260 蓄冷球型冷冻浓缩装置

260 蓄冷球型冷冻浓缩装置

背景

从料液中分离出1ton水能耗可低于30kWh.

悬浮结晶型冷冻浓缩装置-流程长，装置复杂，测控要求高。

界面渐进型冷冻浓缩装置-冰中溶质夹带处理难度较高。

通过结冰界面处料液的充分扰动可降低冰中溶质夹带。

蓄冷球型冷冻浓缩装置可兼具两种冷冻浓缩方式的优点。

原理

蓄冷球型冷冻浓缩装置的基本结构如下图。

图中料液罐下部有筛孔板，蓄冷球放在筛孔板上，蓄冷球当量密度大于料液密度。

压缩机、四通阀、换热器A、膨胀阀、换热器B构成制冷单元。四通阀左端与上端连通，右端与下端连通，压缩机工作，换热器B制冷，换热器A排热；风道中的风机运行将冷风送入料液罐中，将蓄冷球冷却到适宜温度并蓄存冷量（蓄冷球内可采用相变蓄冷材料，相变温度可在-5℃～-20℃之间，根据料液特性及料液浓缩终点浓度确定）。

蓄冷球蓄冷完毕后，压缩机和风机均停止运行。通过料液罐下端的料液阀向料液罐内注入适量预冷至冰点的料液，料液泵运行，使料液罐内的料液循环且使蓄冷球处于流态化状态，从而使蓄冷球表面的料液强烈扰动，料液中的水分在蓄冷球表面结冰，待蓄冷球表面结冰厚度达到设定值（或料液浓度达到设定值）时，料液泵停止运行，打开料液阀，将浓缩液从料液罐中排出。

料液罐中浓缩液排空后，调整四通阀，使左端与右端连通，上端与下端连通，压缩机运行，换热器B放热，换热器A吸热；风机运行，将热空气送入料液罐内，流经蓄冷球时，蓄冷球表面所结的冰被热空气融化，融冰水从料液罐下端的料液阀排出（当融冰初期时融冰水中含有较多溶质时，融冰初期融冰水可返回原液容器中），待蓄冷球表面冰层融化完毕后，停止压缩机和风机，一个工作周期结束。

结构优化

蓄冷球在料液中的流态化也可不采用料液泵循环，而通过在筛孔板下设置搅拌浆叶等方式实现。

为提高装置生产率和降低冷冻浓缩能耗，可采用双罐型装置，如下图。

双罐型装置的工作模式是，罐A中蓄冷球蓄冷时，罐B中蓄冷球表面冰层融冰；之后罐A中充注原料液进行浓缩，罐B中排空融冰水；之后罐A排出浓缩液并融冰，罐B蓄冷；之后罐A排空融冰水，罐B充入原料液并进行浓缩。

通过上述运行模式，不但可使料液浓缩处理速率提高，还可大幅度提高蓄冷时装置的制冷系数和融冰时装置的制热系数。

装置性能

以双罐型装置为例，设融冰时循环空气温度5℃，蓄冷时循环空气温度-15℃，装置制冷系数约3.5以上；考虑料液预冷、装置冷损失、泵及风机能耗等，取结冰潜热360MJ/ton，则从料液中去除1ton水分所消耗的能量约为：

360/(3.6*3.5)=28.5kWh/ton

●研讨

基于蓄冷球的单罐、双罐型装置均属间歇式运行模式，蓄冷球型冷冻浓缩装置如何实现连续化运行？

蓄冷球表面所结冰层除采用热空气融化方法外，可否采用机械等方法与蓄冷球分离？

采用料液泵循环时，料液注入量及浓缩前后浓度、蓄冷球数量、蓄冷球当量密度、蓄冷球尺寸、筛孔孔径及开孔率、料液罐直径、料液循环流量等如何计算确定？