專利名稱：一種濃縮方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工、食品、飲料、醫(yī)藥領(lǐng)域，具體涉及溶液、混懸液的濃縮方法。
背景技術(shù)：
濃縮一般是指含有一定量溶質(zhì)、不溶性混懸固體(微粒)的稀水溶液(混懸液)，失去 一部分溶劑水得到比較濃的溶液(混懸液)的過程。濃縮過程可實(shí)際上是以一定能量(熱量 )輸入使溶劑水蒸發(fā)的部分分離，以提高剩余濃縮液中溶質(zhì)、混懸物相對(duì)含量的過程。廣義 濃縮實(shí)際上還包括非水溶液(混懸液)中溶劑溶質(zhì)的部分分離。
濃縮操作廣泛用于化工、食品、飲料、醫(yī)藥等領(lǐng)域，現(xiàn)有的方法根據(jù)不同的分類方法有 不同的分類，如根據(jù)操作壓力可分為常壓濃縮、減壓濃縮；根據(jù)稀溶液(混懸液)的運(yùn)動(dòng) 方式，分為升膜濃縮、降膜濃縮；根據(jù)液體蒸發(fā)面的特點(diǎn)，分為表面濃縮、沸騰濃縮等等。
濃縮過程實(shí)際上是溶劑水的部分蒸發(fā)，利用的是水在不同條件下的蒸發(fā)性質(zhì)而進(jìn)行的。 常用的原理有降低壓力(減壓濃縮)，降低沸點(diǎn)，提高蒸發(fā)效率；降低濃縮過程蒸發(fā)蒸汽 的濃度，提高蒸汽濃度差(及時(shí)排走蒸氣、蒸汽)，提高蒸發(fā)速度；增加蒸發(fā)面積(薄膜濃 縮)，提高蒸發(fā)面積。
常見的濃縮設(shè)備有敞口濃縮鍋、單效多效真空濃縮罐、薄膜濃縮器、管式離心濃縮器 等等，此外實(shí)驗(yàn)室常用的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀。
在上述的濃縮過程中每一單位體積的溶液(混懸液)的行為有兩種運(yùn)動(dòng)方式 一是所有 單位的液體一并接受能量(熱量)輸入，所有單位液體幾乎同時(shí)進(jìn)行蒸發(fā)，直至濃縮結(jié)束； 二是濃縮一單位體積溶液進(jìn)行， 一定體積液體完成濃縮后即脫離濃縮過程，下一部分液體繼 續(xù)繼續(xù)濃縮，脫離……直至所有體積液體完成濃縮過程。前者可以稱為共熱濃縮過程；后 則則可以稱為非共熱過程。熱是化學(xué)變化主要促進(jìn)因素之一，因此，濃縮過程以受熱時(shí)間越短越好，避免其中的成 分發(fā)生不希望的化學(xué)變化，同時(shí)有利于降低能源消耗。因此，上述的非共熱濃縮過程是較共 熱濃縮過程好的一種方式。因此，管式的薄膜濃縮較一般單效真空濃縮罐濃縮質(zhì)量好。
此外，為了提高能源的利用效率，濃縮產(chǎn)生的蒸汽(二次蒸汽)可以循環(huán)利用，用于加 熱另外一部分液體。
因此，提高濃縮速度關(guān)鍵在于降低蒸發(fā)沸點(diǎn)、提高蒸發(fā)表面、提高蒸汽(氣)的排除速 度，以及二次蒸汽的利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在降低蒸發(fā)沸點(diǎn)、提高蒸發(fā)表面、提高蒸汽(氣)的排除速度，以及二次蒸汽 的利用等方面進(jìn)行的，其特征在于首先將定量溶質(zhì)、不溶性混懸固體()微粒的稀水溶液( 混懸液)，經(jīng)過快速(小于l分鐘)預(yù)熱至100攝氏度以上，再在一定壓力(大于lkg)條件 下分散成微小液滴(霧化)，于一定真空度(小于l大氣壓)下使液滴中的一部分水分蒸發(fā) ，形成高濃度溶液(混懸液)。
所述的一種濃縮方法，其特征在于稀溶液(混懸液)至少需要經(jīng)過高壓預(yù)熱、減壓霧化 兩個(gè)過程形成濃溶液。
所述的一種濃縮方法，其特征在于稀溶液(混懸液)的預(yù)熱是經(jīng)過快速的管道式預(yù)熱方
法快速升溫至100攝氏度以上后再進(jìn)行水的蒸發(fā)過程；；預(yù)熱的主要能源介質(zhì)是蒸汽，或電
(電磁、微波)，或(和)蒸汽尾氣。
所述的一種濃縮方法，其特征在于經(jīng)過預(yù)熱的稀溶液(混懸液)需要經(jīng)過霧化過程變?yōu)?液滴形式進(jìn)行部分水分的分離。
所述的一種濃縮方法，其特征在于霧化的條件是指正壓力式霧化，或者離心式霧化，或 者氣流式霧化等使液體形成微小液滴的方法。
所述的一種濃縮方法，其特征在于經(jīng)過濃縮過程產(chǎn)生的蒸汽(氣)可以進(jìn)行循環(huán)利用， 用于預(yù)熱稀溶液(混懸液)。
所述的一種濃縮方法，其特征在于減壓噴霧過程中，噴霧區(qū)域與減壓管路之間具有倒圓 錐形的遮擋板，或者其他形式的防止液滴被抽離噴霧區(qū)域的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明利用高溫液滴中的水能夠在減壓條件下能夠瞬間大量蒸發(fā)的現(xiàn)象進(jìn)行濃縮，是非 共熱濃縮過程，液體受熱時(shí)間極短(小于5分鐘)。因此，本發(fā)明方法可以最大限度地加快 濃縮過程，提高生產(chǎn)銷率和濃縮物質(zhì)量。
常壓濃縮條件下蒸發(fā)lkg水消耗的蒸汽約lkg，多效減壓濃縮的濃縮效率可以達(dá)到每kg水 消耗0.7kg，而利用本發(fā)明的方法，蒸發(fā)lkg水的蒸汽消耗可以達(dá)到0.5kg以下。
我國(guó)藥品生產(chǎn)企業(yè)約6700家，每家企業(yè)蒸汽消耗量以每年3000噸，每噸160元成本計(jì)算 ，年消耗蒸汽32億元。其中，用于液體濃縮的耗能約占蒸汽用量的一半，即16億元。如果濃 縮的平均能耗由0.8kg (蒸汽/kg液體)下降至0.5kg，貝l」，每年可以節(jié)省蒸汽價(jià)值6億元，折 合標(biāo)準(zhǔn)燃煤377萬(wàn)噸。


附圖l為本發(fā)明示意圖，其中l(wèi)為儲(chǔ)液罐；2為進(jìn)液管、流量計(jì)及閥門；3為預(yù)熱器(其 中下部為余熱預(yù)熱段，上部為強(qiáng)熱端)；4為霧化器；5為濃縮罐；6為濃縮液收集口； 7為濃 縮液儲(chǔ)罐；8為取樣口； 9為旋風(fēng)分離器。
附圖2為另一種形式的噴霧濃縮結(jié)構(gòu)示意圖，主要顯示本發(fā)明裝置中減壓噴霧過程的一 種結(jié)構(gòu)，其中10為對(duì)稱分布的進(jìn)液噴霧口， ll為居中減壓口， 12為遮擋板。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方法進(jìn)行具體過程說明，但實(shí)施例的具體說明不意味著對(duì)本發(fā) 明的條件限制，在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的通常知識(shí)范圍內(nèi)的改變應(yīng)用仍應(yīng)屬于本發(fā)明的要求范圍之 內(nèi)。
實(shí)施例一、
某天然植物提取液，為含有溶質(zhì)、不溶性微粒的混懸溶液，單位體積含有的固體量小于 1% (單位重量/單位體積，如"g/ml"或者"噸/立方米")，外觀為自由流動(dòng)液體。該液體 ，經(jīng)過提取后貯存于l，趁熱經(jīng)過一般過濾(如經(jīng)過75um的篩)，除去一部分不溶性泥砂雜 質(zhì)，然后經(jīng)由2通入預(yù)熱管(器)3內(nèi)，管外進(jìn)行加蒸汽或者電磁或者微波加熱，使管內(nèi)液體 2分鐘內(nèi)上升至100攝氏度以上，如121攝氏度，然后經(jīng)過霧化器4 (離心式霧化，或者氣流霧 化，或者壓力式霧化器)霧化，以居中位置噴入桶狀的蒸發(fā)罐5內(nèi)，蒸發(fā)罐直徑大于霧化的最大橫截面積；蒸發(fā)罐上部有聯(lián)通減壓泵、旋風(fēng)分離器9的減壓管用于排除蒸汽(氣)，蒸 發(fā)罐下部為倒錐型，有濃縮液收集口6。(出口具有交替閥門，間斷排除濃縮液；或者濃縮 完畢后， 一次性排除。)霧化液滴蒸發(fā)去一部分水后，經(jīng)過蒸發(fā)罐下部斜面收集進(jìn)入濃縮液 收集口，收集后檢測(cè)濃縮程度，如合格則導(dǎo)入備用罐或進(jìn)入下一工序；如不合格則可以導(dǎo)入 待濃縮液管路2，與新鮮液體合并進(jìn)行二次濃縮。經(jīng)由濃縮罐上部抽排出蒸汽(氣)經(jīng)過旋 風(fēng)分離器分離出一部分液體后排出。通過調(diào)節(jié)預(yù)熱溫度、進(jìn)液量，以及真空度可以調(diào)節(jié)蒸發(fā) 強(qiáng)度，得到不同濃度的濃縮液。
實(shí)施例二、
同實(shí)施例一，在進(jìn)液管路2上增加加壓泵，提高液體運(yùn)行壓力，提高壓力式霧化濃縮效果。
實(shí)施例三、
如實(shí)施例一，經(jīng)由濃縮罐上部抽排出蒸汽(氣)經(jīng)過旋風(fēng)分離器分離出一部分液體后， 由管道引入預(yù)熱器，對(duì)預(yù)熱管的前進(jìn)口端(低溫端) 一部分進(jìn)液管進(jìn)行預(yù)熱，而后排除。預(yù) 熱管的后部仍舊采用蒸汽、電磁或者微波加熱器進(jìn)行預(yù)熱。
實(shí)施例四、
如實(shí)施例一，提取液為含有50%乙醇，預(yù)熱過程需控制蒸汽壓力、流速，使預(yù)熱溫度達(dá) 到約98攝氏度，提取液過沸，而后壓力噴霧蒸發(fā)，經(jīng)由濃縮罐上部抽排出乙醇蒸汽(氣)， 再經(jīng)由旋風(fēng)分離器分離出一部分液體后，由管道引入冷凝器，冷凝含有乙醇的蒸汽，冷凝液 可以導(dǎo)入回收儲(chǔ)罐。或者冷凝后對(duì)預(yù)熱管的前進(jìn)口端(低溫端) 一部分進(jìn)液管進(jìn)行預(yù)熱，而 后導(dǎo)入回收儲(chǔ)罐。預(yù)熱管的后部仍舊采用蒸汽、電磁或者微波加熱器進(jìn)行預(yù)熱。
權(quán)利要求
1.一種濃縮方法，其特征在于首先將定量溶質(zhì)、不溶性混懸固體(微粒)的稀水溶液(混懸液)，經(jīng)過快速(小于1分鐘)預(yù)熱至100攝氏度以上，再在分散成微小液滴(霧化)，于一定真空度(小于1大氣壓)下使液滴中的一部分水分蒸發(fā)，形成高濃度溶液。
2 如權(quán)利要求l所述的一種濃縮方法，其特征在于稀溶液至少需要經(jīng) 過高壓預(yù)熱、減壓霧化兩個(gè)過程形成濃溶液(混懸液)。
3 如權(quán)利要求l、 2所述的一種濃縮方法，其特征在于稀溶液(混懸液 )的預(yù)熱是經(jīng)過快速的管道式預(yù)熱方法快速升溫至100攝氏度以上后再進(jìn)行水的蒸發(fā)過程； 預(yù)熱的主要能源介質(zhì)是蒸汽，或電(電磁、微波)，或(和)蒸汽尾氣。
4 如權(quán)利要求l、 2所述的一種濃縮方法，其特征在于經(jīng)過預(yù)熱的稀溶 液(混懸液)需要經(jīng)過霧化過程變?yōu)橐旱涡问竭M(jìn)行部分水分的分離。
5 如權(quán)利要求l、 2所述的一種濃縮方法，其特征在于霧化的條件是指 正壓力式霧化，或者離心式霧化，或者氣流式霧化等使液體形成微小液滴的方法。
6 如權(quán)利要求l、 2所述的一種濃縮方法，其特征在于經(jīng)過濃縮過程產(chǎn) 生的蒸汽(氣)可以進(jìn)行循環(huán)利用，用于預(yù)熱稀溶液(混懸液)。
7 如權(quán)利要求l、 2所述的一種濃縮方法，其特征在于減壓噴霧過程中 ，噴霧區(qū)域與減壓管路之間具有倒圓錐形的遮擋板，或者其他形式的防止液滴被抽離噴霧區(qū) 域的結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種濃縮方法，即將含有一定量溶質(zhì)、不溶性混懸固體(微粒)的稀水溶液(混懸液)，經(jīng)過快速(小于1分鐘)預(yù)熱至100攝氏度以上，再分散成微小液滴(霧化)，于一定真空度(小于1大氣壓)下使液滴中的一部分水分蒸發(fā)，形成高濃度溶液的方法。本發(fā)明方法是液體受熱時(shí)間短，蒸發(fā)效率高、節(jié)能，可以廣泛用于現(xiàn)有化工、食品、飲料、醫(yī)藥領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B01D1/16GK101676010SQ20081030453
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月17日
發(fā)明者丁楚良, 炤 耿 申請(qǐng)人:丁楚良;耿 炤