540 四种常压低温浓缩方法

背景

浓缩分离是料液处理的典型环节；常压设备在设计、制造、管理等方面可能不需要压力容器相关的资质要求，材料选择面广泛，有利于降低设备成本；低温下浓缩分离有利于保护热敏料液中的敏感组分，减缓设材料的腐蚀等。

常规的低温浓缩分离通常采用真空沸腾蒸发浓缩（如1atm时水的沸点100℃；0.2atm时水的沸点60℃），此时需要配置抽真空设备，浓缩器等均有耐压要求。

常压下可实现低温浓缩分离的方法有多种，如液气接触法、膜蒸馏法、渗透汽化法、冷冻浓缩法等。

液气接触法

液气接触法是通过填料、喷淋等方法，使料液分布为液膜、液滴等，料液中的水分在液膜或液滴表面汽化，并被与液膜或液滴表面接触的载气（空气、氮气等）带走（液膜或液滴表面的水蒸气压力高于载气中水蒸气压力）。

液气接触法可考虑的填料等型式很多，成本也较低；但料液与载气接触时，可能产生料液微滴进入载气，造成料液损失或载气冷却产生冷凝水的污染。

液气接触法适于料液中溶质不挥发或难挥发的料液，如盐水溶液、糖水溶液等。

膜蒸馏法

膜蒸馏法是基于疏水微孔膜允许蒸气通过而不允许料液通过的特性，使料液中的水分在膜表面汽化，汽化后的水蒸气穿过膜孔到达膜的另一侧，从而实现料液浓缩分离。

按穿膜后水蒸气的处理方式不同，膜蒸馏法可分为直接接触式（DCMD）、真空式（VMD）、气隙式（AGMD）、气扫式（SGMD）等型式。

膜蒸馏法不会产生料液微滴损失问题，但目前膜成本较高，使用寿命也低于填料。

膜蒸馏法也适于料液中溶质不挥发或难挥发的料液。

渗透汽化法

渗透汽化法是基于料液中不同组分通过膜壁的穿透特性不同而实现料液中组分的分离。

渗透汽化法的优缺点与膜蒸馏法相似，但渗透汽化法可用于料液中组分沸点相差不大的料液，如乙醇水溶液的分离等。

冷冻浓缩法

冷冻浓缩法是通过低温方法使料液中的水分结成冰，再把冰与浓缩液分离。

液气接触法、膜蒸馏法、渗透汽化等均为热法，需要把料液中水分汽分，而水的汽化潜热约2400kJ/kg；冷冻浓缩法为冷法，水的结冰潜热约为320kJ/kg，因此，冷冻浓缩法的能耗可能低于热法。

冷冻浓缩法还可具有料液中香气、活性等成分保留率高的优点，但也有流程和设备通常较热法复杂，处理高浓度料液时料液冰点较低，冰中溶质夹带可能较多等不足。