界面渐进冷冻浓缩装置及设计软件

界面渐进冷冻浓缩装置及设计

    （1）冷冻浓缩技术简介

    食品、生物、制药、香料、染料等领域均有多种热敏料液需要在低温下浓缩，冷冻浓缩技术是将料液中的水分冻结成冰而将料液浓缩的技术，具有浓缩温度低、能耗低等特点。

    （2）界面渐进冷冻浓缩技术简介

    冷冻浓缩技术目前主要有两个技术路线，一是悬浮结晶，二是界面渐进；悬浮结晶是先将料液过冷，再使料液中水分形成大量冰晶的技术；界面渐进是冷表面上使料液中水分形成较大的片状冰，具有冰与料液分离简单的特点。

    （3）典型界面渐进冷冻浓缩装置

    可有多种装置类型实现界面渐进冷冻技术，以套筒式界面渐进冷冻浓缩装置为例，如下图：

    图中冷冻浓缩器和料液筒构成套筒，冷冻液进入冷冻浓缩器中将冷冻浓缩器表面降至设定温度，料液进入料液筒后沿冷冻浓缩器表面流动，在流动过程中，其中的水分在冷冻浓缩器表面结成冰，至冰层达设定厚度时，将冷冻浓缩器从料液筒中取出，移至融冰水喷淋器下喷淋融冰。

    冷冻液所需的冷量由压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器等所构成的制冷单元提供；融冰水所需的热能由加热器提供，加热器所需热能可直接来自冷凝器所放出的热能。

    套筒式界面渐进冷冻浓缩装置的特点是料液筒与冷冻浓缩器构成料液流道，流道中料液速度控制方便，装置生产量适应性好，便于进行溶质夹带控制和工况调节；装置规模可为科研级微型装置，运行所需的料液量可低至1L以内；也可通过多料液筒或增加料液筒及冷冻浓缩器直径及长度实现较大规模生产。

    （4）设计软件

    所开发的装置设计软件界面及典型工况下的装置性能如下图：

    在上部输入参数区通过调整输入参数，可对装置进行变结构参数和变工况性能分析，进而实现装置结构及运行参数的优化。

    该装置用于热敏料液浓缩时，对料液中色香味及活性成分的保留性好，且可通过冷冻浓缩过程与制冷过程、排热耗热过程的综合优化，实现热敏料液浓缩的低能耗。       

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