负压低温热泵型浓缩装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种负压低温热泵型浓缩装置，包括：热泵机组，蒸发器、冷凝器、压缩机及节流装置；入液管，待浓缩的溶液自入液管流入负压蒸发室外壳；抽水汽装置，抽水汽装置用于实现负压蒸发室外壳内处于负压真空状态；监控元件，监控元件用于监测负压蒸发室外壳内溶液的液位情况，启动和关闭热泵机组与抽水汽装置；其中，冷凝管用于加热溶液，以实现溶液在负压蒸发室外壳内浓缩。本发明专利技术提供的浓缩装置可以实现溶液在较低温度情况下实现负压蒸发，并使溶液得到浓缩或结晶，且在传质过程中其潜热反馈到浓缩液中使之得到反复循环利用，可以节约许多能源，可用于食品医药加工需要浓缩的工艺环节中，也可以用于中央空调热源塔防冻液的浓缩。

【技术实现步骤摘要】
负压低温热泵型浓缩装置
本专利技术涉及石油化工、食品医药及环保污水处理浓缩设备
，尤其涉及一种负压低温热泵型浓缩装置。
技术介绍
浓缩在日常生活及生产领域都会遇到的事情，浓缩绝大多数是采用物理方法使溶剂蒸发而提高溶液的浓度，把不需要的部分减少而需要部分的相对含量增高。浓缩工艺常见于食品、生物医药、化工领域，也可以在污水处理及海水淡化领域使用。浓缩之方法包括有重力浓缩：利用重力作用的自然沉降分离方式，不需要外加能量，是一种最节能的污泥浓缩方法。重力浓缩只是一种沉降分离工艺，它是通过在沉淀中形成高浓度污泥层达到浓缩污泥的目的，是时下污泥浓缩方法的主体。单独的重力浓缩是在独立的重力浓缩池中完成，工艺简单有效，但停留时间较长时可能产生臭味，而且并非适用于所有的污泥；如果应用于生物除磷剩余污泥浓缩时，会出现磷的大量释放，其上清液需要采用化学法进行除磷处理。重力浓缩法适用于初沉污泥、化学污泥和生物膜污泥。浓缩方法从原理上讲分为平衡浓缩和非平衡浓缩2种。平衡浓缩：是利用两相在分配上的某种差异而获得溶质和溶剂分离的方法。蒸发浓缩和冷冻浓缩属于这种方法，其中，蒸发浓缩利用溶剂和溶质挥发度的差异，获得一个有利的气液平衡条件，达到分离目的；冷冻浓缩利用稀溶液与固态冰在凝固点下的平衡关系，即利用有利的液固平衡条件。以上2种浓缩方法都是通过热量的传递来完成的。不论蒸发浓缩还是冷冻浓缩，两相都是直接接触的，故称为平衡浓缩。非平衡浓缩：是利用固体半透膜来分离溶质与溶剂的过程，两相被膜隔开，分离不靠两相的直接接触，故称为非平衡浓缩，利用半透膜不但可以分离溶质和溶剂，还可以分离各种不同大小的溶质，膜浓缩过程是通过压力差或电位差来完成的。目前主要是采用以下六种溶液浓缩工艺方法。一、沉淀法，在抽提液中加入适量的中性盐或有机溶剂，使有效成分变为沉淀。经离心除去不溶物，获得的上清液通过透析或凝胶过滤脱盐，即可供纯化使用。二、吸附法，将干葡聚糖凝胶G25(或吸水棒)加入抽提液中，两者比例为1:5。由于凝胶吸水之故，抽提液的体积可缩小三倍左右，回收蛋白质量约80％.若凝胶(或吸水棒)对有效成分吸附力强或吸水后有效成分的性质有影响时，此法不宜采用。三、超过滤法，把抽提液装入超过滤装置，在空气或氮气(5.05×10Pa)压力下，使小分子物质(包括水分)通过半透膜(如硝酸纤维素膜)，大分子物质留在膜内。四、透析法，把装抽提液的透析袋埋在吸水力强的聚乙二醇(polyetheyleneglycolPEG分子质量大于20kDa)或甘油中，10ml抽提液可在1h内浓缩到几乎无水的程度。五、减压蒸馏法，将抽提液装入减压蒸馏器的圆底烧瓶中，在减压真空状态下进行蒸馏。当真空度较高时溶液的沸点可控制在30℃以下。这种方法一般适用于常温下稳定性好的物质。六、冰冻干燥法，冰冻的抽提液在真空状态下，可以由固体直接变为气体。用此原理进行浓缩，有效成分几乎不会破坏。冻干机主要由低温干燥箱、真空泵和冷冻机构成。在冻干小体积样品时，可以将其置玻璃真空干燥器中进行。具体作法是，把分装至小瓶中的样品冰冻后放入装有五氧化二磷或硅胶吸水剂的真空干燥器中，连续抽真空使其达到浓缩、干燥状态。上述的浓缩方法(除第五种外)，一般都在低温进行。这些方法不仅适用于抽提液的浓缩处理，而且也适用于纯品溶液缩小体积，而针对大规模浓缩方式一般采用多效蒸发浓缩或间接式低温热泵蒸发浓缩。间接式低温热泵蒸发浓缩的必要性：无论是多效蒸发，还是热泵式蒸发主要是围绕如何充分利用二次蒸汽的余热，防止由于直接排放而带来的能源浪费，物料损失等问题而进行的。多效蒸发是利用一效的二次蒸汽作为下一效的加热热源，最后一效由于温度和压力均较低冷凝后由真空泵排入环境中去了。热泵蒸发主要是以二次蒸汽为低温热源，这样可以回收二次蒸汽部分热量，这比早期化工过程的蒸发迈进了一大步。目前在很多化工领域中，经常采用上述蒸发形式，但均未考虑到医药食品蒸发浓缩过程的特殊性。在蒸发浓缩操作中，热敏性物料蒸发操作应当引起足够重视，因为热敏物料一遇到高温就变性，如在医药食品工业生产中，其产品大多不怎么耐温，由于其产品具有生物活性，不适合高温下蒸发浓缩，基于这个特点，热敏物料一般在低温工况下蒸发。在低温蒸发中，蒸汽再压缩热泵蒸发(MVR)也有其弱点，首先直接压缩的二次蒸汽比容很大，压缩后的蒸汽要在较高温度范围下才有较好的收益，如果所处理的溶液必须要在低温条件下进行，那么热泵式蒸发就不行了。蒸汽温度越低其比容积越大，例如100℃的饱和蒸汽与20℃饱和蒸汽比容相差约20倍。如果直接压缩水蒸气则需要大容量压缩机，这样设备费用及操作费用都增加反而不经济，因此采用冷媒循环式热泵式低温蒸发装置较好。另外在蒸发过程中，由于很多物料沸点较低，产生二次蒸汽夹有物料，而这些物料往往是有很强的腐蚀性(维生素C，果酸等)，若用来浓缩氯化钙防冻液将对设备腐蚀极其严重，直接压缩二次蒸汽就意味着压缩机要和含有强腐蚀性物料的二次蒸汽接触，这样压缩机就会被腐蚀，严重影响压缩机使用寿命。在多效低温蒸发在低温蒸发中也暴露出其弱点，在多效蒸发中，由于效与效之间需要一定温度差，其温度差要求不小于12℃以保证每效的蒸发强度，如果温差太小而增加的效数的节能不抵输送时的热损失，加上由于物料浓缩而导致的沸点升高，使得温差有较大的损失，要想在低温情况下蒸发，在末效的温度就会变得很低，需要一个大的真空系统才能维持一定的真空度，就算减小效与效之间的温差，那也会使换热面积增加许多，而且由于温差损失的存在，温差不可以很小，因此在低温蒸发中，特别是对热敏物料蒸发中，多效蒸发是不适用的。多效蒸发一般是用于80℃以上的蒸发。另外，由于在多效蒸发中，还需要引入蒸汽，随着能源价格的上涨多效蒸发不如热泵蒸发经济。为了节能，同时还可以减小压缩机的体积，延长压缩机的使用寿命，减小初次投资和提高经济效益，间接式低温热泵蒸发便应运而生了。低温蒸发的特点：1.操作温度低，能够有效遏制设备遭受腐蚀；2.对进料水的预处理要求有所降低，由于低温蒸发结垢不严重，所以可以放宽对物料中钙镁等易结垢离子要求；3.放宽对热源的要求；4.可以处理某些热敏物料。但也有不足之处：1.传热系数降低，换热器面积增加；2.低温操作时蒸汽比容大，要求设备体积大，增加了设备投资，同时还需要真空泵来维持一定的真空度，因此增加了设备投资。食品在浓缩过程中发生的变化对食品品质有较大的影响，因此，在选择浓缩方法时应该充分考虑食品品质的稳定性。浓缩对食品品质的影响主要表现在四个方面：食品成分的变化、黏稠性的增加、容易出现结晶、风味的形成与挥发。食品物料多由蛋白质、脂肪、糖类、维生素以及其他成分组成，这些物质在食品加热浓缩过程中，由于高温或长时间受热时会受到破坏或发生变性、氧化等作用。如含糖分高的食品在蒸发浓缩过程中温度过高会加速蔗糖的转化，特别是有酸存在的食品中，转化更为严重；在长时间的高温条件下还容易产生焦糖反应，使产品颜色加深。在较长时间的高温条件下蛋白质会发生热变性，食品中的盐、矿物质浓度过高也会使蛋白质部分变性。高温或长时间加热也会加速食品中脂肪的氧化分解，产生不良风味，甚至是有毒有害物质，还会使一些热敏性维生素被破坏。因此，在浓缩食品时应充分考虑加热温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负压低温热泵型浓缩装置，其特征在于，包括：热泵机组，所述热泵机组包括蒸发器、冷凝器、压缩机及节流装置，所述冷凝器包括负压蒸发室外壳和冷凝管，所述冷凝管设于所述负压蒸发室外壳内，所述压缩机与所述节流装置分别连通所述蒸发器与所述冷凝管的两端；入液管，所述入液管与所述负压蒸发室外壳连通，并且，待浓缩的溶液自所述入液管流入所述负压蒸发室外壳；抽水汽装置，所述抽水汽装置用于抽取所述负压室外壳内的水汽和空气，以实现所述负压蒸发室外壳内处于负压真空状态；监控元件，所述监控元件用于监测所述负压蒸发室外壳内所述溶液的液位情况，并根据所述液位情况，启动和关闭所述热泵机组与所述抽水汽装置；其中，所述冷凝管用于加热所述溶液，以实现所述溶液在所述负压蒸发室外壳内浓缩。

【技术特征摘要】
1.一种负压低温热泵型浓缩装置，其特征在于，包括：热泵机组，所述热泵机组包括蒸发器、冷凝器、压缩机及节流装置，所述冷凝器包括负压蒸发室外壳和冷凝管，所述冷凝管设于所述负压蒸发室外壳内，所述压缩机与所述节流装置分别连通所述蒸发器与所述冷凝管的两端；入液管，所述入液管与所述负压蒸发室外壳连通，并且，待浓缩的溶液自所述入液管流入所述负压蒸发室外壳；抽水汽装置，所述抽水汽装置用于抽取所述负压室外壳内的水汽和空气，以实现所述负压蒸发室外壳内处于负压真空状态；监控元件，所述监控元件用于监测所述负压蒸发室外壳内所述溶液的液位情况，并根据所述液位情况，启动和关闭所述热泵机组与所述抽水汽装置；其中，所述冷凝管用于加热所述溶液，以实现所述溶液在所述负压蒸发室外壳内浓缩。2.如权利要求1的所述的负压低温热泵型浓缩装置，其特征在于，所述负压低温热泵型浓缩装置还包括出液管，所述出液管与所述负压蒸发室外壳连通。3.如权利要求1所述的负压低温热泵型浓缩装置，其特征在于，所述抽水汽装置内存储有升温液，当所述水汽融入所述升温液后，所述抽水汽装置还用于将所述升温液输入所述蒸发器后，抽回至所述抽水汽装置。4.如权利要求3所述的负压低温热泵型浓缩装置，其特征在于，所述抽水汽装置还包括储液箱，所述储液箱连通所述抽...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小江，
申请(专利权)人：刘小江，
类型：发明
国别省市：湖南,43