以及制冷压缩机电连接。相对于现有技术，本技术的渐进式冷冻浓缩设备具有以下有益效果：1)在冷冻浓缩过程中实现对料液温度及其变化速率的平稳控制。采用具有双夹层结构的结晶浓缩罐，在冷冻浓缩阶段，通过内夹层内具有传热缓冲特性的载体Ⅰ与外夹层内抗冻冷载体Ⅱ之间的传导配合，能使罐内料液温度平稳地下降。同时，通过对冷载体Ⅱ外循环和降温内循环的双重控制，有效确保输入外夹层的冷载体Ⅱ温度变化非常平稳，从而实现罐内待浓缩料液温度的平稳下降，有利于形成纯冰晶，避免罐内料液温度下降速率过大而形成枝状异相冰晶，达到理想的浓缩效果。2)在冷冻浓缩过程中实现对料液温度及其变化速率的精确控制。利用参数控制与自动记录单元中的操作参数面板可预设好各降温阶段的温度范围，并通过控制器控制冷载体温度控制单元中外循环和降温内循环的运行状态，能确保罐内料液在各降温阶段达到设定的温度，实现对料液温度下降速率的精确控制，提高浓缩效果。本技术所述的设备能实现料液在罐内轴向中心与罐内壁之间各位置的温差达到0.0～15.0℃。3)自动化程度高。采用参数控制与自动记录单元，可根据冷冻浓缩进程通过操作参数面板分阶段设置冷载体罐温度范围、温度平衡控制箱温度范围、第一低温循环泵输送速度、第二低温循环泵输送速度以及制冷压缩机功率等工艺参数，并利用设置有参数管理软件的控制器对操作过程中所有电气组件进行自动运行控制。4)对不同料液的通用性强。不同品种、不同浓度、不同组分构成的性状各异的料液，其冷冻浓缩工艺要求存在显著差别。由于本技术所述的设备可对料液温度及其变化速率进行稳定、精确控制，因此可满足不同性状料液的冷冻浓缩工艺要求，实现对不同性状料液的有效浓缩。5)有利于优化工艺条件。各性状料液在冷冻浓缩过程中运行工艺参数的实时数据是分析和再优化其冷冻浓缩工艺条件重要的资料，因此，设备的运行数据的记录与存贮功能十分重要。通过设置运行数据记录贮存器，可按设定的记录时间频率对冷冻浓缩全程的工艺参数实时变化值进行记录，并可通过路由器或传输线与计算机相连，将运行数据导出进行编辑处理，方便对工艺条件进行分析和优化。进一步地，所述结晶浓缩单元还包括气动升降装置，所述气动升降装置包括两根升降杆、带孔冰环托板和气缸，所述两根升降杆伸入所述结晶浓缩罐内，其底端分别与所述带孔冰环托板固定连接，其顶端与所述气缸的动力输出端连接。通过该气动升降装置，在解冻阶段可将外围已轻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双夹层结构的渐进式冷冻浓缩设备，其特征在于：包括结晶浓缩单元、冷载体温度控制单元以及参数控制与自动记录单元；所述结晶浓缩单元包括结晶浓缩罐、外夹层温度探头和多组温度记录探头；所述结晶浓缩罐的侧壁为双夹层结构，包括通有载体Ⅰ的内夹层和通有冷载体Ⅱ的外夹层，所述载体Ⅰ为具有传热缓冲特性的食品级载体，所述冷载体Ⅱ为抗冻冷载体；所述外夹层温度探头设在所述外夹层的内部；所述多组温度记录探头设在所述结晶浓缩罐内；所述冷载体温度控制单元包括装有冷载体Ⅱ的冷载体罐、温度平衡控制箱、制冷压缩机、热交换器、第一低温循环泵和第二低温循环泵；所述冷载体罐、温度平衡控制箱与外夹层通过管道连接组成冷载体Ⅱ流通的循环回路，所述第一低温循环泵安装在冷载体罐与温度平衡控制箱之间的管道上；所述冷载体罐与热交换器中的热媒通道通过管道连接组成冷载体Ⅱ流通的循环回路，所述第二低温循环泵安装在冷载体罐与热交换器之间的管道上，所述制冷压缩机产生的低温制冷剂通入所述热交换器中的冷媒通道；所述参数控制与自动记录单元包括操作参数面板、控制器和运行数据记录贮存器，所述操作参数面板和运行数据记录贮存器分别与所述控制器电连接；所述控制器分别与所述外夹层温度探头、多组温度记录探头、第一低温循环泵、第二低温循环泵以及制冷压缩机电连接。...

【技术特征摘要】
1.一种双夹层结构的渐进式冷冻浓缩设备，其特征在于：包括结晶浓缩单元、冷载体温度控制单元以及参数控制与自动记录单元；所述结晶浓缩单元包括结晶浓缩罐、外夹层温度探头和多组温度记录探头；所述结晶浓缩罐的侧壁为双夹层结构，包括通有载体Ⅰ的内夹层和通有冷载体Ⅱ的外夹层，所述载体Ⅰ为具有传热缓冲特性的食品级载体，所述冷载体Ⅱ为抗冻冷载体；所述外夹层温度探头设在所述外夹层的内部；所述多组温度记录探头设在所述结晶浓缩罐内；所述冷载体温度控制单元包括装有冷载体Ⅱ的冷载体罐、温度平衡控制箱、制冷压缩机、热交换器、第一低温循环泵和第二低温循环泵；所述冷载体罐、温度平衡控制箱与外夹层通过管道连接组成冷载体Ⅱ流通的循环回路，所述第一低温循环泵安装在冷载体罐与温度平衡控制箱之间的管道上；所述冷载体罐与热交换器中的热媒通道通过管道连接组成冷载体Ⅱ流通的循环回路，所述第二低温循环泵安装在冷载体罐与热交换器之间的管道上，所述制冷压缩机产生的低温制冷剂通入所述热交换器中的冷媒通道；所述参数控制与自动记录单元包括操作参数面板、控制器和运行数据记录贮存器，所述操作参数面板和运行数据记录贮存器分别与所述控制器电连接；所述控制器分别与所述外夹层温度探头、多组温度记录探头、第一低温循环泵、第二低温循环泵以及制冷压缩机电连接。2.根据权利要求1所述的双夹层结构的渐进式冷冻浓缩设备，其特征在于：所述结晶浓缩单元还包括气动升降装置，所述气动升降装置包括两根升降杆、带孔冰环托板和气缸，所述两根升降杆伸入所述结晶浓缩罐内，其底端分别与所述带孔冰环托板固定连接，其顶端与所述气缸的动力输出端连接。3.根据权利要求1所述的双夹层结构的渐进式冷冻浓缩设备，其特征在于：所述结晶浓缩单元还包...

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