本發(fā)明屬于冷凍濃縮，具體為一種冷凍濃縮裝置。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有的冷凍濃縮方法中，主要存在兩種不同物理原理的兩大種類的冷凍濃縮方法。第一種：利用物質(zhì)在結(jié)晶點(diǎn)（如利用水溶液在冰點(diǎn)）以下時(shí)的固液相關(guān)系來實(shí)現(xiàn)的一種濃縮技術(shù)；如，溶劑為水時(shí)，通過把水冷凍成冰晶并通過固液分離（冰晶與濃溶液分離）的方式把溶劑（水）以固體方式排除出去，實(shí)現(xiàn)濃縮的冷凍濃縮方法。第二種：利用熔點(diǎn)與溶質(zhì)含量（濃度）的負(fù)相關(guān)關(guān)系來實(shí)現(xiàn)冷凍濃縮的技術(shù)方法；即，對(duì)冷凍材料進(jìn)行加熱溶解，收集不同濃度的溶解溶液的方法，來實(shí)現(xiàn)濃縮的冷凍濃縮方法。

2、第一種冷凍濃縮方法：利用稀溶液與冰在冰點(diǎn)以下時(shí)的固液相關(guān)系來實(shí)現(xiàn)的一種濃縮技術(shù)。又主要有兩種方式：懸浮結(jié)晶冷凍濃縮法和漸進(jìn)冷凍濃縮法。懸浮結(jié)晶冷凍濃縮法的原理是：在對(duì)稀溶液進(jìn)行冷凍時(shí)，不斷排除在液體中懸浮的自由小冰晶，使液體濃度增加的方法。漸進(jìn)冷凍濃縮法的原理是：在對(duì)稀溶液進(jìn)行冷凍時(shí)，隨著冰層在冷卻面的生成和成長(zhǎng)，固、液界面附近的溶質(zhì)被排除到液相側(cè)，導(dǎo)致液相中溶質(zhì)質(zhì)量濃度逐漸升高的濃縮方法?，F(xiàn)有的冷凍濃縮方法的設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備成本和生產(chǎn)成本高、且效率不高。

3、第二種冷凍濃縮方法：利用熔點(diǎn)與溶質(zhì)含量（濃度）的負(fù)相關(guān)關(guān)系，通過對(duì)冷凍材料的加熱溶解分離來實(shí)現(xiàn)濃縮。如，冰體自然溶解時(shí)，會(huì)首先溶解出濃度相對(duì)高的溶液。利用這一個(gè)現(xiàn)象，通過把溶液多次冷凍成固體、再溶解可以實(shí)現(xiàn)稀溶液濃度的提高，這就是一種通過冰體自然溶解的冷凍濃縮方法。另外，冰體的自然溶解是一種受熱溶解的方式，與此類似對(duì)冰體采用其他方式的加熱溶解也會(huì)得到濃溶液，實(shí)現(xiàn)冷凍濃縮。目前，該方法下的濃縮效果和效率很低。

4、上述兩種不同物理原理下的冷凍濃縮方法，都存在一個(gè)重大的問題：冷凍濃縮的效果和效率低。尤其是現(xiàn)有的加熱溶解的冷凍濃縮方法（傳統(tǒng)常規(guī)加熱方法），其冷凍濃縮的濃縮效果和效率，比現(xiàn)有利用物質(zhì)在結(jié)晶點(diǎn)（如利用水溶液在冰點(diǎn)）以下時(shí)的固液相關(guān)系實(shí)現(xiàn)濃縮的效果和效率更低。

5、影響第一種冷凍濃縮方法的濃縮效果和效率的原因是：其采用的物理原理導(dǎo)致固液分離時(shí)不可避免地出現(xiàn)溶質(zhì)夾帶問題。冰晶的分離效果和控制所結(jié)冰晶夾帶引起的溶質(zhì)損失，對(duì)該物理原理下的冷凍濃縮的應(yīng)用是否成功極為重要，也是導(dǎo)致現(xiàn)有冷凍濃縮設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備成本高，操作復(fù)雜等問題的原因之一。

6、第二種冷凍濃縮方法可解決第一種方法的溶質(zhì)夾帶問題，但是，又存在影響第二種冷凍濃縮方法的濃縮效果和效率的因素：冷凍材料的冷卻面的溶質(zhì)含量低的密實(shí)冰層和冷凍材料內(nèi)部固體結(jié)構(gòu)等因素，會(huì)對(duì)其受熱溶解時(shí)的熱量傳遞，以及冷凍材料溶解溶液的分離流出形成阻礙，這兩方面的阻礙因素嚴(yán)重影響了該方法下的冷凍濃縮的濃縮效果和效率。

7、公開文件（申請(qǐng)?zhí)朿n202411098559.2）的裝置，通過把熱源設(shè)置在特定方位的加熱技術(shù)思維，打破了上述傳統(tǒng)常規(guī)的加熱思維。通過特定方位的熱源，解決了冷凍材料的冷卻面的溶質(zhì)含量的密實(shí)冰層會(huì)對(duì)其受熱溶解時(shí)的熱量傳遞形成阻礙影響的問題。

8、但是，通常稀溶液在冷凍過程中，一方面溶質(zhì)會(huì)向容器的中心和底部集中，即向冷卻面的對(duì)稱中心和底部集中；另一方面冷凍得到的固體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常也會(huì)形成縱向的層狀固體層。在公開文件（申請(qǐng)?zhí)朿n202411098559.2）的裝置操作中：冷凍時(shí)，保持容器的開口朝上，溶解時(shí)容器的開口朝下。這樣，就導(dǎo)致了溶質(zhì)濃度高的溶液，在從固體中溶解分離出來的路徑變長(zhǎng)，會(huì)受到更多的阻礙，將影響溶液分離流出的效率，從使冷凍濃縮的效果和效率受到影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明基于稀溶液在通常情況下的冷凍過程中，溶質(zhì)會(huì)向容器的中心和底部集中（即向冷卻面的對(duì)稱中心和底部集中），影響溶解過程的溶液分離效果和效率的發(fā)現(xiàn)，提出一種冷凍濃縮裝置。

2、為解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

3、一種冷凍濃縮裝置，包括：

4、容器、板狀熱源；

5、板狀熱源安裝在容器中，將容器分為兩個(gè)矩形槽；

6、容器的底部中心處設(shè)置有至少兩個(gè)溶液出口，溶液出口相對(duì)于板狀熱源對(duì)稱設(shè)置；

7、冷凍時(shí)，在冷凍設(shè)備中將容器內(nèi)的稀溶液冷凍成固體或固液混合體；之后利用熱源對(duì)固體或固液混合體進(jìn)行加熱溶解，根據(jù)目標(biāo)溶液濃度需要分段留取溶液，符合目標(biāo)濃度的溶液留取備用，不符合目標(biāo)濃度的溶液，使用所述冷凍濃縮裝置繼續(xù)冷凍和溶解，實(shí)現(xiàn)稀溶液濃縮。

8、作為本發(fā)明所述的一種冷凍濃縮裝置的優(yōu)選方案，其中：所述裝置還包括設(shè)置于溶液出口外側(cè)的出口保護(hù)蓋。

9、作為本發(fā)明所述的一種冷凍濃縮裝置的優(yōu)選方案，其中：溶液出口上設(shè)置有溶液出口閥。

10、作為本發(fā)明所述的一種冷凍濃縮裝置的優(yōu)選方案，其中：熱源可以為發(fā)熱元件（如電熱元件等），也可以采用熱量媒介（如流體等）作為熱源。

11、作為本發(fā)明所述的一種冷凍濃縮裝置的優(yōu)選方案，其中：所述裝置還包括隔熱裝置，用于套裝于容器外實(shí)現(xiàn)隔熱。

12、作為本發(fā)明所述的一種冷凍濃縮裝置的優(yōu)選方案，其中：稀溶液在其他制冷設(shè)備中冷凍成固體或固液混合體。

13、為解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

14、一種上述的冷凍濃縮裝置在食品、化妝品、生物醫(yī)藥、石油化工、環(huán)保處理等領(lǐng)域的應(yīng)用。

15、一種上述的冷凍濃縮裝置在牛奶、醋（包括含醋的食品、醋飲料、調(diào)味品等）、酒類、飲料（如果汁、咖啡、茶、豆奶、豆?jié){等）、化學(xué)藥液、中草藥液、植物提取物、石油提純、化工提純、海水提純、廢水處理等領(lǐng)域的應(yīng)用。

16、一種上述的冷凍濃縮裝置在熱敏性原料的冷凍濃縮和分離提純領(lǐng)域的應(yīng)用。

17、一種上述的冷凍濃縮裝置在牛奶、醋（包括含醋的食品、醋飲料、調(diào)味品等）、酒類、飲料（如果汁、咖啡、茶、豆奶、豆?jié){等）、化學(xué)藥液、中草藥液、植物提取物、海水提純、石油提純、化工提純、廢水處理等的冷凍濃縮和分離提純領(lǐng)域的應(yīng)用。

18、本發(fā)明的有益效果如下：

19、本發(fā)明提出一種冷凍濃縮裝置，包括容器、板狀熱源；板狀熱源安裝在容器中，將容器分為兩個(gè)矩形槽；容器的底部中心處設(shè)置有至少兩個(gè)溶液出口，溶液出口相對(duì)于板狀熱源對(duì)稱設(shè)置；冷凍時(shí)，在冷凍設(shè)備中將容器內(nèi)的稀溶液冷凍成固體或固液混合體；之后利用熱源對(duì)固體或固液混合體進(jìn)行加熱溶解，根據(jù)目標(biāo)溶液濃度需要分段留取溶液，符合目標(biāo)濃度的溶液留取備用，不符合目標(biāo)濃度的溶液，使用所述冷凍濃縮裝置繼續(xù)冷凍和溶解，實(shí)現(xiàn)稀溶液濃縮。采用本發(fā)明所述裝置冷凍完成后，溶質(zhì)含量高的固體會(huì)集中于容器的底部中心處設(shè)置的溶液出口及其附近區(qū)域，同時(shí)也處于板狀熱源及其附近區(qū)域，對(duì)其進(jìn)行加熱溶解后，溶質(zhì)含量高的溶液相比于現(xiàn)有技術(shù)更容易從溶液出口流出，盡可能避免冷凍得到的固體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)溶液流出形成的障礙，進(jìn)一步改善了冷凍濃縮效果和效率。

技術(shù)特征：

1.一種冷凍濃縮裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凍濃縮裝置，其特征在于，所述裝置還包括設(shè)置于溶液出口外側(cè)的出口保護(hù)蓋。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凍濃縮裝置，其特征在于，溶液出口上設(shè)置有溶液出口閥。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凍濃縮裝置，其特征在于，熱源為發(fā)熱元件或采用熱量媒介作為熱源。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凍濃縮裝置，其特征在于，所述裝置還包括隔熱裝置，用于套裝于容器外實(shí)現(xiàn)隔熱。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷凍濃縮裝置，其特征在于，稀溶液在其他制冷設(shè)備中冷凍成固體或固液混合體。

7.一種權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的冷凍濃縮裝置在食品、化妝品、生物醫(yī)藥、石油化工、環(huán)保處理領(lǐng)域的應(yīng)用。

8.一種權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的冷凍濃縮裝置在牛奶、醋、酒類、飲料、化學(xué)藥液、中草藥液、植物提取物、海水提純、石油提純、化工提純、廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于冷凍濃縮技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種冷凍濃縮裝置，包括容器、板狀熱源；板狀熱源安裝在容器中，將容器分為兩個(gè)矩形槽；容器的底部中心處設(shè)置有至少兩個(gè)溶液出口，溶液出口相對(duì)于板狀熱源對(duì)稱設(shè)置；冷凍時(shí)，在冷凍設(shè)備中將容器內(nèi)的稀溶液冷凍成固體或固液混合體；之后利用熱源對(duì)固體或固液混合體進(jìn)行加熱溶解，根據(jù)目標(biāo)溶液濃度需要分段留取溶液，符合目標(biāo)濃度的溶液留取備用，不符合目標(biāo)濃度的溶液，使用所述冷凍濃縮裝置繼續(xù)冷凍和溶解，實(shí)現(xiàn)稀溶液濃縮。本發(fā)明解決了通常情況下稀溶液在冷凍過程中溶質(zhì)會(huì)向容器的中心和底部集中，影響冷凍材料溶解時(shí)溶液分離的效果和效率的問題，可以進(jìn)一步改善冷凍濃縮效果和效率。

技術(shù)研發(fā)人員：莊席福
受保護(hù)的技術(shù)使用者：崇義富百樂發(fā)展有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19