[发明专利]水溶液的冷冻浓缩

权利要求书

1.一种冷冻浓缩水溶液的方法，该方法主要包括以下步骤：

(A)将一水溶液(由步骤(E)获得的母液，或待处理的原始溶液，或过程中获得的任何其它溶液)与部分由步骤(D)获得的浓缩液相混合，产生一个混合水溶液；

(B)将水溶液冷却，产生过冷溶液；

(C)使过冷溶液成核并结晶，产生含有细小冰晶及浓缩液的浆料；

(D)将浆料分离为细小冰晶及浓缩液；

(E)使冰晶成长、转化及聚合并将冰晶从母液中分离以产生大冰晶及母液；

该方法还包括以下步骤：

(F)将大冰晶洗涤，产生洗过大冰晶及洗液以回收溶质；

(G)如果必要的话，将步骤(E)获得的冰晶表层的冰融化，产生纯净冰晶及溶液以进一步回收溶质；

(H)将水溶液预冷，产生预冷溶液。

2.权利要求1所述的冷冻浓缩水溶液的方法，其中步骤(B)所确定的方法中，其特征为水溶液在致冷换热器中按照待处理的水溶液的性质被冷却至适当高的过冷度而无冰成核。

3.权利要求1所述的冷冻浓缩水溶液的方法，其中步骤(B)所确定的方法中，其特征为水溶液在制冷换热器中按照待处理的水溶液的性质被冷却至适当高的过冷度而无冰在换热器传热表面形成，这种情况下在主体溶液中冰的形成是允许的并且可以使用成核剂，例如，但不限于，成核细菌。

4.权利要求2及3所述的步骤(B)所确定的方法，其特征为所述制冷换热器优选是，但不限于管壳换热器、套管换热器或其它没有表面刮削装置的换热器，该换热器操作最好为逆流。

5.权利要求1所述的冷冻浓缩水溶液的方法，其中步骤(C)所确定的方法中，其特点为过冷水溶液在含有冰晶悬浮液的成核器中瞬间成核或/并结晶。

6.权利要求5所述的方法，其特征为所述成核器装有或不装有搅拌器且绝热良好，其中物料的平均停留时间尽可能短，优选少于几十秒，但根据物料性质及特定的要求，长些的平均停留时间亦可采用。

7.权利要求1所述的冷冻浓缩水溶液的方法，其中步骤(D)所确定的方法中，其特征为浆料在相同于或接近于权利要求5所述的成核器中生成的浓缩溶液的温度下经连续真空过滤器或其它形式的过滤装置分离为浓缩水溶液及细小冰晶(含夹带母液)。

8.权利要求1所述的冷冻浓缩水溶液的方法，其中步骤(E)所确定的方法中，其特征为冰晶的成长、转化及聚合是在吸-放热的机理以及精确控制高速率下的热释放与热移出之间的动态平衡的基础上进行的。

9.权利要求1所述的冷冻浓缩水溶液的方法，其中步骤(E)所确定的方法中，其特征为快速成长着的冰晶是在操作的初始阶段使用基于冰结晶机理及动力学基础的技术创造的并维持于悬浮液中。

10.权利要求1所述的冷冻浓缩水溶液的方法，其中步骤(E)所确定的方法中，其特征为冰晶(包括存在于结晶器中的冰晶及由步骤(D)送来的冰晶)具有，但不限于，在温度、成长状态、对应母液浓度、热环境及尺寸上的差异，所述冰晶及水溶液参与冰晶的成长、转化及聚合。

11.权利要求1所述的冷冻浓缩水溶液的方法，其特征为由步骤(D)得到的细小冰晶送至步骤(E)，这些细小冰晶具有融化潜势，该融化潜势可以是温差相关的、浓差相关的或其它类型的，所述细小冰晶具有碟状、枝状或其它形态，悬浮液中的大冰晶处于快速成长状态所产生的冰晶为，但不限于，聚合体并呈粒状或球状。

12.权利要求1所述的冷冻浓缩水溶液的方法，其中步骤(E)所确定的方法中，其特征为所述冰晶的成长、转化及聚合是在一个具有多功能的结晶器中进行的，这些功能包括，但不限于，借助于融化及成长的冰晶转化、借助于固化融接的冰晶聚合、结晶、浓缩、传热以移去过程中产生的热量、分离大冰晶与母液以及分隔浓缩液与悬浮液。

13.权利要求1所述的冷冻浓缩水溶液的方法，其中步骤(E)所确定的方法中，其特征为权利要求12中所述结晶器在小规模生产的情况下优选并至少由一个夹套容器、一个搅拌器、一个冰晶-溶液分离器、一个细小冰晶入口、一个大冰晶浆出口以及一个溶液-悬浮液隔离装置组成。