CN106317165A - 一种蛋白质浓缩系统及其应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种蛋白质浓缩系统，该系统包括压缩机、进液槽、换热系统、节流阀、储液槽和冷凝器；所述换热系统至少包含两个蜂窝式换热器；所述进液槽设有进液口，底部设有圆孔，通过圆孔与每个蜂窝式换热器上部相连通；所述每个蜂窝式换热器下部均与储液槽相连通；所述换热系统还与压缩机和冷凝器相连通，换热系统与冷凝器之间设置节流阀；所述冷凝器与压缩机相连通。本发明还公开了上述蛋白质浓缩系统的应用方法。本发明将蛋白质溶液内的水分以流态冰的形式分离开来，换热稳定可靠，浓缩效果好，相比于现有的蛋白质冷冻浓缩系统有着结构简单、换热稳定、系统可靠、能效高等优势。

Description

一种蛋白质浓缩系统及其应用方法
技术领域
本发明涉及蛋白质浓缩技术领域。更具体地，涉及一种蛋白质浓缩系统及其应用方法。
背景技术
为获取高浓度或高活性蛋白质，一般通过蛋白质溶液的浓缩来连接了蛋白质的提取和蛋白质的分离纯化，从而提高蛋白质浓度，减少样品体积，便于进一步纯化。基于蛋白质的各种物理和化学性质，常用的蛋白质浓缩方法有沉淀法、吸附法、超滤法和冻干法。其中冻干法是将蛋白质溶液在低温下冻结，然后在真空条件下升华干燥，除去冰晶，待升华结束后再进行解析干燥，出去部分结合水的干燥方法，最终达到浓缩蛋白质溶液的目的。目前，冻干法浓缩蛋白质主要是通过制冷机来达到制冷目的，其制冷系统的运行主要靠供电系统提供动力，存在着耗电量大、能量利用率低的不足，并且制冷系统的运行稳定性和可靠性是影响整个保鲜过程的关键因素。
因此，需要提供一种高效环保、稳定可靠的蛋白质冷冻浓缩系统。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种高效环保、稳定可靠的蛋白质冷冻浓缩系统，解决现有冻干法蛋白质冷冻浓缩技术中耗能大、可靠性差和成本高的问题。
本发明的另一个目的在于提供上述蛋白质冷冻浓缩系统的应用方法。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种蛋白质冷冻浓缩系统，该系统包括：压缩机、进液槽、换热系统、节流阀、储液槽和冷凝器；
所述换热系统至少包含两个蜂窝式换热器；所述进液槽设有进液口，底部设有圆孔，通过圆孔与每个蜂窝式换热器上部相连通；所述每个蜂窝式换热器下部均与储液槽相连通；所述换热系统还与压缩机和冷凝器相连通；所述换热系统与冷凝器之间设置节流阀；所述冷凝器与压缩机相连通。
进一步，所述蜂窝式换热器的个数具体可根据实际需要和能量匹配进行选择，各个蜂窝式换热器相互平行间隔设置，相互独立。
进一步，所述蜂窝式换热器的上部通过换热器电子阀与冷凝器相连通；所述蜂窝式换热器的下部，分别通过换热器电磁阀与压缩机相连通，通过换热器分支电磁阀与压缩机和冷凝器的管道相连通。所述蜂窝式换热器含有制冷剂，可结合压缩机、冷凝器、节流阀共同完成结冰化冰自助切换控制，进而完成蛋白质浓缩。
进一步，所述进液槽是水平设置的，蛋白质溶液从进液口进入进液槽；所述进液槽底部设有一系列与蜂窝式换热器孔径相当的圆孔，蛋白质溶液进入进液槽后经圆孔后在重力作用下从上往下流经蜂窝式换热器。
进一步，所述储液槽设有排液口，所述排液口与所述进液槽相连通。
进一步，所述换热系统底部设有冰水传送带，可对化冰得到的冰水混合物进行运输。
一种蛋白质冷冻浓缩系统的应用方法，包括以下步骤：
S1、待浓缩的蛋白质溶液从进液口进入进液槽内；
S2、S1得到的蛋白质溶液经过进液槽底部的圆孔后在重力作用下向下进入蜂窝式换热器，与蜂窝式换热器内经过压缩机、冷凝器和节流阀处理得到低温低压的湿蒸汽制冷剂进行换热，使得蛋白质溶液的温度降低，蛋白质溶液中的水分冷凝，变成流态冰残留在蜂窝式换热器壁面上；
S3、S2得到的浓缩后的蛋白质溶液流入储液槽，经储液槽的排液口排出或引至所述进液槽进一步浓缩；
S4、S2中残留在蜂窝式换热器壁面上的流态冰，与经压缩机压缩后的高温高压制冷剂蒸汽进行换热，进行化冰处理。
进一步，所述步骤S2具体为：压缩机吸入蜂窝式换热器内产生的低温低压制冷剂蒸汽，并将其进行压缩，使其温度、压力升高，高温高压制冷剂蒸汽进入冷凝器，在压力基本保持不变的情况下被冷却，放出热量，温度降低，凝结成液体，从冷凝器流出，进入节流阀节流后变成低温低压的湿蒸汽，进入蜂窝式换热器，换热器电磁阀打开，换热器分支电磁阀关闭，低温低压的湿蒸汽制冷剂在蜂窝式换热器内吸收蛋白质溶液的热量而气化，变成低温低压蒸汽被压缩机吸走，使蛋白质溶液中的水分结冰，变成流态冰残留在蜂窝式换热器壁面上。
进一步，所述步骤S4具体为：换热器电磁阀关闭，换热器分支电磁阀打开，经压缩机压缩后的高温高压制冷剂蒸汽首先进入蜂窝式换热器，并与之前在蜂窝式换热器壁面上的流态冰换热，使蜂窝式换热器壁面上的流态冰融化变成冰水混合物，制冷剂经吸收蜂窝式换热器上的冷量后，再经节流阀、冷凝器流回压缩机，完成循环。
进一步，所述冰水混合物通过冰水传送带排出系统，作冷源直接利用。
本发明的有益效果如下：
与现有技术相比本发明具有如下优点：
(1)本发明提供的蛋白质冷冻浓缩系统包含压缩机、进液槽、换热系统、冷凝器、节流阀、冰水传送带和储液槽，待浓缩的蛋白质溶液从进液口进入进液槽内，经过进液槽底部的小孔后在重力作用下向下流动，蜂窝式换热器的另一侧流动的是制冷剂，蛋白质溶液经与制冷剂换热后，水分变成流态冰残留在蜂窝式换热器壁面上，浓缩后的蛋白质溶液流入储液槽，可从排液口排出或再引到进液口进行二次浓缩；平行设置的蜂窝式换热器既起到蒸发的作用也可以起到冷凝的作用，在运行的时候可调节电磁阀来调节制冷剂的流动管道来做结冰或化冰处理，可根据需求实现同一制冷系统内结冰化冰处理同时运行、自由切换，实现了制冷系统内废热回收利用，有效提高了制冷系统的能量利用效率；化冰处理后的冰水混合物温度较低，可经冰水传送带运出后做低温冷源利用。
(2)本发明采用了基于流态冰的蛋白质冷冻浓缩系统，利用换热系统内换热后将蛋白质溶液内的水分以流态冰的形式分离开来，换热稳定可靠，浓缩效果好，相比与现有的蛋白质冷冻浓缩系统有着结构简单、换热稳定、系统可靠、能效高等优势。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明蛋白质溶液浓缩系统的结构示意图；
图2示出本发明蛋白质溶液浓缩系统内蜂窝式换热器内部结构示意图。
其中，1、压缩机；2、进液口；3、进液槽；4、换热系统；5、节流阀；6、冰水传送带；7、储液槽；8、排液口；9、冷凝器；4^、蜂窝式换热器；4#、换热器电子阀，e、换热器电磁阀，E、换热器分支电磁阀。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，在实际运用中，蜂窝式换热器的数量根据实际需要和能量匹配进行选择，本发明实施例以本实施例以4个蜂窝式换热器为例
实施例1蛋白质溶液冷冻浓缩系统
一种蛋白质溶液冷冻浓缩系统，如图1和图2所示，该系统包括压缩机1、进液槽3、换热系统4、节流阀5、储液槽7、冷凝器9。换热系统4至少含有两个蜂窝式换热器4^，各个蜂窝式换热器4^平行间隔设置，处于同一高度，且含有制冷剂；进液槽3一侧设有进液口2，底部设有圆孔，通过圆孔与每个蜂窝式换热器4^上部相连通；所述每个蜂窝式换热器4^下部与储液槽7相连通；所述换热系统4还与压缩机1与冷凝器9相连通，换热系统4与冷凝器9之间设置节流阀5；冷凝器9与压缩机1相连通。进液槽3是水平设置的，用于输送待浓缩的蛋白质溶液；进液槽3底部设有一系列圆孔，圆孔的孔径大小与蜂窝式换热器4^的孔径相当，便于与各个蜂窝式换热器4^相连通；储液槽7用于储存被浓缩后的蛋白质溶液，上设有排液口8，浓缩后的蛋白质溶液可经排液口8排出，或再被引到进液口2作进一步浓缩；压缩机1用于将制冷剂压缩变成高温高压气体；冷凝器9用于对压缩机1压缩得到的高温高压气体进行处理得到液体，经节流阀5处理得到低温低压湿蒸汽制冷剂；储液槽7用于回收经浓缩后的剩余的蛋白质溶液；换热系统4底部设置冰水传送带6用于排出冰水混合物。
进一步，本发明换热系统4的每个蜂窝式换热器4^分别通过换热器电子阀4#与冷凝器9相连通，下部分别通过换热器电磁阀e与压缩机1相连通，通过换热器分支电磁阀E与压缩机1和冷凝器9之间的管道相连通。通过调节各个电磁阀的开关并与压缩机1、冷凝器9、节流阀5结合进行蜂窝式换热器4^结冰化冰自助切换控制。在运行的时候可调节电磁阀来调节制冷剂的流动管道来做结冰或化冰处理，可根据需求实现同一制冷系统内结冰化冰处理同时运行、自由切换，实现了制冷系统内废热回收利用，有效提高了制冷系统的能量利用效率，完成蛋白质溶液的浓缩。另外，化冰后的冰水混合物可经冰水传送带排出系统，冰水混合物温度较低，可做低温冷源直接利用。
实施例2一种蛋白质溶液冷冻浓缩系统的应用方法
一种蛋白质溶液冷冻浓缩系统的应用方法，如图1和图2所示，包括以下步骤：
S1、待浓缩的蛋白质溶液从进液口2进入进液槽3内；
S2、S1得到的蛋白质溶液经过进液槽3底部的圆孔后在重力作用下从上向下在蜂窝式换热器4^一侧流动，与蜂窝式换热器4^另一侧的经过压缩机1、节流阀5和冷凝器9处理得到低温低压的湿蒸汽制冷剂进行换热，使得蛋白质溶液中的水分结冰，变成流态冰残留在蜂窝式换热器4^的壁面上；
S3、S2得到的浓缩后的蛋白质溶液流入储液槽7，经储液槽7的排液口8排出；
S4、S2中残留在蜂窝式换热器4^壁面上的流态冰，与经压缩机1压缩后的高温高压制冷剂蒸汽进行换热，进行化冰处理，得到冰水混合物；
S5、将S3得到的冰水混合物通过冰水传送带6排出系统。
进一步，所述结冰时，压缩机1吸入蜂窝式换热器4^内产生的低温低压制冷剂蒸汽，并将其进行压缩，使其温度、压力升高，高温高压制冷剂蒸汽进入冷凝器9，在压力基本保持不变的情况下被冷却，放出热量，温度降低，凝结成液体，从冷凝器9流出，经节流阀5节流后变成低温低压的湿蒸汽，进入蜂窝式换热器4^，换热器电磁阀e打开，而换热器分支电磁阀E关闭，低温低压的湿蒸汽制冷剂在蜂窝式换热器4^内吸收蛋白质溶液的热量而气化，变成低温低压蒸汽被压缩机1吸走，进而使得蛋白质溶液中的水分结冰。
进一步，所述化冰时，换热器电磁阀e关闭，而换热器分支电磁阀E打开，经压缩机1压缩后的高温高压制冷剂蒸汽首先进入蜂窝式换热器4^，并与之前在蜂窝式换热器4^壁面上的流态冰换热，使蜂窝式换热器4^壁面上的流态冰融化变成冰水混合物并经冰水传送带6后被排出，制冷剂经吸收蜂窝式换热器4^上的冷量后，再经节流阀5、冷凝器9流回压缩机，完成循环。
实施例3一种蛋白质溶液冷冻浓缩系统的应用方法
一种蛋白质溶液冷冻浓缩系统的应用方法，如图1和图2所示，包括以下步骤：
S1、待浓缩的蛋白质溶液从进液口2进入进液槽3内；
S2、S1得到的蛋白质溶液经过进液槽3底部的圆孔后在重力作用下从上向下在蜂窝式换热器4^一侧流动，与蜂窝式换热器4^另一侧的经过压缩机1、节流阀5和冷凝器9处理得到低温低压的湿蒸汽制冷剂进行换热，使得蛋白质溶液中的水分结冰，变成流态冰残留在蜂窝式换热器4^的壁面上；
S3、S2得到的浓缩后的蛋白质溶液流入储液槽7，由排液口8引至进液槽3的进液口2进一步浓缩，得到的浓缩后的蛋白质溶液流入储液槽7，再由排液口8排出；
S4、S2中残留在蜂窝式换热器4^壁面上的流态冰，与经压缩机1压缩后的高温高压制冷剂蒸汽进行换热，进行化冰处理，得到冰水混合物。
进一步，所述结冰时，压缩机1吸入蜂窝式换热器4^内产生的低温低压制冷剂蒸汽，并将其进行压缩，使其温度、压力升高，高温高压制冷剂蒸汽进入冷凝器9，在压力基本保持不变的情况下被冷却，放出热量，温度降低，凝结成液体，从冷凝器9流出，经节流阀5节流后变成低温低压的湿蒸汽，进入蜂窝式换热器4^，换热器电磁阀e打开，而换热器分支电磁阀E关闭，低温低压的湿蒸汽制冷剂在蜂窝式换热器4^内吸收蛋白质溶液的热量而气化，变成低温低压蒸汽被压缩机1吸走，进而使得蛋白质溶液中的水分结冰。
进一步，所述化冰时，换热器电磁阀e关闭，而换热器分支电磁阀E打开，经压缩机1压缩后的高温高压制冷剂蒸汽首先进入蜂窝式换热器4^，并与之前在蜂窝式换热器4^壁面上的流态冰换热，使蜂窝式换热器4^壁面上的流态冰融化变成冰水混合物并经冰水传送带6后被排出，制冷剂经吸收蜂窝式换热器4^上的冷量后，再经节流阀5、冷凝器9流回压缩机，完成循环。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种蛋白质冷冻浓缩系统，其特征在于，包括：压缩机(1)、进液槽(3)、换热系统(4)、节流阀(5)、储液槽(7)和冷凝器(9)；
所述换热系统(4)至少包含两个蜂窝式换热器(4^)；所述进液槽(3)设有进液口(2)，底部设有圆孔，通过圆孔与每个蜂窝式换热器(4^)上部相连通；所述每个蜂窝式换热器(4^)下部均与储液槽(7)相连通；所述换热系统(4)还与压缩机(1)和冷凝器(9)相连通，换热系统(4)与冷凝器(9)之间设置节流阀(5)；所述冷凝器(9)与压缩机(1)相连通。
2.根据权利要求1所述的蛋白质冷冻浓缩系统，其特征在于，所述各个蜂窝式换热器(4^)相互平行间隔设置，相互独立。
3.根据权利要求1所述的蛋白质冷冻浓缩系统，其特征在于，所述蜂窝式换热器(4^)的上部通过换热器电子阀(4#)与冷凝器(9)相连通；所述蜂窝式换热器(4^)的下部，分别通过换热器电磁阀(e)与压缩机(1)相连通，通过换热器分支电磁阀(E)与压缩机(1)和冷凝器(9)的管道相连通。
4.根据权利要求1所述的蛋白质冷冻浓缩系统，其特征在于，所述蜂窝式换热器(4^)内含有制冷剂。
5.根据权利要求1所述的蛋白质冷冻浓缩系统，其特征在于，所述换热系统(4)下部设置冰水传送带(6)。
6.根据权利要求1所述的蛋白质冷冻浓缩系统，其特征在于，所述进液槽(3)是水平设置的，进液槽(3)底部设有圆孔的孔径与蜂窝式换热器(4^)的孔径相当；所述储液槽(7)设有排液口(8)，所述排液口(8)与所述进液槽(3)相连通。
7.一种如权利要求1-6任一所述的蛋白质冷冻浓缩系统的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、待浓缩的蛋白质溶液从进液口(2)进入进液槽(3)内；
S2、S1得到的蛋白质溶液经过进液槽(3)底部的圆孔后在重力作用下向下进入蜂窝式换热器(4^)，与蜂窝式换热器(4^)中经过压缩机(1)、冷凝器(9)和节流阀(5)处理得到低温低压的湿蒸汽制冷剂进行换热，使得蛋白质溶液的温度降低，蛋白质溶液中的水分冷凝，变成流态冰残留在蜂窝式换热器(4^)壁面上；
S3、S2得到的浓缩后的蛋白质溶液流入储液槽(7)，经储液槽(7)排出或引至所述进液槽(3)进一步浓缩；
S4、S2中残留在蜂窝式换热器(4^)的壁面上的流态冰，与经压缩机(1)压缩后的高温高压制冷剂蒸汽进行换热，进行化冰处理，得到冰水混合物。
8.根据权利要求7所述的应用方法，其特征在于，所述的步骤S2为：压缩机(1)吸入蜂窝式换热器(4^)内产生的低温低压制冷剂蒸汽，并将其进行压缩，使其温度、压力升高，高温高压制冷剂蒸汽进入冷凝器(9)，在压力基本保持不变的情况下被冷却，放出热量，温度降低，凝结成液体，从冷凝器(9)流出，进入节流阀(5)节流后变成低温低压的湿蒸汽，进入蜂窝式换热器(4^)，换热器电磁阀(e)打开，而换热器分支电磁阀(E)关闭，低温低压的湿蒸汽制冷剂在蜂窝式换热器(4^)内吸收蛋白质溶液的热量而气化，变成低温低压蒸汽被压缩机(1)吸走，进而使得蛋白质溶液中的水分结冰，变成流态冰残留在蜂窝式换热器(4^)壁面上。
9.根据权利要求7所述的应用方法，其特征在于，所述的步骤S4为：换热器电磁阀(e)关闭，而换热器分支电磁阀(E)打开，经压缩机(1)压缩后的高温高压制冷剂蒸汽首先进入蜂窝式换热器(4^)，并与之前在蜂窝式换热器(4^)壁面上的流态冰换热，使蜂窝式换热器(4^)壁面上的流态冰融化变成冰水混合物，制冷剂经吸收蜂窝式换热器(4^)上的冷量后，再经冷凝器(9)流回压缩机(1)，完成循环。
10.根据权利要求7所述的应用方法，其特征在于，还包括将S4后得到的冰水混合物通过冰水传送带(6)排出系统，作冷源直接利用。
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