[发明专利]冰晶分离装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种冰晶分离装置，它是一种用于将冰晶与液体混合物料中的冰晶与液体分离开的分离装置，该装置可以广泛应用于果蔬汁、牛奶、茶汁等液态食品以及中药提取液的冷冻浓缩加工工艺中的冰晶与液体分离工序。

背景技术

浓缩是液态食品加工中一项重要的单元操作，主要有蒸发、反渗透、冷冻浓缩三种方法。冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间固液相平衡原理的一种浓缩方法，其操作是把稀溶液降温至水的冰点(凝固点)以下使得部分水冻结成冰晶，把冰晶分离出去从而得到浓缩液。

工业上，冷冻浓缩过程的结晶有两种形式：一种是稀溶液中的水分在冷面形成厚厚的冰层，冰层可以在部分融冰使之脱离器壁之后手工分离，这种方式称为渐进层状结晶；另一种结冰发生在搅拌的悬浮液中，通过大量悬浮分散于母液中冰结晶的成长、分离而达到浓缩的方式称为悬浮结晶。悬浮式结晶法是在母液中形成大量的冰结晶，单位体积冰晶的表面积很大，能够迅速形成洁净的冰晶且浓缩终点较大。

荷兰Eindhoven大学Thijssen等在70年代成功地利用奥斯特瓦尔德成熟效应设置了再结晶过程造大冰晶，并建立了冰晶生长与种晶大小及添加量的数学模型，从此冷冻浓缩技术被应用于工业化生产利用：浓缩时首先将被浓缩物料泵入刮板式热交换器中，生成部分细微的冰结晶后再送入再结晶罐，由于奥斯特瓦尔德效应，小冰晶融化、大冰晶成长，然后通过洗净塔排除冰晶，同时用部分冰融解液冲洗、回收冰晶表面附着的浓缩液，清洗液回流至进料端，浓缩液则循环至要求浓度后从结晶罐底部排出，这一方法用于速溶咖啡、速溶茶、浓缩橙汁等的生产，浓缩咖啡时有效成分损失小于1％，浓缩果汁时维生素保护得很好。

申请号为：01800826.7的中国发明专利公开了一种水溶液的冷冻浓缩方法，它利用奥斯特瓦尔德效应将溶液冷却至过冷状态而无成核或在传热表明无冰形成，将过冷溶液瞬间成核以产生细小冰晶并使溶液浓缩。该装置的好处在于避免了在换热器中设置刮刀而产生的能源消耗。其缺点在于需要过滤冰晶，则可能将低浓度冰晶和高浓度的大小冰晶同时过滤，既容易造成流程复杂和卫生问题，又导致夹带率高，同时小冰晶的排出也不利于罐体内冰晶的生长。

而传统的冰晶生长罐中设有全罐(螺旋)搅拌器，并通过泵排除液体中的冰晶，该设计具有以下好处：1、实现全罐搅拌，利于冰晶分布均匀；2、通过螺旋搅拌，有利于协助冰晶体上浮，带动冷量在生长罐内从底部向顶部传递。但是这种装置存在以下问题：1、将结晶罐中的冰晶用泵导入冰晶生长罐以及全罐搅拌需要消耗大量的能量，并且由于旋转产生的向心力作用，使得大部分冰晶夹在罐壁与出口之间的环形区域内，当无外力将冰晶推出出口时，会使冰晶的排出速度慢甚至无法完全排出，因此冰晶分离效果差、效率低，需要外力设备引导冰晶排出；2、如采用泵抽排冰晶，则会使冰晶生长罐中的大冰晶和小冰晶均通过泵排出，无法选择性地将小冰晶留下，由于冰晶生长速度与冰晶表面积呈正比，小冰晶被排出后，不利于冰晶的生长，并且由于部分小冰晶表面携带浓缩液的含量高，容易造成溶质损失。

发明内容

为了解决现有技术所存在的上述问题，本发明提供了一种冰晶分离装置，它利用冰晶体自身的浮力和液面搅拌产生的向心力的共同作用，可使冰晶体自然向液面旋转中心的冰晶收集口运动并通过冰晶收集管顺利排出(即中心/向心排冰法)，从而不仅节约能耗、提高分离效率，而且还能减少溶质损失，有利于冷冻浓缩工业化生产。

本发明的技术方案是这样构成的，它包括用于盛放冰晶与液体混合物料的罐体，其特征在于：所述罐体上部设有用于使罐体内的液体表面产生旋转运动的表面搅拌器，该表面搅拌器为分叉形状；所述罐体内还设有空心的冰晶收集管，该冰晶收集管的冰晶收集口处于罐体内产生旋转运动的液面旋转中心部位，冰晶排出口通往罐体外部。

本发明工作原理说明如下：当需要排冰时，向罐体内输入适量新的物料，使液面略超过冰晶收集口，启动表面搅拌器，使罐体内的上层液体旋转，由此产生了对液体的离心力和冰晶体的向心力。由于存在冰晶体自身的上浮力和液体旋转时对冰晶体产生的向心力，两个力之和形成一个合力，使冰晶体自然向液面旋转中心的冰晶收集口运动并顺利排出(即中心/向心排冰法)。而小冰晶体受到的向心力小于大冰晶体，在向心运动的过程中落在后边而不被排出(或者最后才排出)，从而停留在罐体内一边继续缓慢上升，一边慢慢成长为大冰晶。