CN103084066A

CN103084066A - 膜过滤明胶脱水预浓缩系统

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Publication number: CN103084066A
Application number: CN2013100244209A
Authority: CN
Inventors: 余苟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2013-05-08

Abstract

一种膜过滤明胶脱水预浓缩系统，其由初级膜过滤系统和中级膜过滤系统组成，其中：初级膜过滤系统包括稀胶液贮罐、喂料泵、过滤器、初级膜过滤组件；中级膜过滤系统包括浓胶液贮罐、喂料泵、过滤器、中级膜过滤组件。上述初级膜过滤组件和中级膜过滤组件分别包含2个以上膜组，用于对明胶溶液分级脱水浓缩。由于不需要蒸汽加热，本发明完全可以取代真空蒸发器对明胶溶液进行脱水浓缩，不但有效地降低了明胶生产的成本，而且起到十分显著的节能减排、减少空气环境污染的效果，同时减少了明胶在蒸发过程长时间受热的影响，相对减少了明胶物理性能的损失，提高了明胶的冻力和粘度。

Description

膜过滤明胶脱水预浓缩系统

技术领域

本发明属于明胶浓缩系统，具体涉及一种膜过滤明胶脱水预浓缩系统。

背景技术

按照传统的明胶生产工艺，从提胶锅抽提出来的4%-6%左右的明胶溶液经过真空蒸发器将明胶溶液的水分蒸发，得到浓度为26%-35%的浓缩液用于冷凝成形，然后通过烘干机干燥成为含水量约为12%的商品明胶。

采用真空蒸发器浓缩明胶液，需用锅炉蒸汽加热的热源，按理论计算，如选用单效蒸发器，每蒸发1kg水需要消耗1.1kg的蒸汽；采用双效蒸发器，每蒸发1kg水需要消耗0.55kg的蒸汽；采用3效蒸发器，每蒸发1kg的水需要消耗0.4kg的蒸汽。国内的明胶生产企业，较多采用2效或3效真空蒸发器。一个年产2000吨明胶的工厂，如用一台3效真空蒸发器进行胶液的浓缩，每生产1吨明胶消耗在蒸发系统的蒸汽接近9吨，折合消耗燃煤1.6吨。

由于明胶是一种热敏性的物质，其溶液的粘度与浓度成正比，传热系数与浓度成反比，随着明胶溶液在蒸发系统里浓度的不断提高，其循环速度会变得越来越慢而使受热时间延长，极易造成物理性能如冻力和粘度的降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种膜过滤明胶脱水预浓缩系统，取代明胶真空蒸发器，不但有效节省了蒸汽的消耗，极大地降低生产成本的同时，由于减少了明胶在蒸发过程中长时间受热的影响，能提高明胶的冻力和粘度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种膜过滤明胶脱水预浓缩系统，其由初级膜过滤系统和中级膜过滤系统组成，分别用于浓缩不同浓度的明胶溶液，其中：初级膜过滤系统包括稀胶液贮罐、喂料泵、过滤器、初级膜过滤组件，其中稀胶液贮罐的出口通过喂料泵与过滤器的入口连接，过滤器的出口与初级膜过滤组件的入口连接，初级膜过滤组件的出口与中级膜过滤系统的浓胶液贮罐的入口连接；中级膜过滤系统包括浓胶液贮罐、喂料泵、过滤器、中级膜过滤组件，其中浓胶液贮罐的出口通过喂料泵与过滤器的入口连接，过滤器的出口与中级膜过滤组件的入口连接，中级膜过滤组件的出口为浓缩后胶液的出口。

所述初级膜过滤组件和中级膜过滤组件分别包含2个以上膜组，用于对明胶溶液分级脱水浓缩；所述膜组之间以串联方式连接，每个膜组均配备有用于使胶液在该膜组中循环的循环泵和用于冷却胶液的冷却器。

优选地，所述初级膜过滤组件和中级膜过滤组件分别包含2个膜组。

所述初级膜过滤组件的膜组工作压力为0.4-0.9MPa。

所述中级膜过滤组件的膜组工作压力为0.9-1.6MPa。

所述初级膜过滤组件和中级膜过滤组件的膜为卷式膜。

所述初级膜过滤组件和中级膜过滤组件的膜为卷式有机高分子膜。

本发明采用的膜过滤组件是卷式膜，具体地说是卷式有机高分子膜，如聚砜（PSO）、聚丙烯腈（PAN）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、醋酸纤维（CA）等，其工作原理是以压力差为推动力的膜分离过程，通过内外压差将低浓度的明胶溶液中的水、小分子多肽以及部分无机盐去除，从而达到脱水浓缩和提纯的目的。因此根据明胶生产中对不同浓度的明胶溶液的浓缩，选择相应截留分子量的膜过滤组件，既能保证小分子量的明胶不被排掉从而提高明胶的得率，又能透过明胶生产过程产生的某些小分子量的有机物如肽类和部分的无机盐，使明胶稀溶液通过膜脱水达到浓缩的目的，同时与脱盐除杂质同步进行。

另外，本发明选用截留分子量较低、膜通量较高、具有较强的抗污染能力的膜过滤组件，在同等的外压下，膜组的膜通量比其它类别的膜大得多。由于所选的膜过滤组件具有优异的抗污染性能，即使在较高的明胶浓度下，也不容易被污染导致通量明显下降。

同时本发明的膜过滤组件，其使用后的清洗、再生方便，操作简单。每完成一批产品（约24-36小时），只需用热水冲洗系统并用pH10.5的氢氧化钠水溶液对膜组进行清洗一次，就能达到良好的再生效果。

本发明的膜过滤系统的膜过滤组件，根据对不同浓度的明胶过滤，分别采用初级膜过滤组件和中级膜过滤组件进行过滤。其中采用初级膜过滤组件用于低浓度胶液的脱水浓缩，将从提胶锅抽提出来的浓度约4%-6%的明胶溶液通过初级膜过滤组件脱除部分的水分，将浓度提高到约10%。由于初级膜过滤组件用于过滤浓度较低的物料，相对的物料性能如冻力、粘度也较低，液体物料的流通阻力也相对较小，因此初级膜过滤组件的特点是工作压力相对较低，为0.4-0.9MPa，渗析液排出量设计较大，所以选用压力较低流量较大的循环泵。而中级膜过滤组件是用于中等浓度的脱水浓缩，将浓度约10%的明胶溶液通过中级膜过滤组件提高到18%，它的工作压力相对初级膜过滤组件要高，为0.9-1.6MPa，由于系统工作时明胶溶液的浓度较高（由10%提高到18%），中级膜过滤组件在这种状况下的通量相对较小，所以需选用压力高、流量相对小的循环泵。如将初级膜过滤系统和中级膜过滤系统的管线合并在一起，压力高的浓胶液容易流串到初级膜过滤组件造成系统混乱，因此针对不同浓度的胶液进行浓缩需要使用不同的膜过滤系统。

本发明的膜过滤系统中，初级膜过滤组件和中级膜过滤组件分别具有2级或2级以上膜组。因为在实际工业化生产过程中，要求物料的浓缩量大、浓度较高，采用单级膜组很难达到工艺要求，必须采用2级膜组或更多级膜组来分级脱水，使产品的浓度不断提高。但是如果要求浓度不高、浓缩量不大，也可以采用单级膜组。

明胶溶液经过本发明的膜过滤系统进行脱水预浓缩后，再通过板式闪蒸器，根据产品需求将18%的明胶溶液的浓度进一步提高到26%-35%。

根据明胶生产过程的不同工艺环节，针对不同生产厂家人员的素质和技术水平，可以采取PLC加触摸屏或PLC加人工按键操作等多种控制方案。还可以采取喂料罐液位监控、系统循环温度监控、物料进出流量监测、渗析液流量监测等多种监控措施，保证系统长期正常运行。

本发明的有益效果是：膜过滤脱水预浓缩系统不需要蒸汽加热，完全可以取代真空蒸发器对明胶溶液进行脱水浓缩。与明胶生产行业传统的3效真空蒸发器相比，采用本发明的膜过滤脱水预浓缩系统每生产1吨明胶可节省燃煤1.4吨。一个年产明胶2000吨的工厂若采用膜过滤脱水预浓缩系统，全年可节省燃煤2800吨。扣除膜过滤组件的运行成本，如电费、膜更换费用、清洗再生用水和化学品消耗等费用，每吨明胶可节省能源消耗的费用约900元，全年减少能源消耗费用约180万元，不但有效地降低了明胶生产的成本，而且起到十分显著的节能减排、减少空气环境污染的效果。另外从产品性能的角度来看，明胶溶液通过本发明的膜过滤脱水预浓缩系统进行预浓缩，减少了蒸发过程长时间受热的影响，相对减少了明胶物理性能的损失，提高了明胶的冻力和粘度。

附图说明

图1是本发明膜过滤明胶脱水预浓缩系统的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合图1，通过具体实施例进一步阐述本发明。

实施例1

（1）初级膜过滤系统准备

开启工艺水阀门，并控制水的温度在40-45℃，将水注入稀胶液贮罐，开启其底部的阀门V1，开启袋式过滤器的阀门V4和V5，再按顺序开启V7、V1-1，V1-2，V1-3和V2-1，V2-2，V2-3。

首先打开喂料泵FP1上面的排气螺栓将水泵里面的气体排除干净，直到看见排气螺栓的出口有水流出为止。然后开启喂料泵FP1，使水进入膜过滤系统，随后依次打开循环泵CP1、CP2上面的排气螺栓将水泵内的气体排放干净直到有水流出为止，然后打开循环泵CP1、CP2。

（2）初级膜过滤系统过滤

确认4-6%稀胶液的温度控制在48-50℃之间，然后打开稀胶进胶阀，喂料泵FP1起动，向系统进胶。此时渗析液出水阀处于循环回水状态，出胶阀关闭。数秒后，循环泵CP1起动，随后，循环泵CP2起动，胶液开始进入初级膜过滤组件的膜组1和膜组2。当液位上升至≥30%时，渗析液出水阀处于排水状态。当液位高于设定值时，液位高位报警，稀胶进胶阀关闭。系统利用稀胶调节阀控制液位，可自动调节进胶量来控制液位，胶液波动大时，可通过补水阀手动进行调整。当在出胶取样阀检测胶液的浓度达到10%左右时，可在手动状态下调节出胶阀门的开启状态（气动调节阀的开启度百分比），系统开始出胶。在出胶期间，需经常检测出胶浓度，如浓度偏高，可适当加大出胶流量，或加大进胶流量，反之亦然。胶液进入浓胶液贮罐，准备进入下一步中级膜过滤组件过滤。

喂料泵和两台循环泵均采用变频器控制泵的启动和流量，可按照明胶生产的实际要求，通过调节变频器的频率，来改变喂料泵和循环泵的流量和压力，以达到最佳的控制水平。同时，在循环泵和膜组入口之间还设有冷却器，用于冷却胶液。

（3）中级膜过滤系统准备

开启工艺水阀门，并控制水的温度在40-45℃，将水注入浓胶液贮罐，开启其底部的阀门HV1，开启袋式过滤器的阀门HV4和HV5，再按顺序开启HV7、HV1-1，HV1-2，HV1-3和HV2-1，HV2-2，HV2-3。

首先打开喂料泵HFP1上面的排气螺栓将水泵里面的气体排除干净，直到看见排气螺栓的出口有水流出为止。然后开启喂料泵HFP1，使水进入膜过滤系统，随后依次打开循环泵HCP1、HCP2上面的排气螺栓将水泵内的气体排放干净直到有水流出为止，然后打开循环泵HCP1、HCP2。

（4）中级膜过滤组件过滤

准备好10%左右的胶液并确认其温度控制在48-50℃之间，然后打开进胶阀，喂料泵HFP1起动，向系统进胶。此时渗析液出水阀处于循环回水状态，出胶阀关闭。数秒后，循环泵HCP1起动，随后，循环泵HCP2起动，胶液开始进入中级膜过滤组件的膜组1和膜组2。当液位上升至≥30%时，渗析液出水阀处于排水状态。当液位高于设定值时，液位高位报警，进胶阀关闭。系统利用稀胶调节阀控制液位，可自动调节进胶量来控制液位，胶液波动大时，可通过补水阀手动进行调整。当在出胶取样阀检测胶液的浓度达到18%左右时，可在手动状态下调节出胶阀门的开启状态（气动调节阀的开启度百分比），系统开始出胶。在出胶期间，需经常检测出胶浓度，如浓度偏高，可适当加大出胶流量，或加大进胶流量，反之亦然。

当生产完成时，程序停止工作。此时可将系统转为手动操作，用热水将剩余的胶液推洗到读数<0.5%然后停机，也可以随即转到推胶程序进行操作。

胶液经过本发明的膜过滤系统进行脱水预浓缩后，得到浓度约18%的明胶浓缩液，再通过板式闪蒸器，根据产品需求将18%的明胶浓缩液的浓度提高到26%-35%。

（5）清洗

为了防止膜元件受损坏，清洗膜系统的水应采用反渗透水或去离子水。由于初级膜过滤组件与中级膜过滤组件的清洗步骤相同，下面以初级膜过滤组件为例说明：将手动回收阀门打开，接通胶液回水管道，然后打开补水阀和出胶阀，FP1泵起动，数秒后CP1泵起动，随后CP2泵起动，进行推胶，按预先设定的时间完成后关闭出胶阀，进行水洗，补水阀继续打开进行水冲洗，水冲洗到达设定的时间后自动停机。如检查推出的胶液浓度很低，可以提前停止推胶，开始水洗。

完成推胶后，进行水洗，此时关闭出胶阀，继续打开补水阀，用水进行冲洗，水冲洗时间到达后自动停机。

完成水洗后，执行碱洗，循环清洗数十分钟后打开排水阀和补水阀，继续冲洗到设定的时间后停机。在停机前抽水样检测，如达到要求，可结束清洗。若还达不到要求，进入下一步水洗。一般情况下，每个生产周期完成后只需半贮胶罐体积的45-48℃热水用少量烧碱液调节至pH10-10.5作为清洗药液进行碱洗。

完成碱洗后，若水样抽检结果达不到要求，可再次进行水洗。此时出胶阀自动关闭，补水阀继续打开，用水冲洗到设定的时间后停机。

应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以以任何相同或相似手段对本发明作各种变换或修改，这些等价形式同样落于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种膜过滤明胶脱水预浓缩系统，其特征在于：其由初级膜过滤系统和中级膜过滤系统组成，分别用于浓缩不同浓度的明胶溶液，其中：初级膜过滤系统包括稀胶液贮罐、喂料泵、过滤器、初级膜过滤组件，其中稀胶液贮罐的出口通过喂料泵与过滤器的入口连接，过滤器的出口与初级膜过滤组件的入口连接，初级膜过滤组件的出口与中级膜过滤系统的浓胶液贮罐的入口连接；中级膜过滤系统包括浓胶液贮罐、喂料泵、过滤器、中级膜过滤组件，其中浓胶液贮罐的出口通过喂料泵与过滤器的入口连接，过滤器的出口与中级膜过滤组件的入口连接，中级膜过滤组件的出口为浓缩后胶液的出口。

2.根据权利要求1所述的膜过滤明胶脱水预浓缩系统，其特征在于：所述初级膜过滤组件和中级膜过滤组件分别包含2个以上膜组，用于对明胶溶液分级脱水浓缩；所述膜组之间以串联方式连接，每个膜组均配备有用于使胶液在该膜组中循环的循环泵和用于冷却胶液的冷却器。

3.根据权利要求2所述的膜过滤明胶脱水预浓缩系统，其特征在于：所述初级膜过滤组件和中级膜过滤组件分别包含2个膜组。

4.根据权利要求2或3所述的膜过滤明胶脱水预浓缩系统，其特征在于：所述初级膜过滤组件的膜组工作压力为0.4-0.9MPa。

5.根据权利要求2或3所述的膜过滤明胶脱水预浓缩系统，其特征在于：所述中级膜过滤组件的膜组工作压力为0.9-1.6MPa。

6.根据权利要求1或2或3所述的膜过滤明胶脱水预浓缩系统，其特征在于：所述初级膜过滤组件和中级膜过滤组件的膜为卷式膜。

7.根据权利要求1或2或3所述的膜过滤明胶脱水预浓缩系统，其特征在于：所述初级膜过滤组件和中级膜过滤组件的膜为卷式有机高分子膜。