CN101537312A - 多级连续反渗透膜浓缩系统及使用该系统进行浓缩的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种既能提高浓缩倍数，又减少浓缩物中有效功能成分及香气的损失的多级连续反渗透膜浓缩系统，及使用该系统浓缩天然植物提取液的方法。该系统由输料泵、增压泵、一级膜堆(带内循环泵)、二级膜堆(带内循环泵)、三级膜堆(带内循环泵)到n级膜堆(带内循环泵)顺序连接，在各级膜堆间，安装至少一个加压泵，从而提高后面各级膜堆的入口压力，使后面各级膜堆的水通量增加，提高截留率，因而既提高浓缩倍数，又延长持续生产周期，提高批次生产能力。
Description
技术领域
本发明涉及天然植物提取液的浓缩设备，尤其是既能提高浓缩倍数，又能减少浓缩物中有效功能成分及香气的损失，同时延长持续生产周期的多级连续反渗透膜浓缩系统以及使用该系统进行浓缩的方法。
背景技术
目前，对天然植物提取液的浓缩通常采用蒸发浓缩和反渗透膜浓缩。近十年来，我国陆续有企业应用反渗透膜浓缩技术进行天然植物提取液的浓缩，但由于天然植物的成分复杂，含有多糖、果胶、淀粉、蛋白质、脂质等高分子物质，在浓缩过程中容易造成反渗透膜元件的污堵。因而，反渗透膜浓缩技术的应用上存在浓缩倍数低、终产物浓度低以及持续生产周期短等缺点。
发明内容
为解决上述反渗透膜浓缩天然植物提取液的技术不足，本发明的目的是提供一种新型多级连续反渗透膜浓缩系统以及使用该系统进行浓缩的方法，该系统既能提高浓缩倍数，又能减少浓缩物中有效功能成分及香气的损失，同时又能延长持续生产周期。
本发明提供的多级连续反渗透膜浓缩系统由输料泵、增压泵、一级膜堆(带内循环泵)、二级膜堆(带内循环泵)、三级膜堆(带内循环泵)到n级膜堆(带内循环泵)顺序连接，在各级膜堆间，安装至少一个加压泵，从而提高后面各级膜堆的入口压力。膜堆的级数n根据系统单位时间的处理量来设计，不同膜堆中的循环泵所需流量根据膜壳的并联数来确定。
根据本发明的优选方式，所述膜堆由m(m≥1)支反渗透膜元件安装于耐压膜壳中，该膜壳通过串联和/或并联或者串并联组合方式连接而成，每支膜壳串联2～6支膜元件。
根据本发明的优选方式，所述多级为三级，其中，在一级膜堆后，安装加压泵。
根据本发明的优选方式，在连续反渗透膜浓缩过程中，一级膜堆在给料压力不高于30bar的条件下能透析料液中80％以上的水。
根据本发明的优选方式，所述加压泵安装于一级膜堆浓液出口与二级膜堆入口之间。
根据本发明的优选方式，所述输料泵的出口压力3～4bar，增压泵的出口压力25～30bar，加压泵的出口压力32～40bar。
根据本发明的优选方式，该系统用于包括红茶、绿茶、乌龙茶及凉茶的天然植物提取液的浓缩。
此外，本发明还提供使用上述多级连续反渗透膜浓缩系统进行浓缩的方法。
以三级连续反渗透膜浓缩系统为例，使用本发明的多级连续反渗透膜浓缩系统进行浓缩的方法主要包括以下步骤：
1)天然植物提取液经精滤、离心处理后进入三级连续反渗透膜浓缩系统。
2)天然植物提取液经输料泵、增压泵后压力提高到25～30bar后进入一级膜堆，此过程中提取液浓度低，渗透压也低，因此一级膜堆在给料压力不高于30bar的条件下能透析料液中80％的水，从而提取液浓度可以提高4倍。
3)提取液经一级膜堆浓缩后，流量减至20％、浓度提高4倍，此时提取液浓度高，渗透压也高，提取液经加压泵加压，压力提高到32～40bar后进入二级膜堆和三级膜堆进行进一步浓缩。此时，给料压力升高使后两级膜堆的水通量增加，但压力升高并不影响盐透过量，在盐透过量不变的情况下水通量增大时透析水含盐量下降，截留率反而提高，因而既提高浓缩倍数，又减少浓缩物中有效功能成分及香气的损失，延长持续生产周期。
本发明的优点在于：
1)与不安装加压泵的三级连续反渗透膜浓缩系统相比，本发明的系统的天然植物提取液浓缩物浓度可提高20～50％。
2)与不安装加压泵的三级连续反渗透膜浓缩系统相比，本发明的系统的持续生产周期由4小时提高到6小时。
此外，本发明工艺简单，易于推广应用。
附图说明
附图1为三级连续反渗透膜浓缩系统的工作原理图。
附图2为多级连续反渗透膜浓缩系统的工作原理图。
具体实施方式
现将结合图1，以三级连续反渗透膜浓缩系统为例，进一步详细说明天然植物提取液经离心机离心或过滤处理后进入多级连续反渗透膜浓缩系统进行浓缩，以下实施例中的天然植物提取液均经上述工艺处理。
图1中，天然植物提取液经输料泵1、增压泵2后压力提高到25～30bar后，经循环泵4进入一级膜堆7进行第一阶段浓缩，一级膜堆7透析出来的透过液通过透过液收集管10，流入透过液槽12；
从一级膜堆7出来的浓缩液经加压泵3加压至32～40bar后，经循环泵5进入二级膜堆8进行第二阶段浓缩，二级膜堆8透析出来的透过液通过透过液收集管10，流入透过液槽12；
从二级膜堆8出来的浓缩液维持在32～40bar的压力下，经循环泵6进入三级膜堆9进行第三阶段浓缩，三级膜堆9透析出来的透过液通过透过液收集管10，流入透过液槽12；
从三级膜堆9出来的浓缩液浓度最高，为终端浓缩产品，通过浓缩汁出口11传出。
实施例一：三级连续反渗透膜浓缩系统浓缩凉茶(天然草本植物)
三级连续反渗透膜浓缩系统组成：一级膜堆由12支反渗透膜元件通过3支膜壳并联连接组成，每支膜壳串联4支反渗透膜元件；二级膜堆由6支反渗透膜元件通过3支膜壳并联连接组成，每支膜壳串联2支反渗透膜元件；三级膜堆由2支反渗透膜元件通过1支膜壳连接组成，每支膜壳串联2支反渗透膜元件，在一级膜堆后，安装加压泵。凉茶(天然草本植物)的浓度为1.50Brix，进入三级连续反渗透膜浓缩系统的入口流量为6.5吨/小时。加压泵运行与否在连续浓缩生产运行对比如下：
在上述三级连续反渗透膜浓缩系统中，加压泵运行后天然植物提取液浓缩物浓度可提高20％；加压泵运行后，系统的持续生产延长2小时，并且系统的处理能力基本维持恒定，加压泵不运行结束时系统的处理能力减少近50％。
实施例二：五级连续反渗透膜浓缩系统浓缩凉茶(天然草本植物)
五级连续反渗透膜浓缩系统组成：一级膜堆由35支反渗透膜元件通过7支膜壳并联连接组成，每支膜壳串联5支反渗透膜元件；二级至五级膜堆由28支反渗透膜元件通过7支膜壳并联连接组成，每支膜壳串联4支反渗透膜元件，在一级膜堆后，安装加压泵。凉茶(天然草本植物)的浓度为1.50Brix，进入五级连续反渗透膜浓缩系统的入口流量为50吨/小时。加压泵运行与否在连续浓缩生产运行对比如下：
在上述五级连续反渗透膜浓缩系统中，加压泵运行后天然植物提取液浓缩物浓度可提高25％；加压泵运行后，系统的持续生产周期延长3小时，并且系统的处理能力基本维持恒定，加压泵不运行结束时系统的处理能力减少近40％。
Claims (8)
1、一种多级连续反渗透膜浓缩系统，该系统由输料泵、增压泵、一级膜堆、二级膜堆、三级膜堆到n级膜堆顺序连接，在各级膜堆间，安装至少一个加压泵以提高后面各级膜堆的入口压力。
2、根据权利要求1所述的多级连续反渗透膜浓缩系统，其中，所述膜堆通过m支膜壳串联和/或并联或者串并联组合方式连接，每支膜壳串联2～6支膜元件，其中m≥1。
3、根据权利要求1所述的多级连续反渗透膜浓缩系统，所述多级为三级，其中，在一级膜堆后，安装加压泵。
4、根据权利要求1所述的多级连续反渗透膜浓缩系统，其中，在连续反渗透膜浓缩过程中，一级膜堆在给料压力不高于30bar的条件下透析料液中80％以上的水。
5、根据权利要求1所述的多级连续反渗透膜浓缩系统，其中，所述加压泵安装于一级膜堆浓液出口与二级膜堆入口之间。
6、根据权利要求1所述的多级连续反渗透膜浓缩系统，其中，所述输料泵的出口压力3～4bar，增压泵的出口压力25～30bar，加压泵的出口压力32～40bar。
7、根据权利要求1所述的多级连续反渗透膜浓缩系统，其中，该系统用于包括红茶、绿茶、乌龙茶及凉茶的天然植物提取液的浓缩。
8、一种浓缩天然植物提取液的方法，其包括使用权利要求1所述的多级连续反渗透膜浓缩系统进行浓缩。
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