【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及环境友好型低温浓缩智能装备，涉及一种可连续多级浓缩的大容量高性能渐进式冷冻浓缩生产设备。
技术介绍
1、冷冻浓缩是食品、大健康产品、生物制药和环保等行业常用的在低于水溶液冰点以下操作并实现液态物料浓缩的高新技术。与蒸发浓缩、真空浓缩等常规浓缩技术相比，在有效保护和回收热敏性液态物料的营养成分、生物活性成分、天然芳香风味物质和天然色素等方面具有极大的优势。根据水溶液中冰核形成和冰晶去除的不同方式，冷冻浓缩可分为悬浮式和渐进式两大技术体系。悬浮式冷冻浓缩采用多冰晶形成、成长和定期去除的操作方式，西方发达国家研究最早，尤其是解决了高效去除冰晶技术后，浓缩效率大大提高，装备性能趋于成熟，在食品、生物制药、环保废水处理等领域商用化历史超过40年，但存在装备构造复杂、制造成本高昂和难以普及推广等缺陷。渐进式冷冻浓缩与悬浮式冷冻浓缩的操作原理不同，是水溶液在浓缩装置冷壁表面上由冰晶成长为单一厚冰层，去除冰层后实现对水溶液的浓缩，为此，渐进式冷冻浓缩的显著优点是无需配置复杂的除冰设备，除冰操作相对简便，设备造价更为低廉，现已成为冷冻浓缩装备另一个重要的开发方向。目前，渐进式冷冻浓缩已演化出圆罐、循环管、降膜片和转鼓等基于不同操作方式的浓缩装置。
2、然而，由于此前渐进式冷冻浓缩的一些技术瓶颈尚未得到真正解决，大容量、适用于规模化和高效生产的渐进式冷冻浓缩设备在国内外均仍为空白。这些技术瓶颈问题包括：(1)渐进式冷冻浓缩以单一冰晶成长为厚冰层从而减少溶液中的液态水比例而实现料液浓度的提高，由于固体冰的热导率大约仅为液态水
技术实现思路
1、基于此，本申请的目的在于，采用大容量扁状类长方体结构的冷冻浓缩罐，通过多罐并联成组和多组串联相结合的方式，提供一种具有规模生产应用价值、可连续多级浓缩的高性能渐进式冷冻浓缩设备，实现比常规圆形浓缩罐和低效间歇式操作的渐进式冷冻浓缩设备更高浓缩效率、更低运行能耗、可从一级至多级连续冷冻浓缩操作等多重目的。
2、本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
3、一种可连续多级浓缩的大容量高性能渐进式冷冻浓缩生产设备，包括四组8个浓缩罐(a1、a2、a3、a4、b1、b2、c和d浓缩罐)、3个制冷系统(a制冷系统、b制冷系统和c制冷系统)、3个低温载冷剂罐(低温载冷剂a罐、低温载冷剂b罐和低温载冷剂c罐)、2个常温载冷剂罐(常温载冷剂i罐和常温载冷剂i i罐)以及智能型运行控制系统等核心机构。
4、所述四组8个浓缩罐均为不锈钢夹层结构扁状类长方体渐进式冷冻浓缩罐，均包括配套的温度记录探头、罐盖、led照明灯、实时摄像装置和搅拌装置。
5、所述四组8个浓缩罐均为150l～500l大容量不锈钢夹层结构扁状类长方体渐进式冷冻浓缩罐，分别为a1、a2、a3、a4、b1、b2、c和d浓缩罐，总容量可介于1200l～4000l。其中a1、a2、a3、a4、b1、b2和c浓缩罐容量规格相同，一旦容量规格确定，则d浓缩罐容量为c浓缩罐的50～100％；其中a1、a2、a3和a4浓缩罐以并联方式组成第一组，b1和b2浓缩罐以并联方式组成第二组，c浓缩罐为第三组，d浓缩罐为第四组。
6、所述四组8个浓缩罐，其不锈钢夹层结构扁状类长方体内腔中部侧面为两块不锈钢平板，与罐体两端各一个不锈钢半圆柱壳体相结合，两端的不锈钢半圆柱壳体直径和高度与两块不锈钢平板的间距及高度相等，底部为与罐体横切面相同形状和尺寸的不锈钢凹面构件，共同焊接构成；综合兼顾最大浓缩效率和操作方便性，所述四组8个浓缩罐罐体中部两块不锈钢平板尺寸范围为：长80cm～150cm，高70cm～120cm，两板之间相距18cm～30cm。所述四组8个浓缩罐外层为不锈钢外夹层，根据不同体积浓缩罐传热的需要，其外夹层内载冷剂厚度范围为5cm～10cm。
7、所述四组8个浓缩罐的外夹层底部均含2个载冷剂进口，外夹层上部含2个载冷剂出口；所述2个载冷剂进口分别安装在冷冻浓缩罐体两端半圆柱体外夹层与长方体外夹层底部相结合部分斜对称切线位置，而所述2个载冷剂出口分别安装在冷冻浓缩罐体两端半圆柱体外夹层与长方体外夹层上端相结合部分斜对称切线位置。
8、所述四组8个浓缩罐外夹层内均安装1～2个温度记录探头；罐内部安装2个温度记录探头，其中1个安装在两个半圆柱体之一紧贴内壁中部，用于记录靠近罐内壁溶液的温度变化过程，另1个安装在罐底部紧贴出料口附近，用于记录罐中心溶液的温度本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可连续多级浓缩的大容量高性能渐进式冷冻浓缩生产设备，其特征在于，所述设备核心机构包括四组8个浓缩罐、3个制冷系统、3个低温载冷剂罐、2个常温载冷剂罐以及智能型运行控制系统；
2.如权利要求1所述的可连续多级浓缩的大容量高性能渐进式冷冻浓缩生产设备，其特征在于，所述四组8个浓缩罐均为150～500L大容量不锈钢夹层结构扁状类长方体渐进式冷冻浓缩罐，分别为a1、a2、a3、a4、b1、b2、c和d浓缩罐，总容量可介于1200～4000L，其中a1、a2、a3、a4、b1、b2和c浓缩罐容量规格相同，一旦容量规格确定，则d浓缩罐容量为c浓缩罐的50～100％；其中a1、a2、a3和a4浓缩罐以并联方式组成第一组，b1和b2浓缩罐以并联方式组成第二组，c浓缩罐为第三组，d浓缩罐为第四组；
3.如权利要求1所述的可连续多级浓缩的大容量高性能渐进式冷冻浓缩生产设备，其特征在于，所述3个低温载冷剂罐，均通过各自配套的循环泵、阀门和管道分别与3个制冷系统和相应的热交换器等形成各自独立的低温载冷剂循环，可分别连续调节3个低温载冷剂罐罐内载冷剂所需温度；所述3个低温载
4.如权利要求1所述的可连续多级浓缩的大容量高性能渐进式冷冻浓缩生产设备，其特征在于，所述常温载冷剂I罐和常温载冷剂II罐，分别通过各自配套的循环泵、管道和阀门仅分别与第一组4个浓缩罐、第二组2个浓缩罐、第三组和第四组各1个浓缩罐外夹层形成4个独立的常温载冷剂循环；所述常温载冷剂I罐和常温载冷剂II罐均自身安装有加热器和循环泵，可以调整罐内载冷剂处于0℃以上的常温状态，当第一组4个浓缩罐、第二组2个浓缩罐、第三组和第四组各1个浓缩罐的冷冻浓缩结束时，可利用相应独立的常温载冷剂循环分别快速解冻各组相应浓缩罐内壁与冰环接合面的冰层，方便冰环脱离并除冰。
5.如权利要求1所述的可连续多级浓缩的大容量高性能渐进式冷冻浓缩生产设备，其特征在于，所述四组8个浓缩罐，均为容积介于150L～500L的不同容量规格的大容量扁状类长方体结构，所述浓缩罐罐腔中部长方体截面半宽尺寸和两端的半圆柱体半圆截面半径均介于9～15cm范围，这种罐腔结构可限制罐内每个单冷壁面上形成的最厚冰层≤9～15cm，在浓缩比相同的条件下，所述扁状类长方体渐进式冷冻浓缩罐上的冰层厚度会显著小于相同容积圆形渐进式冷冻浓缩罐的12.5～32.5cm的冰层厚度，更薄的冰层将显著改善浓缩罐内壁与罐中心料液之间的传热效率，从而大幅度缩短冷冻浓缩时间，提高浓缩效率、降低设备运行能耗。
6.如权利要求1所述的可连续多级浓缩的大容量高性能渐进式冷冻浓缩生产设备，其特征在于，所述智能型运行控制系统由操作面板、数据处理与自动控制模块、记录存贮器以及电器控制元件等组成；所述电器控制元件分别与3个制冷系统、3个低温载冷剂罐、2个常温载冷剂罐、四组8个浓缩罐及其相应配套的热交换器、循环泵、料液泵、阀门、温度探头、搅拌装置、LED照明灯和实时摄像装置等连接，实现对冷冻浓缩运行参数的设置与调整，整机自动运行，远程监控以及运行参数、数据、图像资料的实时显示，存贮与导出。
7.如权利要求1所述的可连续多级浓缩的大容量高性能渐进式冷冻浓缩生产设备，其特征在于，所述四组8个浓缩罐与3个低温载冷剂罐、2个常温载冷剂罐、3个制冷系统和运行控制系统组合使用，四组浓缩罐可分别独立运行冷冻浓缩程序和解冻程序，并通过四组浓缩罐串联顺序交互切换操作等模式，实现对料液的一级至多级的连续冷冻浓缩，直至浓缩至目标浓度或最高50％的终极质量浓度；
8.如权利要求6所述的可连续多级浓缩的大容量高性能渐进式冷冻浓缩生产设备，其特征在于，在冷冻浓缩阶段，所述操作面板可分别对四组8个浓缩罐进行各组的冷冻浓缩温度范围及相应运行时间进行独立设置；进一步地，所述四组8个浓缩罐冷冻浓缩时的递降温度范围及相应运行时间可按一段、二段、三段、四段和五段进行梯度分段降温顺序独立设置；进一步地，所述智能型运行控制系统可对所述四组8个浓缩罐各组设置好的第一段、第二段、第三段、第四段到第五段冷冻浓缩工艺参数自动执行。
9.如权利要求6所述的可连续多级浓缩的大容量高性能渐进式冷冻浓缩生产设备，其特征在于，在冷冻浓缩结束后的解冻阶段，所述操作面板可分别对四组8个浓缩罐各组的冰环解冻温度和解冻时间进行独立设置。进一步地，所述四组8个浓缩罐结束冷冻浓缩后其任何一组浓缩罐需要进行解冻时，均可单独执行解冻程序，所述智能型运行控制系统可自动运行相应...
【技术特征摘要】
1.一种可连续多级浓缩的大容量高性能渐进式冷冻浓缩生产设备，其特征在于，所述设备核心机构包括四组8个浓缩罐、3个制冷系统、3个低温载冷剂罐、2个常温载冷剂罐以及智能型运行控制系统；
2.如权利要求1所述的可连续多级浓缩的大容量高性能渐进式冷冻浓缩生产设备，其特征在于，所述四组8个浓缩罐均为150～500l大容量不锈钢夹层结构扁状类长方体渐进式冷冻浓缩罐，分别为a1、a2、a3、a4、b1、b2、c和d浓缩罐，总容量可介于1200～4000l，其中a1、a2、a3、a4、b1、b2和c浓缩罐容量规格相同，一旦容量规格确定，则d浓缩罐容量为c浓缩罐的50～100％；其中a1、a2、a3和a4浓缩罐以并联方式组成第一组，b1和b2浓缩罐以并联方式组成第二组，c浓缩罐为第三组，d浓缩罐为第四组；
3.如权利要求1所述的可连续多级浓缩的大容量高性能渐进式冷冻浓缩生产设备，其特征在于，所述3个低温载冷剂罐，均通过各自配套的循环泵、阀门和管道分别与3个制冷系统和相应的热交换器等形成各自独立的低温载冷剂循环，可分别连续调节3个低温载冷剂罐罐内载冷剂所需温度；所述3个低温载冷剂罐同时通过各自配套的循环泵、阀门和管道分别与四组8个浓缩罐外夹层的2个载冷剂进口和2个载冷剂出口相连形成各自独立的低温载冷剂循环，分别实现四组8个浓缩罐罐内料液的冷冻浓缩；
4.如权利要求1所述的可连续多级浓缩的大容量高性能渐进式冷冻浓缩生产设备，其特征在于，所述常温载冷剂i罐和常温载冷剂ii罐，分别通过各自配套的循环泵、管道和阀门仅分别与第一组4个浓缩罐、第二组2个浓缩罐、第三组和第四组各1个浓缩罐外夹层形成4个独立的常温载冷剂循环；所述常温载冷剂i罐和常温载冷剂ii罐均自身安装有加热器和循环泵，可以调整罐内载冷剂处于0℃以上的常温状态，当第一组4个浓缩罐、第二组2个浓缩罐、第三组和第四组各1个浓缩罐的冷冻浓缩结束时，可利用相应独立的常温载冷剂循环分别快速解冻各组相应浓缩罐内壁与冰环接合面的冰层，方便冰环脱离并除冰。
5.如权利要求1所述的可连续多级浓缩的大容量高性能渐进式冷冻浓缩生产设备，其特征在于，所述四组8个浓缩罐，均为容积介于150l～500l的不同容量规格的大容量扁状类长方体结构，所述浓缩罐罐腔中部长方体截面半宽尺寸和两端的半圆柱体半圆截面半径均介于9～15cm范围，这种罐腔结构可限制罐内每个单冷壁面上形成的最厚冰层≤9～15cm，在浓缩比相同的条件下，所述扁状类长方体渐进式冷冻浓缩罐上的冰层厚度会显著小于相同容积圆形渐进式冷冻浓缩罐的12.5～32.5cm的冰层厚度，更薄的冰层将显著改善浓缩罐内壁与罐中心料液之间的传热效率，从而大幅度缩短冷冻浓缩时间，提高浓缩效...
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