[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于液体料液的冷冻浓缩技术领域，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。

背景技术

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CN 1593248 A)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。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，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。

本发明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，本发明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。