CN110367415A - 一种植物饮料浓缩装置及浓缩过程 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种植物饮料浓缩装置及浓缩过程，包括与控制系统相联接的原料罐、一级浓缩液罐、四组膜浓缩组件、浓缩液成品罐、渗透水罐和原位清洗系统；原料罐依次经进料泵和保安过滤器后与四组膜浓缩组件连接，四组膜浓缩组件依次串联；最后一组膜浓缩组件的出口与浓缩液成品罐相连，且两者的连接管路上设置有浓度检测仪；各个膜浓缩组件均与一级浓缩液罐、渗透水罐以及原位清洗系统相连接。本发明的目的是提供一种植物饮料浓缩装置及浓缩过程，所需要的时间可以缩短2～3倍。与此同时，由于浓缩速度快，所对应的能耗要降低10～30％，实现优质、高效、节能的理想效果。

Description

一种植物饮料浓缩装置及浓缩过程

技术领域

本发明涉及膜浓缩工艺技术领域，特别是涉及一种植物饮料浓缩装置及浓缩过程。

背景技术

目前的膜浓缩工艺均采用回流循环浓缩结构：通常是一组膜或两组串联，采用一组高压泵组作为浓缩运行主泵，二级膜组增加一台常压泵，用来增加料液的流速。料液经过膜浓缩后，浓缩液重新回到原料罐，与原料罐的原料液混合，重新循环浓缩直至浓度达到要求的浓度为止，一批物料在设备运行循环过程中所使用的时间较长，而浓缩时间越长料液越容易酸败变味。

发明内容

本发明的目的是提供一种植物饮料浓缩装置及浓缩过程，以解决上述现有技术存在的问题，本工艺所需要的时间可以缩短2～3倍。与此同时，由于浓缩速度快，所对应的能耗要降低10～30％，实现优质、高效、节能的理想效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种植物饮料浓缩装置，包括与控制系统相联接的原料罐、一级浓缩液罐、四组膜浓缩组件、浓缩液成品罐、渗透水罐和原位清洗系统；所述原料罐依次经进料泵和保安过滤器后与四组所述膜浓缩组件连接，四组所述膜浓缩组件依次串联；最后一组所述膜浓缩组件的出口与所述浓缩液成品罐相连，且两者的连接管路上设置有浓度检测仪；各个所述膜浓缩组件均与所述一级浓缩液罐、渗透水罐以及原位清洗系统相连接。

进一步地，四组所述膜浓缩组件分别为一级膜组、二级膜组、三级膜组和四级膜组，所述一级膜组由四支膜壳并联组成，所述二级膜组由三支膜壳或四支膜壳并联组成，所述三级膜组由两支膜壳或三支膜壳并联组成，所述四级膜组由两支膜壳或三支膜壳并联组成，每支膜壳内由三支8英寸或者4英寸卫生级反渗透膜串联组成，每级膜组的前端都连接有串联有两台高压泵组。

进一步地，每级膜组的浓缩液出口后都连接有列管式换热器，换热器的出口处都安装有压力控制器和电动调节阀串联。

进一步地，所述电动调节阀后安装有流量计和温度传感器，所述流量计和温度传感器用于将流量数据传导给所述控制系统。

进一步地，所述四级膜组的换热器出口处安装有所述浓度检测仪。

进一步地，每级膜组的浓缩液管道上设置有与所述一级浓缩液罐连接的气动三通阀。

进一步地，每级膜组的浓度膜渗透液出口采用气动三通阀分别与所述渗透水罐和原位清洗系统相连。

进一步地，每级膜组的高压泵组与膜壳之间以及换热器与高压泵组之间均设置有止回阀。

进一步地，所述原位清洗系统由酸水罐、碱水罐和纯水罐组成，所述原位清洗系统通过进料泵与四组膜浓缩组件、原料罐、一级浓缩液罐和浓缩液成品罐相通。

本发明还提供一种植物饮料的浓缩方法，应用于上述的植物饮料浓缩装置，包括以下流程：

植物水或含水乙醇提取液经微滤或超滤后进入原料罐，原料通过进料泵进入保安过滤器再到膜浓缩系统；

提取液在一级高压泵组的驱动下进入一级膜组，经过膜渗透后截留浓缩液再流向二级、三级、四级膜组并回流到原料罐；

随着流量和流速加大到正常流量10～18立方/min时，水泵组的电机变频调速至45～50赫兹时，开始通过压力调节器来驱动调节阀调节系统内压力，使膜组内的压力逐渐上升至15～25公斤力/平方厘米，在压力作用下物料中的水被渗透到膜背面走向膜中心轴管道，并流向膜壳透过液管道；渗透出来的水流入渗透水罐或原位清洗罐备用；浓缩液通过换热器降温后流向二级膜组，部分浓缩液回流到一级高压泵继续进入一级膜组循环浓缩；二级膜组同样在高压泵组驱动作用下使料液继续浓缩，渗透出的水流入渗透水罐或原位清洗罐作为清洗设备时使用，浓缩液通过换热器降温后再经过三级泵组驱动下直接进入三级膜组，部分浓缩液回流循环浓缩；三级膜组同样在高压泵组的作用下使料液继续浓缩，渗透水流入渗透水罐和原位清洗罐待清洗时使用，浓缩液通过换热器降温后直接进入四级膜组，部分浓缩液回流循环浓缩；四级膜组同样在高压泵组的作用下使料液继续浓缩，渗透水流入渗透水罐和原位清洗罐待清洗时使用，浓缩液直接进入浓缩液成品罐，部分浓缩液回流循环浓缩；

如果浓缩液浓度不够，可以将浓缩液回流到一级浓缩液罐，该浓缩液与原料罐的原料分开，待原料罐的料液全部流完之后再切换到一级浓缩液的物料继续浓缩，按同样的工艺流程重新循环浓缩一遍，直至浓度达到要求。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、液体物料在浓缩过程中一次性达到较高的浓度，缩短浓缩过程时间，防止植物中的有机物在长时间下被微生物滋生而导致发酸、变味现象；

2、原液物料与浓缩过的料液分开，同时对该浓缩液进行降温处理，按照先进先出的原则控制物料的流向，这样能保证料液有较好的新鲜度；

3、四组膜分别安装于膜壳数量对应的高压泵组，对每一级膜组的工作压力和流量都能得到控制，并按照工艺要求调节压力和流速的高低，在浓缩过程中达到高压15～30公斤力/平方厘米和高流速(每支膜壳内料液流速：3～5立方/min)状态，确保每组膜的浓缩效率达到理想状态。

4、四级膜组件和所有物料罐均安装换热器，可以控制浓缩过程中的温度，保持浓缩过程中所需要的最佳温度，确保物料的新鲜度；

5、四级膜组，膜壳是按照从多到少的布局，该布局是物料原液的浓度较低，通过一级膜组浓缩后的料液体积减少，到二级、三级、四级膜组时料液的体积逐级缩小，料液浓缩透水率也随之减弱，这样形成料液量与膜组数量平衡的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为植物饮料浓缩装置的整体组成及工艺流程示意图；

其中，1原料罐；2一级浓缩液罐；3保安过滤器；4一级膜组；41一级高压泵组；5二级膜组；51二级高压泵组；6三级膜组；61三级高压泵组；7四级膜组；71四级高压泵组；8浓缩液成品罐；9渗透水罐；10原位清洗系统；11浓度检测仪；12进料泵。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种植物饮料浓缩装置及浓缩过程，以解决上述现有技术存在的问题，本工艺所需要的时间可以缩短2～3倍。与此同时，由于浓缩速度快，所对应的能耗要降低10～30％，实现优质、高效、节能的理想效果。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供一种植物饮料膜浓缩装置，由四组膜组件、原料罐1、保安过滤器3、一级浓缩液罐2(罐内安装管式换热器)、浓缩液成品罐8(罐内安装管式换热器)、渗透水罐9、流量计、温度计、浓度测试仪、电动调节阀及CIP清洗系统(原位清洗系统10)组成。

膜组件分四组串联，一级膜组4由四支膜壳并联组成，二级膜组5由三支膜壳或四支膜壳并联组成，三级膜组6由两支膜壳或三支膜壳并联组成，四级膜组7由两支膜壳或三支膜壳并联组成；每支模壳内由三支8英寸或4英寸卫生级反渗透膜串联组成。每级膜组的前端都有两台高压泵组串联，如果采用8英寸反渗透膜，其配置：泵的规格分别为：一级高压泵组41Q15～25立方，H300m，P16.5kw～20.5KW×2台、二级高压泵组51Q15～25立方，H300m，P10.5～18.5KW×2台、三级高压泵组61Q12～20立方，H300m，P10.5KW～15.5kw×2台、四级高压泵组71Q12～20立方，H300m，P10.5KW～15.5kw×2台。

本发明中的植物饮料浓缩装置，主要用于物料液体输送，提高料液在膜壳及膜缝隙之间的流速和压力；每级膜组浓缩液出口后都有列管式换热器连接，作为物料的温度控制；换热器出口处都安装压力控制器和电动调节阀串联，用于调节浓缩过程中的膜壳内料液的压力；调节阀后面安装流量计和温度传感器，将流量数据传导给PLC控制系统，通过控制系统来指令各泵组的变频器，调节泵组电机转速及物料流速。温度数据传导给PLC控制系统，调节换热器的冷冻水进水阀门大小，实现温度控制效果。四级膜组7的换热器出口处安装浓度检测仪11，测量浓缩液的浓度，将浓度数据传导给PLC系统，通过浓度的要求来控制所有膜组高压泵组的转速，从而达到理想的出液浓度，如浓度未能达到要求时，系统将驱动浓缩液管道三通阀使浓缩液转移至一级浓缩液罐2进行二次浓缩。对浓度膜组渗透液出口分别采用气动三通阀分流至渗透水罐9和CIP清洗罐。

CIP清洗系统由酸水罐、碱水罐、纯水罐组成，通过进料泵12通向膜系统、原料罐1、一级浓缩液罐2、浓缩液成品罐8。

植物饮料浓缩装置的工艺流程如下：

适用于可食用植物如：茶叶类:红茶、绿茶、黑茶、黄茶、青茶、白茶；花类：玫瑰花、菊花、茉莉花、金银花等；果类:蓝莓、草莓、罗汉果、枸杞、红枣；药食同源类：黄精、人参、藤茶；菌菇类:香菇、蛹虫草、金针菇、牛肝菌等原料。

采用纯水或含水乙醇提取，按照料液质量比1：10～20，加热或常温提取；提取液经微滤0.2微米孔径过滤，再采用分子量10万～20万道尔顿的超滤膜过滤，过滤液进入浓缩系统原料罐1；

原料通过进料泵12进入孔径为100目的保安过滤器3再到膜浓缩系统；提取液在一级高压泵组41的驱动下进入一级膜组4，经过膜渗透后截留浓缩液再流向二级、三级、四级膜组7并回流到原料罐1；随着流量和流速加大到正常总流量10～18立方/min时，水泵组的电机变频调速至45～50赫兹时，开始通过压力调节器来驱动调节阀调节系统内压力，使膜组内的压力逐渐上升至15～30公斤力/平方厘米，在压力作用下物料中的水被渗透到膜背面走向膜中心轴管道，并流向膜壳透过液管道。渗透出来的水流入渗透水罐9或CIP清洗罐备用；浓缩液通过换热器降温后流向二级浓缩膜组系统，部分浓缩液回流到一级高压泵继续进入一级膜组4循环浓缩；二级膜组5同样在高压泵组驱动作用下使料液继续浓缩，渗透出的水流入渗透水罐9或CIP清洗罐作为清洗设备时使用；缩液通过换热器降温后再经过三级泵组驱动下直接进入三级膜组6，部分浓缩液回流循环浓缩；三级膜组6同样在高压泵组的作用下使料液继续浓缩，渗透水流入渗透水罐9和CIP清洗罐待清洗时使用。浓缩液通过换热器降温后直接进入四级膜组7，部分浓缩液回流循环浓缩；四级膜组7同样在高压泵组的作用下使料液继续浓缩，渗透水流入渗透水罐9和CIP清洗罐待清洗时使用。浓缩液直接进入浓缩液成品罐8，浓缩液经过罐内的管式换热器降温保鲜，部分浓缩液回流循环浓缩；

如果浓缩液浓度不够，可以将浓缩液回流到一级浓缩液罐2，浓缩液经过罐内的管式换热器降温保鲜，该浓缩液与原料罐1的原料分开，待原料罐1的料液全部流完之后再切换到一级浓缩液的物料继续浓缩，按同样的工艺流程重新循环浓缩一遍。直至浓度达到要求。

实施例一

采用干绿茶原料1000公斤，将绿茶粉碎至2mm以下颗粒或粉末，采用顺流提取生产线，按质量料水比1：20，提取温度为60℃，时间为30分钟，混合料液采用卧式离心机料渣分离，得到19000L茶汤，将茶汤采用换热器冷却至26℃，茶汤经0.2微米孔径的微滤膜过滤，再经20万道尔顿分子量的超滤膜过滤，获得澄清度较好的茶汤过滤液18500L，浓度为Brix1.2，然后将茶汤转入浓缩系统进行浓缩，开启进料泵12，茶汤以6吨/h的流量进入孔径为100目的保安过滤器3再到膜浓缩系统；开启所有高压泵组，茶汤经过一级膜渗透后截留浓缩液再流向二级、三级、四级膜；水泵组的电机变频调速从30赫兹逐渐调至50赫兹，将浓度测试仪浓度设定为Brix20，通过测试仪信号传导给PLC控制系统，系统控制调节阀的阀门大小，以此来控制膜组系统内的液体压力，一级膜组4内的压力逐渐上升至20公斤/平方厘米，二级膜组5压力25公斤/平方厘米；三级和四级压力调至30公斤/平方厘米；同时开启换热器的冷却水阀门，调节流量大小来控制浓缩系统内茶汤的温度在20℃以内；当茶汤通过第四级膜组7出口的茶汤浓度达到Brix20时,将浓缩液流入浓缩液成品罐8，根据浓度要求控制浓缩液以650L/h的流量产出,随着浓缩时间延长，浓缩液产出量减少至560L/h，其它部分浓缩液回流循环继续浓缩，190分钟完成全部茶汤的浓缩，当原液罐中的茶汤全部走完后，从原液罐中加入纯水将系统内的浓缩液顶出来完成浓缩过程，最终获得浓缩液1060公斤，浓度Brix21.3。将浓缩液泵入UHT杀菌系统，按138℃/10秒杀菌后直接无菌灌装入20L/袋。

实施例二

采用干黄精原料1000公斤，将干黄精置洗药机加纯水洗干净，采用胶体磨加95℃热水匀浆三遍，加热水量为干黄精质量的15倍，匀浆后泵入搅拌罐搅拌提取30分钟，然后泵入离心机离心去渣，得到14200L原液，将原液采用换热器冷却至25℃，茶汤经0.2微米孔径的微滤膜过滤，截留液加水继续过滤，直至原液Brix1以下，再将料液继续采用分子量20万道尔顿的超滤膜过滤，获得澄清度较好的过滤液15000L，浓度为Brix2.1。然后将转入浓缩系统进行浓缩，开启进料泵12，茶汤以5.5吨/h的流量进入孔径为100目的保安过滤器3再到膜浓缩系统；开启所有高压泵组，茶汤经过一级膜渗透后截留浓缩液再流向二级、三级、四级膜；水泵组的电机变频调速从30赫兹逐渐调至50赫兹，将浓度测试仪浓度设定为Brix30，通过测试仪信号传导给PLC控制系统，系统控制调节阀的阀门大小，以此来控制膜组系统内的液体压力，一级膜组4内的压力逐渐上升至22公斤/平方厘米，二级膜组5压力26公斤/平方厘米；三级和四级压力调至30公斤/平方厘米；同时开启换热器的冷却水阀门，调节流量大小来控制浓缩系统内料液的温度在30℃以内；当料液通过第四级膜组7出口的茶汤浓度达到Brix30时,将浓缩液流入浓缩液成品罐8，根据浓度要求控制浓缩液以650L/h的流量产出,随着浓缩时间延长，浓缩液产出量逐渐减少，120分钟后减少至420L/h，其它部分浓缩液回流循环继续浓缩，200分钟完成全部茶汤的浓缩，当原液罐中的料液全部走完后，从原液罐中加入纯水将系统内的浓缩液顶出来完成浓缩过程，最终获得浓缩液1100L，浓度Brix29.6。将浓缩液泵入UHT杀菌系统，按138℃/10秒杀菌后直接无菌灌装入20L/袋。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种植物饮料浓缩装置，其特征在于：包括与控制系统相联接的原料罐、一级浓缩液罐、四组膜浓缩组件、浓缩液成品罐、渗透水罐和原位清洗系统；所述原料罐依次经进料泵和保安过滤器后与四组所述膜浓缩组件连接，四组所述膜浓缩组件依次串联；最后一组所述膜浓缩组件的出口与所述浓缩液成品罐相连，且两者的连接管路上设置有浓度检测仪；各个所述膜浓缩组件均与所述一级浓缩液罐、渗透水罐以及原位清洗系统相连接。

2.根据权利要求1所述的植物饮料浓缩装置，其特征在于：四组所述膜浓缩组件分别为一级膜组、二级膜组、三级膜组和四级膜组，所述一级膜组由四支膜壳并联组成，所述二级膜组由三支膜壳或四支膜壳并联组成，所述三级膜组由两支膜壳或三支膜壳并联组成，所述四级膜组由两支膜壳或三支膜壳并联组成，每支膜壳内由三支8英寸或者4英寸卫生级反渗透膜串联组成，每级膜组的前端都连接有串联有两台高压泵组。

3.根据权利要求2所述的植物饮料浓缩装置，其特征在于：每级膜组的浓缩液出口后都连接有列管式换热器，换热器的出口处都安装有压力控制器和电动调节阀串联。

4.根据权利要求3所述的植物饮料浓缩装置，其特征在于：所述电动调节阀后安装有流量计和温度传感器，所述流量计和温度传感器用于将流量数据传导给所述控制系统。

5.根据权利要求3所述的植物饮料浓缩装置，其特征在于：所述四级膜组的换热器出口处安装有所述浓度检测仪。

6.根据权利要求2所述的植物饮料浓缩装置，其特征在于：每级膜组的浓缩液管道上设置有与所述一级浓缩液罐连接的气动三通阀。

7.根据权利要求2所述的植物饮料浓缩装置，其特征在于：每级膜组的浓度膜渗透液出口采用气动三通阀分别与所述渗透水罐和原位清洗系统相连。

8.根据权利要求3所述的植物饮料浓缩装置，其特征在于：每级膜组的高压泵组与膜壳之间以及换热器与高压泵组之间均设置有止回阀。

9.根据权利要求1所述的植物饮料浓缩装置，其特征在于：所述原位清洗系统由酸水罐、碱水罐和纯水罐组成，所述原位清洗系统通过进料泵与四组膜浓缩组件、原料罐、一级浓缩液罐和浓缩液成品罐相通。

10.一种植物饮料的浓缩过程，应用于权利要求1-9中任一项所述的植物饮料浓缩装置，其特征在于，包括以下流程：

植物水或含水乙醇提取液经微滤或超滤后进入原料罐，原料通过进料泵进入保安过滤器再到膜浓缩系统；

提取液在一级高压泵组的驱动下进入一级膜组，经过膜渗透后截留浓缩液再流向二级、三级、四级膜组并回流到原料罐；

随着流量和流速加大到正常流量10～18立方/min时，水泵组的电机变频调速至45～50赫兹时，开始通过压力调节器来驱动调节阀调节系统内压力，使膜组内的压力逐渐上升至15～25公斤力/平方厘米，在压力作用下物料中的水被渗透到膜背面走向膜中心轴管道，并流向膜壳透过液管道；渗透出来的水流入渗透水罐或原位清洗罐备用；浓缩液通过换热器降温后流向二级膜组，部分浓缩液回流到一级高压泵继续进入一级膜组循环浓缩；二级膜组同样在高压泵组驱动作用下使料液继续浓缩，渗透出的水流入渗透水罐或原位清洗罐作为清洗设备时使用，浓缩液通过换热器降温后再经过三级泵组驱动下直接进入三级膜组，部分浓缩液回流循环浓缩；三级膜组同样在高压泵组的作用下使料液继续浓缩，渗透水流入渗透水罐和原位清洗罐待清洗时使用，浓缩液通过换热器降温后直接进入四级膜组，部分浓缩液回流循环浓缩；四级膜组同样在高压泵组的作用下使料液继续浓缩，渗透水流入渗透水罐和原位清洗罐待清洗时使用，浓缩液直接进入浓缩液成品罐，部分浓缩液回流循环浓缩；

如果浓缩液浓度不够，可以将浓缩液回流到一级浓缩液罐，该浓缩液与原料罐的原料分开，待原料罐的料液全部流完之后再切换到一级浓缩液的物料继续浓缩，按同样的工艺流程重新循环浓缩一遍，直至浓度达到要求。