CN104046515A - 芳香回收系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了芳香回收系统及方法,该系统具有平衡罐、接于平衡罐的预热器；接收来自预热器所预热料液的分馏塔，该分馏塔底部安装有盘管加热器；接于分馏塔的精馏塔；接于精馏塔顶部所设芳香气体输出口的一级管式冷却器；接于一级管式冷却器的二级冷却器，所述一级管式冷却器和二级冷却器之间的连接管路通过泵II、控制阀而连接于精馏塔；接于二级冷却器的香液罐，其输出端接有控制阀和泵IV；将系统进行抽真空作业的真空泵，其接于香液罐，芳香回收方法参见说明书。本系统设计合理，芳香回收效果显著，本系统同样可以用在苹果、菠萝、葡萄、桃、西番莲等果汁及茶、牛奶在浓缩时的芳香回收。

Description

芳香回收系统及方法

技术领域

本发明涉及一种苹果、菠萝、葡萄、桃、西番莲等果汁及茶、牛奶在浓缩时的芳香回收系统及方法。

背景技术

我国水果品种繁多，产量越来越大，浓缩果蔬汁的出现，有效的解决了果蔬产品的季节性问题，同时又大大降低了原料的储存和运输费用。近年来，随着国际原料市场对浓缩果蔬汁需求的增加，越来越多的企业加入到浓缩果蔬汁生产的行业中来。

但美中不足的是还原后的果蔬汁和原汁相比，在品质上有较大差异，尤其是芳香物质的损失，使还原后的果蔬汁达不到原汁的风味，而香味又是评定果汁品质的一个重要指标之一，尤其是咖啡、茶等。

果蔬的香味是由其本身所含的各种不同的芳香物质决定的，芳香物质包括水溶性芳香和挥发性油,不同的果蔬具有不同的香气成分，一种果蔬的香气成分多达几十种乃至上百种，如咖啡其含有的芳香物质就有300种以上，对芳香起主要作用的是碳水化合物、醇、酮、酯、醛这几大类物质。目前生产浓缩果汁的主要设备是降膜蒸发器，由于是在真空状态下操作，同时又对物料进行了加热，是整个加工过程中芳香物质损失最为严重的环节，所以有必要在果汁浓缩前或浓缩过程中对香气成分加以回收，然后添加到浓缩液中，最大程度上保持浓缩果汁的原有风味。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种芳香回收系统，其在果汁浓缩前或浓缩过程中对香气成分加以回收，然后添加到浓缩液中，最大程度上保持浓缩果汁的原有风味。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

芳香回收系统,其特征在于，该系统具有：

接收料液且平衡系统压力的平衡罐(1)；

对料液进行预热的预热器(3)，其通过离心泵(2)、控制阀而接于平衡罐；

接收来自预热器所预热料液的分馏塔(4)，其内设多组作为汽液相互接触元件的层流板，所述层流板安装有泡罩，该分馏塔底部安装有盘管加热器，所述分馏塔经过提纯后的料液由泵I(5)、控制阀而输送至蒸发器进行浓缩处理；

精馏塔(6)，其接于分馏塔顶部的芳香气体输出口，所述精馏塔内设由不锈钢鲍尔环制成的填料，该精馏塔的冷凝水通过控制阀、泵III(11)排出系统；

接于精馏塔顶部所设芳香气体输出口的一级管式冷却器(7)；

接于一级管式冷却器(7)的二级冷却器(9)，所述一级管式冷却器和二级冷却器之间的连接管路通过泵II(8)、控制阀而连接于精馏塔(6)；

接于二级冷却器的香液罐(10)，其输出端接有控制阀和泵IV(12)；

将系统进行抽真空作业的真空泵(13)，其接于香液罐。

进一步，所述一级管式冷却器的冷媒为25℃±2℃的水。

进一步，所述二级冷却器的冷媒为2℃±0.5℃的冰水。

进一步，所述系统包括PLC和接于PLC的人机界面，所述PLC接于离心泵(2)、泵I(5)、泵II(8)、泵III(11)、泵IV(12)、真空泵(13)。

芳香回收方法，其包括如下步骤：

步骤一，将料液输送至平衡罐(1)；

步骤二，由离心泵(2)将平衡罐内的料液输送至预热器(3)进行预热，预热温度为90℃±5℃；

步骤三，将预热后的料液输送至分馏塔(4)中,分馏塔内部设有多组层流板，层流板安装有泡罩，每组层流板为一个汽液相互接触元件，汽相芳香物质依靠负压的作用穿过层流板上的泡罩升至上一层层流板，液相料液则自上而下流至下一层层流板，汽相芳香物质在上升过程中不断与液相料液接触，汽相芳香物质中所含的重组分向液相料液传递，而液相料液中的轻组分向汽相芳香物质传递，如此不断交换，使汽相中的芳香物质浓度不断提高，从而起到分馏作用，分馏塔底部安装有盘管加热器，该盘管加热器对提纯后的料液进行再加热，控制蒸汽量为进料量的10％，该进料量为预热器输送至分馏塔的料液量，由分馏塔顶部排出的芳香气体的量控制在总进料量的10％，提纯后的料液送至蒸发器进行浓缩处理；

步骤四，在负压作用下，芳香气体进入精馏塔(6)进行二次提纯，进料量控制在精馏塔容量的50％，该精馏塔的填料采用不锈钢鲍尔环，所述精馏塔顶部所设芳香气体输出口连接有一级管式冷却器(7)，所述一级管式冷却器(7)连接有二级冷却器(9)，所述二级冷却器(9)连接有香液罐(10)，所述香液罐(10)连接有将系统进行抽真空作业的真空泵(13)，所述香液罐(10)输出端接有控制阀和泵IV(12)；

其中，所述一级管式冷却器和二级冷却器之间的连接管路通过泵II(8)、控制阀而连接于精馏塔(6)；

芳香气体由下向上穿过鲍尔环，与由泵II(8)送回的回流液气、液相接触，使排出精馏塔的香气浓度进一步提高，提香后的冷凝水由接于精馏塔的控制阀、泵III(11)排出，芳香气体从精馏塔塔顶排出进入一级管式冷却器(7)，冷却至45-50℃，冷媒为25℃±2℃的水，将芳香气体冷凝变成液态，控制出液量的10％进入二级冷却器(9)，冷却至5-10℃，冷媒为2℃±0.5℃的冰水，余下介质由泵II(8)送回精馏塔(6)进行气、液相再交换；

步骤五，由二级冷却器(9)输出的芳香液体即为高纯度的芳香液，留存备用即可。

该芳香回收方法的系统真空度控制在-0.05Mpa。

本发明具有如下有益效果：

(1)本系统设计合理，芳香回收效果显著。

(2)本系统同样可以用在苹果、菠萝、葡萄、桃、西番莲等果汁及茶、牛奶在浓缩时的芳香回收。

附图说明

图1为芳香回收系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

下面以咖啡为例详述本发明。

参见图1，芳香回收系统,包括平衡罐1、离心泵2、预热器3、分馏塔4、泵I5、精馏塔6、一级管式冷却器7、泵II8、二级冷却器9、香液罐10、泵III11、泵IV12以及真空泵13。为提高整个系统的智能化程度，增设PLC和人机界面。

接收料液且平衡系统压力的平衡罐1，其上部设置55-60℃咖啡液(12-18％固形物)的入口，下部则呈锥状，并在下部设置咖啡液的出口。

对料液进行预热的预热器3，其通过离心泵2、控制阀而接于平衡罐，离心泵前后分别设置有控制阀，控制阀的类型包括但不限于手动控制阀，也可采用便于智能控制的电磁阀，如果选择电磁阀，则该处电磁阀、离心泵2的启动与关闭通过PLC进行控制(当然，控制阀选择手动控制阀则单独由人工进行控制)。

接收来自预热器所预热料液(料液温度为85-95℃)的分馏塔4，其内设多组作为汽液相互接触元件的层流板，所述层流板安装有泡罩，该分馏塔底部安装有盘管加热器，所述分馏塔经过提纯后的料液由泵I5、控制阀(可选择手动控制阀、电磁阀等)而输送至蒸发器进行浓缩处理，所述泵I5前后均设置控制阀。该处的泵I5则接于PLC，如果控制阀选择电磁阀，则电磁阀同样由PLC控制启停。

该系统的精馏塔6，其接于分馏塔顶部的芳香气体输出口，所述精馏塔内设由不锈钢鲍尔环制成的填料，该精馏塔的冷凝水通过控制阀、泵III11排出系统，该控制阀选择手动控制阀或者便于智能化控制的电磁阀，而泵III11通过接于PLC而控制其开启与关闭。

该系统具有接于精馏塔顶部所设芳香气体输出口的一级管式冷却器7，其冷媒为25℃±2℃的水，在一级管式冷却器7的冷媒输送管路设置有控制阀以便于根据实际需要进行关闭与开启操作。

该系统具有接于一级管式冷却器7的二级冷却器9，所述一级管式冷却器和二级冷却器之间的连接管路通过泵II8、控制阀而连接于精馏塔6，这里的控制阀选择手动控制阀或者便于智能化控制的电磁阀，所述泵II8接于PLC，所述二级冷却器的冷媒为2℃±0.5℃的冰水，该冷媒输送管路设置有控制阀。

该系统具有接于二级冷却器的香液罐10，其输出端接有控制阀和泵IV12，此处控制阀选择手动控制阀或者便于智能化控制的电磁阀，而泵IV12接于PLC。

将系统进行抽真空作业的真空泵13，其接于香液罐，以便于保持系统的真空度，该真空泵13接于PLC并由其进行控制。

该系统操作时为保持流量、温度、压力、液位保持稳定，故而设定由PLC和人机界面构成的自动控制系统。

其中，所述系统包括的PLC和接于PLC的人机界面均可采用现有技术加以实现，在此不加以赘述。

所述PLC接于系统的离心泵2、泵I5、泵II8、泵III11、泵IV12、真空泵13，而系统的控制阀根据需要进行功能性选择，手动控制阀或者电磁阀均可满足需要。

下面针对咖啡芳香回收的具体流程进行描述(其成果应用于菲律宾URC公司的咖啡生产线上)：

芳香回收方法，其采用二级精馏法开发，具体而言，其包括如下步骤：

步骤一，咖啡经过萃取过滤后，其浓度一般在12-18％(固形物)，温度55-60℃，将咖啡料液输送至平衡罐1。

步骤二，由离心泵2将平衡罐内的料液输送至预热器3进行预热，通过实验，咖啡料液在升温至90℃左右时，其气、液相分离较为理想，所以把预热温度界定为90℃±5℃。

步骤三，将预热后的咖啡料液输送至分馏塔4中,分馏塔内部设有多组层流板，层流板安装有泡罩，每组层流板为一个汽液相互接触元件，芳香物质(汽相)依靠负压的作用穿过层流板上的泡罩升至上一层层流板，料液(液相)则自上而下流至下一层层流板，芳香物质(汽相)在上升过程中不断与料液(液相)接触，芳香物质(汽相)中所含的重组分向料液(液相)传递，而料液(液相)中的轻组分向芳香物质(汽相)传递，如此不断交换，使汽相中的芳香物质浓度不断提高，从而起到分馏作用，分馏塔底部安装有盘管加热器，该盘管加热器对提纯后的料液进行再加热，一般控制蒸汽量为进料量的10％左右即可(该进料量为预热器输送至分馏塔的料液量，单位选择体积单位)，其沸腾产生的蒸汽作为芳香物质的载体，同时也对遗留的香气进行回收，由分馏塔顶部排出的芳香气体的量控制在总进料量的10％，提纯后的料液送至蒸发器进行浓缩处理。

步骤四，在负压作用下，芳香气体进入精馏塔6(又称洗涤塔)进行二次提纯，进料量控制在精馏塔容量的50％，该精馏塔的填料采用不锈钢鲍尔环，所述精馏塔顶部所设芳香气体输出口连接有一级管式冷却器7，所述一级管式冷却器7连接有二级冷却器9，所述二级冷却器9连接有香液罐10，所述香液罐10连接有将系统进行抽真空作业的真空泵13，所述香液罐10输出端接有控制阀和泵IV12；其中，所述一级管式冷却器和二级冷却器之间的连接管路通过泵II8、控制阀而连接于精馏塔6。

芳香气体由下向上穿过鲍尔环，与由泵II8送回的回流液气、液相接触，使排出精馏塔的香气浓度进一步提高，提香后的冷凝水由接于精馏塔的控制阀、泵III11排出，芳香气体从精馏塔塔顶排出进入一级管式冷却器7，冷却至45-50℃，冷媒为25℃±2℃的水，将芳香气体冷凝变成液态，控制出液量的10％进入二级冷却器9(一级管式冷却器7的出液量)，冷却至5-10℃，冷媒为2℃±0.5℃的冰水，余下介质(自一级管式冷却器排出而除开进入二级冷却器的物质)由泵II8送回精馏塔6进行气、液相再交换。

步骤五，由二级冷却器9输出的芳香液体即为高纯度的芳香液，留存备用即可，由于通过二次10％提纯，其得到的即使100倍芳香液，存于香液罐而由泵IV12送出和咖啡浓缩液混合。

系统是在真空状态下完成操作的，由真空泵13来实现，通过实验，该芳香回收方法的系统真空度控制在-0.05Mpa，此时的提取效果最理想。

系统在操作时要求流量、温度、压力、液位保持温度(需要的情况下，于系统中相应设备处安装液位传感器)，配备自动控制系统是较为合适的，该自动控制系统选择PLC和人机界面来实现控制。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.芳香回收系统,其特征在于，该系统具有：

接收料液且平衡系统压力的平衡罐(1)；

对料液进行预热的预热器(3)，其通过离心泵(2)、控制阀而接于平衡罐；

接收来自预热器所预热料液的分馏塔(4)，其内设多组作为汽液相互接触元件的层流板，所述层流板安装有泡罩，该分馏塔底部安装有盘管加热器，所述分馏塔经过提纯后的料液由泵I(5)、控制阀而输送至蒸发器进行浓缩处理；

精馏塔(6)，其接于分馏塔顶部的芳香气体输出口，所述精馏塔内设由不锈钢鲍尔环制成的填料，该精馏塔的冷凝水通过控制阀、泵III(11)排出系统；

接于精馏塔顶部所设芳香气体输出口的一级管式冷却器(7)；

接于一级管式冷却器(7)的二级冷却器(9)，所述一级管式冷却器和二级冷却器之间的连接管路通过泵II(8)、控制阀而连接于精馏塔(6)；

接于二级冷却器的香液罐(10)，其输出端接有控制阀和泵IV(12)；

将系统进行抽真空作业的真空泵(13)，其接于香液罐。

2.根据权利要求1所述的芳香回收系统,其特征在于，所述一级管式冷却器的冷媒为25℃±2℃的水。

3.根据权利要求1所述的芳香回收系统,其特征在于，所述二级冷却器的冷媒为2℃±0.5℃的冰水。

4.根据权利要求1所述的芳香回收系统,其特征在于，所述系统包括PLC和接于PLC的人机界面，所述PLC接于离心泵(2)、泵I(5)、泵II(8)、泵III(11)、泵IV(12)、真空泵(13)。

5.芳香回收方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，将料液输送至平衡罐(1)；

步骤二，由离心泵(2)将平衡罐内的料液输送至预热器(3)进行预热，预热温度为90℃±5℃；

步骤三，将预热后的料液输送至分馏塔(4)中,分馏塔内部设有多组层流板，层流板安装有泡罩，每组层流板为一个汽液相互接触元件，汽相芳香物质依靠负压的作用穿过层流板上的泡罩升至上一层层流板，液相料液则自上而下流至下一层层流板，汽相芳香物质在上升过程中不断与液相料液接触，汽相芳香物质中所含的重组分向液相料液传递，而液相料液中的轻组分向汽相芳香物质传递，如此不断交换，使汽相中的芳香物质浓度不断提高，从而起到分馏作用，分馏塔底部安装有盘管加热器，该盘管加热器对提纯后的料液进行再加热，控制蒸汽量为进料量的10％，该进料量为预热器输送至分馏塔的料液量，由分馏塔顶部排出的芳香气体的量控制在总进料量的10％，提纯后的料液送至蒸发器进行浓缩处理；

步骤四，在负压作用下，芳香气体进入精馏塔(6)进行二次提纯，进料量控制在精馏塔容量的50％，该精馏塔的填料采用不锈钢鲍尔环，所述精馏塔顶部所设芳香气体输出口连接有一级管式冷却器(7)，所述一级管式冷却器(7)连接有二级冷却器(9)，所述二级冷却器(9)连接有香液罐(10)，所述香液罐(10)连接有将系统进行抽真空作业的真空泵(13)，所述香液罐(10)输出端接有控制阀和泵IV(12)；

其中，所述一级管式冷却器和二级冷却器之间的连接管路通过泵II(8)、控制阀而连接于精馏塔(6)；

芳香气体由下向上穿过鲍尔环，与由泵II(8)送回的回流液气、液相接触，使排出精馏塔的香气浓度进一步提高，提香后的冷凝水由接于精馏塔的控制阀、泵III(11)排出，芳香气体从精馏塔塔顶排出进入一级管式冷却器(7)，冷却至45-50℃，冷媒为25℃±2℃的水，将芳香气体冷凝变成液态，控制出液量的10％进入二级冷却器(9)，冷却至5-10℃，冷媒为2℃±0.5℃的冰水，余下介质由泵II(8)送回精馏塔(6)进行气、液相再交换；

步骤五，由二级冷却器(9)输出的芳香液体即为高纯度的芳香液，留存备用即可。

6.根据权利要求5所述的芳香回收方法，其特征在于，该芳香回收方法的系统真空度控制在-0.05Mpa。