【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及環境友好型低溫濃縮智能裝備，涉及一種可連續多級濃縮的大容量高性能漸進式冷凍濃縮生產設備。
技術介紹
1、冷凍濃縮是食品、大健康產品、生物制藥和環保等行業常用的在低于水溶液冰點以下操作并實現液態物料濃縮的高新技術。與蒸發濃縮、真空濃縮等常規濃縮技術相比，在有效保護和回收熱敏性液態物料的營養成分、生物活性成分、天然芳香風味物質和天然色素等方面具有極大的優勢。根據水溶液中冰核形成和冰晶去除的不同方式，冷凍濃縮可分為懸浮式和漸進式兩大技術體系。懸浮式冷凍濃縮采用多冰晶形成、成長和定期去除的操作方式，西方發達國家研究最早，尤其是解決了高效去除冰晶技術后，濃縮效率大大提高，裝備性能趨于成熟，在食品、生物制藥、環保廢水處理等領域商用化歷史超過40年，但存在裝備構造復雜、制造成本高昂和難以普及推廣等缺陷。漸進式冷凍濃縮與懸浮式冷凍濃縮的操作原理不同，是水溶液在濃縮裝置冷壁表面上由冰晶成長為單一厚冰層，去除冰層后實現對水溶液的濃縮，為此，漸進式冷凍濃縮的顯著優點是無需配置復雜的除冰設備，除冰操作相對簡便，設備造價更為低廉，現已成為冷凍濃縮裝備另一個重要的開發方向。目前，漸進式冷凍濃縮已演化出圓罐、循環管、降膜片和轉鼓等基于不同操作方式的濃縮裝置。
2、然而，由于此前漸進式冷凍濃縮的一些技術瓶頸尚未得到真正解決，大容量、適用于規模化和高效生產的漸進式冷凍濃縮設備在國內外均仍為空白。這些技術瓶頸問題包括：(1)漸進式冷凍濃縮以單一冰晶成長為厚冰層從而減少溶液中的液態水比例而實現料液濃度的提高，由于固體冰的熱導率大約僅為液態水
技術實現思路
1、基于此，本申請的目的在于，采用大容量扁狀類長方體結構的冷凍濃縮罐，通過多罐并聯成組和多組串聯相結合的方式，提供一種具有規模生產應用價值、可連續多級濃縮的高性能漸進式冷凍濃縮設備，實現比常規圓形濃縮罐和低效間歇式操作的漸進式冷凍濃縮設備更高濃縮效率、更低運行能耗、可從一級至多級連續冷凍濃縮操作等多重目的。
2、本專利技術的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：
3、一種可連續多級濃縮的大容量高性能漸進式冷凍濃縮生產設備，包括四組8個濃縮罐(a1、a2、a3、a4、b1、b2、c和d濃縮罐)、3個制冷系統(a制冷系統、b制冷系統和c制冷系統)、3個低溫載冷劑罐(低溫載冷劑a罐、低溫載冷劑b罐和低溫載冷劑c罐)、2個常溫載冷劑罐(常溫載冷劑i罐和常溫載冷劑i?i罐)以及智能型運行控制系統等核心機構。
4、所述四組8個濃縮罐均為不銹鋼夾層結構扁狀類長方體漸進式冷凍濃縮罐，均包括配套的溫度記錄探頭、罐蓋、led照明燈、實時攝像裝置和攪拌裝置。
5、所述四組8個濃縮罐均為150l～500l大容量不銹鋼夾層結構扁狀類長方體漸進式冷凍濃縮罐，分別為a1、a2、a3、a4、b1、b2、c和d濃縮罐，總容量可介于1200l～4000l。其中a1、a2、a3、a4、b1、b2和c濃縮罐容量規格相同，一旦容量規格確定，則d濃縮罐容量為c濃縮罐的50～100％；其中a1、a2、a3和a4濃縮罐以并聯方式組成第一組，b1和b2濃縮罐以并聯方式組成第二組，c濃縮罐為第三組，d濃縮罐為第四組。
6、所述四組8個濃縮罐，其不銹鋼夾層結構扁狀類長方體內腔中部側面為兩塊不銹鋼平板，與罐體兩端各一個不銹鋼半圓柱殼體相結合，兩端的不銹鋼半圓柱殼體直徑和高度與兩塊不銹鋼平板的間距及高度相等，底部為與罐體橫切面相同形狀和尺寸的不銹鋼凹面構件，共同焊接構成；綜合兼顧最大濃縮效率和操作方便性，所述四組8個濃縮罐罐體中部兩塊不銹鋼平板尺寸范圍為：長80cm～150cm，高70cm～120cm，兩板之間相距18cm～30cm。所述四組8個濃縮罐外層為不銹鋼外夾層，根據不同體積濃縮罐傳熱的需要，其外夾層內載冷劑厚度范圍為5cm～10cm。
7、所述四組8個濃縮罐的外夾層底部均含2個載冷劑進口，外夾層上部含2個載冷劑出口；所述2個載冷劑進口分別安裝在冷凍濃縮罐體兩端半圓柱體外夾層與長方體外夾層底部相結合部分斜對稱切線位置，而所述2個載冷劑出口分別安裝在冷凍濃縮罐體兩端半圓柱體外夾層與長方體外夾層上端相結合部分斜對稱切線位置。
8、所述四組8個濃縮罐外夾層內均安裝1～2個溫度記錄探頭；罐內部安裝2個溫度記錄探頭，其中1個安裝在兩個半圓柱體之一緊貼內壁中部，用于記錄靠近罐內壁溶液的溫度變化過程，另1個安裝在罐底部緊貼出料口附近，用于記錄罐中心溶液的溫度本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種可連續多級濃縮的大容量高性能漸進式冷凍濃縮生產設備，其特征在于，所述設備核心機構包括四組8個濃縮罐、3個制冷系統、3個低溫載冷劑罐、2個常溫載冷劑罐以及智能型運行控制系統；
2.如權利要求1所述的可連續多級濃縮的大容量高性能漸進式冷凍濃縮生產設備，其特征在于，所述四組8個濃縮罐均為150～500L大容量不銹鋼夾層結構扁狀類長方體漸進式冷凍濃縮罐，分別為a1、a2、a3、a4、b1、b2、c和d濃縮罐，總容量可介于1200～4000L，其中a1、a2、a3、a4、b1、b2和c濃縮罐容量規格相同，一旦容量規格確定，則d濃縮罐容量為c濃縮罐的50～100％；其中a1、a2、a3和a4濃縮罐以并聯方式組成第一組，b1和b2濃縮罐以并聯方式組成第二組，c濃縮罐為第三組，d濃縮罐為第四組；
3.如權利要求1所述的可連續多級濃縮的大容量高性能漸進式冷凍濃縮生產設備，其特征在于，所述3個低溫載冷劑罐，均通過各自配套的循環泵、閥門和管道分別與3個制冷系統和相應的熱交換器等形成各自獨立的低溫載冷劑循環，可分別連續調節3個低溫載冷劑罐罐內載冷劑所需溫度；所述3個低溫載
4.如權利要求1所述的可連續多級濃縮的大容量高性能漸進式冷凍濃縮生產設備，其特征在于，所述常溫載冷劑I罐和常溫載冷劑II罐，分別通過各自配套的循環泵、管道和閥門僅分別與第一組4個濃縮罐、第二組2個濃縮罐、第三組和第四組各1個濃縮罐外夾層形成4個獨立的常溫載冷劑循環；所述常溫載冷劑I罐和常溫載冷劑II罐均自身安裝有加熱器和循環泵，可以調整罐內載冷劑處于0℃以上的常溫狀態，當第一組4個濃縮罐、第二組2個濃縮罐、第三組和第四組各1個濃縮罐的冷凍濃縮結束時，可利用相應獨立的常溫載冷劑循環分別快速解凍各組相應濃縮罐內壁與冰環接合面的冰層，方便冰環脫離并除冰。
5.如權利要求1所述的可連續多級濃縮的大容量高性能漸進式冷凍濃縮生產設備，其特征在于，所述四組8個濃縮罐，均為容積介于150L～500L的不同容量規格的大容量扁狀類長方體結構，所述濃縮罐罐腔中部長方體截面半寬尺寸和兩端的半圓柱體半圓截面半徑均介于9～15cm范圍，這種罐腔結構可限制罐內每個單冷壁面上形成的最厚冰層≤9～15cm，在濃縮比相同的條件下，所述扁狀類長方體漸進式冷凍濃縮罐上的冰層厚度會顯著小于相同容積圓形漸進式冷凍濃縮罐的12.5～32.5cm的冰層厚度，更薄的冰層將顯著改善濃縮罐內壁與罐中心料液之間的傳熱效率，從而大幅度縮短冷凍濃縮時間，提高濃縮效率、降低設備運行能耗。
6.如權利要求1所述的可連續多級濃縮的大容量高性能漸進式冷凍濃縮生產設備，其特征在于，所述智能型運行控制系統由操作面板、數據處理與自動控制模塊、記錄存貯器以及電器控制元件等組成；所述電器控制元件分別與3個制冷系統、3個低溫載冷劑罐、2個常溫載冷劑罐、四組8個濃縮罐及其相應配套的熱交換器、循環泵、料液泵、閥門、溫度探頭、攪拌裝置、LED照明燈和實時攝像裝置等連接，實現對冷凍濃縮運行參數的設置與調整，整機自動運行，遠程監控以及運行參數、數據、圖像資料的實時顯示，存貯與導出。
7.如權利要求1所述的可連續多級濃縮的大容量高性能漸進式冷凍濃縮生產設備，其特征在于，所述四組8個濃縮罐與3個低溫載冷劑罐、2個常溫載冷劑罐、3個制冷系統和運行控制系統組合使用，四組濃縮罐可分別獨立運行冷凍濃縮程序和解凍程序，并通過四組濃縮罐串聯順序交互切換操作等模式，實現對料液的一級至多級的連續冷凍濃縮，直至濃縮至目標濃度或最高50％的終極質量濃度；
8.如權利要求6所述的可連續多級濃縮的大容量高性能漸進式冷凍濃縮生產設備，其特征在于，在冷凍濃縮階段，所述操作面板可分別對四組8個濃縮罐進行各組的冷凍濃縮溫度范圍及相應運行時間進行獨立設置；進一步地，所述四組8個濃縮罐冷凍濃縮時的遞降溫度范圍及相應運行時間可按一段、二段、三段、四段和五段進行梯度分段降溫順序獨立設置；進一步地，所述智能型運行控制系統可對所述四組8個濃縮罐各組設置好的第一段、第二段、第三段、第四段到第五段冷凍濃縮工藝參數自動執行。
9.如權利要求6所述的可連續多級濃縮的大容量高性能漸進式冷凍濃縮生產設備，其特征在于，在冷凍濃縮結束后的解凍階段，所述操作面板可分別對四組8個濃縮罐各組的冰環解凍溫度和解凍時間進行獨立設置。進一步地，所述四組8個濃縮罐結束冷凍濃縮后其任何一組濃縮罐需要進行解凍時，均可單獨執行解凍程序，所述智能型運行控制系統可自動運行相應...
【技術特征摘要】
1.一種可連續多級濃縮的大容量高性能漸進式冷凍濃縮生產設備，其特征在于，所述設備核心機構包括四組8個濃縮罐、3個制冷系統、3個低溫載冷劑罐、2個常溫載冷劑罐以及智能型運行控制系統；
2.如權利要求1所述的可連續多級濃縮的大容量高性能漸進式冷凍濃縮生產設備，其特征在于，所述四組8個濃縮罐均為150～500l大容量不銹鋼夾層結構扁狀類長方體漸進式冷凍濃縮罐，分別為a1、a2、a3、a4、b1、b2、c和d濃縮罐，總容量可介于1200～4000l，其中a1、a2、a3、a4、b1、b2和c濃縮罐容量規格相同，一旦容量規格確定，則d濃縮罐容量為c濃縮罐的50～100％；其中a1、a2、a3和a4濃縮罐以并聯方式組成第一組，b1和b2濃縮罐以并聯方式組成第二組，c濃縮罐為第三組，d濃縮罐為第四組；
3.如權利要求1所述的可連續多級濃縮的大容量高性能漸進式冷凍濃縮生產設備，其特征在于，所述3個低溫載冷劑罐，均通過各自配套的循環泵、閥門和管道分別與3個制冷系統和相應的熱交換器等形成各自獨立的低溫載冷劑循環，可分別連續調節3個低溫載冷劑罐罐內載冷劑所需溫度；所述3個低溫載冷劑罐同時通過各自配套的循環泵、閥門和管道分別與四組8個濃縮罐外夾層的2個載冷劑進口和2個載冷劑出口相連形成各自獨立的低溫載冷劑循環，分別實現四組8個濃縮罐罐內料液的冷凍濃縮；
4.如權利要求1所述的可連續多級濃縮的大容量高性能漸進式冷凍濃縮生產設備，其特征在于，所述常溫載冷劑i罐和常溫載冷劑ii罐，分別通過各自配套的循環泵、管道和閥門僅分別與第一組4個濃縮罐、第二組2個濃縮罐、第三組和第四組各1個濃縮罐外夾層形成4個獨立的常溫載冷劑循環；所述常溫載冷劑i罐和常溫載冷劑ii罐均自身安裝有加熱器和循環泵，可以調整罐內載冷劑處于0℃以上的常溫狀態，當第一組4個濃縮罐、第二組2個濃縮罐、第三組和第四組各1個濃縮罐的冷凍濃縮結束時，可利用相應獨立的常溫載冷劑循環分別快速解凍各組相應濃縮罐內壁與冰環接合面的冰層，方便冰環脫離并除冰。
5.如權利要求1所述的可連續多級濃縮的大容量高性能漸進式冷凍濃縮生產設備，其特征在于，所述四組8個濃縮罐，均為容積介于150l～500l的不同容量規格的大容量扁狀類長方體結構，所述濃縮罐罐腔中部長方體截面半寬尺寸和兩端的半圓柱體半圓截面半徑均介于9～15cm范圍，這種罐腔結構可限制罐內每個單冷壁面上形成的最厚冰層≤9～15cm，在濃縮比相同的條件下，所述扁狀類長方體漸進式冷凍濃縮罐上的冰層厚度會顯著小于相同容積圓形漸進式冷凍濃縮罐的12.5～32.5cm的冰層厚度，更薄的冰層將顯著改善濃縮罐內壁與罐中心料液之間的傳熱效率，從而大幅度縮短冷凍濃縮時間，提高濃縮效...
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