CN111773752B - 一种青桔果肉的资源化利用装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种青桔果肉的资源化利用装置及方法，装置包括低温蒸汽机械压缩蒸发系统以及除湿热泵低温干燥系统。低温蒸汽机械压缩蒸发系统包括原料罐、原料泵、换热器、水平管降膜蒸发器、压缩机、循环泵、冷凝水罐、冷凝水泵以及浓缩液罐。除湿热泵低温干燥系统包括重力热管、冷凝器、风机、热泵蒸发器、热泵压缩机、物料支架以及循环风道。本发明采用低温蒸汽机械压缩蒸发系统和除湿热泵低温干燥系统对机械压榨后的青桔果肉进行资源化利用。本发明涉及食品加工技术领域。

Description

一种青桔果肉的资源化利用装置及方法

技术领域

本发明涉及食品加工技术领域，特别涉及一种青桔果肉的资源化利用装置及方法。

背景技术

青桔在珠三角地区，特别是广东省的种植量大。青桔作为一种药用经济作物，主要是利用青桔的果皮进行深度加工成陈皮等一系列调味品、保健品和饮品。而青桔果肉却几乎没有利用价值，目前果肉的利用方法主要有如下几种：(1)直接作为养殖(猪)饲料，但是由于含水量高，糖和纤维素含量较低，且味酸苦，养殖户只能少量参入正常饲料中应用，消耗量非常有限；(2)堆肥：大量的果肉直接堆放在开放的空间，尽管其最终物料有一定有机肥作用，但是大量的堆放，一方面会散发出强烈的恶臭气体，污染周边环境，同样堆放过程中亦排放出大量的污水，污染周边水源和土壤，并滋生病虫害；(3)用于发酵酿酒，由于糖分含量低，实际利用价值几乎全无；(4)用于饮料，由于糖分含量低，且由于果肉味酸和味苦难以脱除，亦无应用价值。

大量的青桔果肉由于目前暂无深度利用技术，存在利用困难、利用价值低而被大量废弃。这些废弃的果肉一方面将严重污染当地的水与土壤环境，同时也释放出一些恶臭气体严重污染大气环境，并进而滋生各种病菌，严重威胁人、畜、禽的生命安全。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供了一种青桔果肉的资源化利用装置，该装置采用低温蒸汽机械压缩蒸发系统和除湿热泵低温干燥系统对机械压榨后的青桔果肉进行资源化利用。

本发明的另一个目的在于，提供了一种青桔果肉的资源化利用方法。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：一种青桔果肉的资源化利用装置，包括低温蒸汽机械压缩蒸发系统以及除湿热泵低温干燥系统；

低温蒸汽机械压缩蒸发系统包括原料罐、原料泵、换热器、水平管降膜蒸发器、压缩机、循环泵、冷凝水罐、冷凝水泵以及浓缩液罐；所述原料罐、原料泵、换热器、水平管降膜蒸发器通过管路顺次连接；所述水平管降膜蒸发器通过管路分别与压缩机、循环泵以及冷凝水罐连接；所述冷凝水罐通过管路与冷凝水泵连接；所述循环泵通过管路与依次与换热器、浓缩液罐连接；

水平管降膜蒸发器包括筒体、多根粗糙壁面螺旋扁管、入口管路、液体分布装置、积液器；所述多根粗糙壁面螺旋扁管水平放置在筒体内部，所述入口管路底部设有液体分布装置，液体分布装置设置在粗糙壁面螺旋扁管的上端，入口管路上端设有液体入口；所述筒体的左右两端分别设有加热介质入口、加热介质出口，上端设有蒸汽出口，下端设有积液器，积液器的下端设有液体出口；

除湿热泵低温干燥系统包括重力热管、冷凝器、风机、热泵蒸发器、热泵压缩机、物料支架以及循环风道；所述重力热管的顶部上游依次设置有风机、冷凝器，所述重力热管的底部下游设置有蒸发器，压缩机设置于重力热管底部，所述循环风道设置于物料支架之间。

作为优选的技术方案，所述水平管降膜蒸发器、冷凝水罐分别通过管路与真空泵相连。通过改变真空泵上的阀门开度可以对水平管降膜蒸发器、冷凝水罐内的压力进行调节。

作为优选的技术方案，所述浓缩液罐通过管路与浓缩液泵相连，由浓缩液泵排出浓缩果汁。

作为优选的技术方案，所述粗糙壁面螺旋扁管的横截面为椭圆形，所述扁管外壁面上设有多个肋，肋与肋之间形成多个槽，所述扁管内部中空，外部呈现螺旋形。扁管表面设有大量纵横交错的槽和肋，为蒸发传热提供了大量的汽化核心，因此该传热管的传热温差小、传热系数高。且槽和肋在微区域内激发了表面流体的扰动，最大限度地减小扁管表面结垢和结晶。液体在扁管表面进行多次的纵向、横向和微区域再分布，使液体在扁管表面分布均匀，达到传热管表面无“干区”的效果。

作为优选的技术方案，所述多根粗糙壁面螺旋扁管水的排列方式为正三角形排列或正四边形排列。

作为优选的技术方案，水平管降膜蒸发器还包括气液分离装置，所述气液分离装置设置在蒸汽出口下游，包括圆筒形外壳、安装在外壳内部中央的圆柱形挡板、安装在外壳与挡板之间的多个螺旋形的连续叶片。水蒸汽经过气液分离装置将蒸汽中夹带的少量液沫进一步分离，降低液沫夹带现象。

作为优选的技术方案，在所述外壳的内壁面上设有纵槽，在所述螺旋形叶片上开有多个小孔。槽和小孔可促使分离的液体向下运动。

作为优选的技术方案，所述重力热管包括低温段和高温段；所述低温段和高温段的内部连通并充满传热工质，所述低温段与高温段在外部断开；所述低温段位于高温段的上部，所述低温段与高温段在一条直线上，或与高温段呈一定的角度。重力热管体积更小、形式灵活，可用于热泵系统的能力回收。

本发明的另一个目的可以通过如下技术方案实现：一种青桔果肉的资源化利用方法，包括如下步骤：将青桔果肉经过机械压榨后，获得果汁和果渣；获得的果汁进入低温蒸汽机械压缩蒸发系统，通过低温蒸汽机械压缩蒸发系统将果汁分离为冷凝水和浓缩果汁；获得的果渣进入除湿热泵低温干燥系统，通过除湿热泵低温干燥系统对果渣进行脱水，分离得到冷凝水和干燥果渣料。

作为优选的技术方案，还包括如下步骤：果汁通过管路流入原料罐中，并经过原料泵泵入换热器，经过换热器预热后，果汁通过管路进入水平管降膜蒸发器进行蒸发浓缩，分离得到水蒸气及浓缩果汁；从蒸汽出口出来的水蒸气进入压缩机内，通过压缩机对水蒸气进行压缩升温并回到水平管降膜蒸发器中；浓缩果汁通过循环泵提升压力后，分为两股，一股浓缩果汁与从原料罐来的果汁混合，通过管路返回水平管降膜蒸发器的液体入口，另一股浓缩果汁进入换热器内与果汁换热后进入浓缩液罐进行收集；浓缩果汁通过浓缩液泵排出；水蒸气通过多根粗糙壁面螺旋扁管后冷凝得到冷凝水，冷凝水通过管路进入冷凝水罐内，冷凝水罐内的冷凝水通过冷凝水泵输送到换热器内；换热器中的冷凝水与果汁进行换热后得到常温冷凝水，并经过管路排出。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1.本发明的低温蒸汽机械压缩蒸发系统中采用水平管降膜蒸发器，水平管降膜蒸发器内设有粗糙壁面螺旋扁管，蒸发传热温差低、蒸发传热速度大、布膜均匀且安全可靠，因此可以最大限度提浓浓缩液，使得浓缩液具有利用价值。

2.本发明的水平管降膜蒸发器内还设有气液分离装置，分离蒸汽中液体的夹带量可以控制到0.001-0.1％以下，从而保证了排出蒸汽的纯洁性，其蒸汽冷凝水中有机质的含量可以降低至10mg/L以下，完全可以达到直排的标准，甚至可以达到饮用标准。

3.本发明的除湿热泵低温干燥系统，果渣在处置过程中，营养成分保存完整，大部分热敏性物质(如：维生素)都得到了最大限度的保护，这种方法得到干燥饲料的营养成分基本与青饲料接近。除湿热泵低温干燥系统采用重力热管，干燥脱水过程中得到的是液态的冷凝水而不是水汽，因此干燥过程能耗低。干燥环境具有相对湿度较低通常维持在50％以下，因此可以得到含水率较低的干物料，这样干燥物料易于运输和储存且一般不会霉变。

附图说明

图1是本发明实施例中低温蒸汽机械压缩蒸发系统结构示意图；

图2是本发明实施例中水平管降膜蒸发器结构示意图；

图3是本发明实施例中粗糙壁面螺旋扁管的结构示意图；

图4是图3中A-A处截面图；

图5是图3中B-B处截面图；

图6是本发明实施例中粗糙壁面螺旋扁管的横截面示意图；

图7是本发明实施例中粗糙壁面螺旋扁管的纵截面示意图；

图8是本发明实施例中除湿热泵低温干燥系统结构示意图；

图9a是本发明实施例中重力热管的一个结构示意图；

图9b是本发明实施例中重力热管的另一个结构示意图；

图9c是本发明实施例中重力热管的另一个结构示意图；

图10是本发明实施例中除湿热泵低温干燥系统空气循环路线图。

图11是本发明实施例中青桔果肉资源化利用分配图。

其中：1：入口管路，11：液体入口，2：液体分布装置，3：粗糙壁面螺旋扁管，31：肋，32：槽，4：加热介质出口，5：积液器，6：液体出口，7：加热介质入口，8：蒸汽出口，9：气液分离装置，10：筒体，21：原料罐，22：原料泵，23：换热器，24：水平管降膜蒸发器，25：真空泵，26：压缩机，27：循环泵，28：冷凝水罐，29：冷凝水泵，210：浓缩液泵，211：浓缩液罐，41：风机，42：冷凝器，43：重力热管，431：低温段，432：高温段，44：热泵蒸发器，45：热泵压缩机，46：物料支架，47：循环风道，48：果渣。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1、图8所示，一种青桔果肉的资源化利用装置包括低温蒸汽机械压缩蒸发系统以及除湿热泵低温干燥系统。

如图1所示，低温蒸汽机械压缩蒸发系统包括原料罐、原料泵、换热器、水平管降膜蒸发器、压缩机、循环泵、冷凝水罐、冷凝水泵、浓缩液罐、真空泵以及浓缩液泵。原料罐、原料泵、换热器、水平管降膜蒸发器通过管路顺次连接；水平管降膜蒸发器通过管路分别与压缩机、循环泵以及冷凝水罐连接；冷凝水罐通过管路与冷凝水泵连接；循环泵通过管路依次与换热器、浓缩液罐连接；水平管降膜蒸发器、冷凝水罐分别通过管路与真空泵相连；浓缩液罐通过管路与浓缩液泵相连，由浓缩液泵排出浓缩果汁。

如图2所示，水平管降膜蒸发器包括筒体、多根粗糙壁面螺旋扁管、入口管路、液体分布装置、积液器以及气液分离装置。多根粗糙壁面螺旋扁管水平放置在筒体内部，入口管路及液体分布装置设置在粗糙壁面螺旋扁管的上端，入口管路底部设有液体分布装置，入口管路上端设有液体入口；筒体的左右两端分别设有加热介质入口、加热介质出口，上端设有蒸汽出口，下端设有积液器，积液器的下端设有液体出口。气液分离装置设置在蒸汽出口下端，包括外壳、挡板以及叶片。圆柱形挡板安装在圆筒形外壳内部中央位置。叶片为多个螺旋形的连续叶片，安装在外壳与挡板之间。外壳的内壁面上设有少量的纵槽，螺旋形叶片上开有多个小孔，可促使分离的液体向下运动。

如图3、图4、图5所示，粗糙壁面螺旋扁管是一种传热管元件，扁管的横截面为椭圆形，内部中空，外部呈现周期性变化的螺旋形，螺旋节距在图中标示为t。椭圆半长径在图中标示为a，椭圆半短径在图中标示为b。如图6、图7所示，扁管外壁面上设有多个肋，肋与肋之间形成多个槽。肋和槽的高度差范围为0.2mm至1mm，肋和槽的宽度基本维持在0.5mm至2mm之间，相邻肋、相邻槽的间距大致在1mm至3mm之间。

粗糙壁面螺旋扁管的加工步骤如下：将一般的圆形截面的传热管外表面通过特定模具进行辊闸操作等多种方式，加工出纵向和横向交错的槽和肋。将已经加工出粗糙壁面的圆形基管通过特定模具进行压制，压制成具有特定长短径比s(s＝a/b)的椭圆形截面的传热管。椭圆形传热管的其中一个特性参数为长短径比s，s可以控制在1.2至2.5之间。再将椭圆状截面的传热管旋扭为周期性变化螺旋型椭圆状截面的粗糙外表面的传热管。周期性螺旋线节距t为传热管的主要控制参数之一，传热管的特性参数还有节距直径比r，即r＝t/d，d为圆形基管的外径，r值一般可以控制在2至20之间。粗糙壁面螺旋扁管的加工步骤可以分多次加工亦可以一次成型加工。

粗糙壁面螺旋扁管按照一定的排列方式组成阵列，可以采用正三角形排列方式，亦可以采用旋转一定角度的正四边形排列方式。粗糙壁面螺旋扁管之间的间距范围为圆形基管外径的1.3倍至2.5倍。粗糙壁面螺旋扁管在筒体内呈水平方向布置。

低温蒸汽机械压缩蒸发系统的工作原理为：青桔果肉经过机械压榨后，获得果汁和果渣。自机械压榨系统收集的液体通过管道流入原料罐中，原料罐设置有相应的排气、入料、出料和清洗管路以及阀门，还设置有压力、温度和液位检测辅助设施，设置原料罐的目的是对果汁液体进行存储和缓冲的作用。

经过上述原料罐的液体进入原料泵，原料泵可以根据用户需求选择离心泵、涡旋泵等多种泵的类型，经过原料泵加压的果汁通过流量调节直接进入一个过滤器，以便将原料中的微量的固体颗粒物除净，过滤器包含各种型式，其过滤压降在0.1-3.0Bar之间，从过滤器出来的液体进入一组换热器进行预热。

换热器是一个或者多个换热器的组合，其型式可以是板式、套管式、列管式等型式的换热器，经过换热器的给热流体可以是浓缩液、冷凝水也可以是系统外输入的其它热介质。

经过换热器的流体将通过管路直接进入水平管降膜蒸发器进行蒸发浓缩。水平管降膜蒸发器亦安装有一个或者多个压力、温度、流量和液位等辅助监测装置，水平管降膜蒸发器的蒸发工作压力通常可以在0.03-0.15Mpa(绝对压力)下工作，果汁在水平管降膜蒸发器中被加热至一定的温度并进行汽化浓缩，进行初步的气液分离。经过预热的原料液与部分自蒸发器底部返回的循环浓缩液经过充分的混合，自入口管路的液体入口进入蒸发器内，蒸发器入口管路与液体分布装置连为一体，液体通过液体分布装置将分散为一定粒径的液体颗粒，并使得液体颗粒均匀分布在粗糙壁面螺旋扁管的上方。自液体分布装置而来的液体颗粒，经过一段空间达到基本均匀以后将降落于粗糙壁面螺旋扁管表面，由于液体同时受到液滴自身重力和液体与螺旋扁管表面的界面张力的共同作用，液体将沿着径向方向进行“一次分布”；同样由于采用周期性螺旋形椭圆扁管，液体同时将沿着螺旋路径进行轴向“二次分布”；同样由于扁管表面具有纵横交错凸起的肋和凹下的槽，又促使流体在扁管表面进行“三次分布”，从而液体在粗糙壁面螺旋扁管进行均匀分布，从而实现了传热管表面无“干区”的要求。

液体在传热管外表面均匀分布进行的同时，加热介质(如水蒸气)自加热介质入口进入系统，并进入传热管内，其不断将加热介质的显热或者潜热通过传热管壁面传递给管外液体，管外液体由于接受管内传递的热量，其温度升高并且在管外表面进行汽化和沸腾，产生大量的蒸汽，产生的蒸汽脱离传热管表面与液体相反的方向运动，同时传热管内的加热介质由于不断放出热量，其温度不断降低或者直接冷凝为液体，通过加热介质出口排出蒸发器。传热管表面的液体在进行部分蒸发以后将滴入或流入下一排粗糙壁面螺旋扁管，再重新重复上述的液体分布，并重新重复上述的传热过程，如此周而复始，直至最后一排粗糙壁面螺旋扁管，完全将初始液体分离为水蒸气和浓缩溶液。经过最后一排的浓缩液体将通过蒸发器底部自行流入至积液器，积液器是一个简单的具有一定深度的容器，可以与蒸发器融为一体，亦可以单独存在，其目的是为了收集浓缩液体并确保后续的液体输送设备(泵)正常稳定运行。液体通过液体出口经过泵增压以后可以部分排出蒸发器作为产品或者废弃物再处理，部分亦可以循环至液体入口再循环，其目的是为了使得蒸发器的液体达到一定流量，确保蒸发器保持稳定。

在粗糙壁面螺旋扁管表面分离出来的蒸汽，其内部会夹带部分液沫，液沫的夹带量具体与液体的表面张力、液体密度、粘度及气体的流量密切相关，这部分夹带的液体将携带部分浓缩液成分，这些液沫的存在一方面将可能严重污染水蒸气的纯洁性并进而污染环境，另一方面由于水蒸气夹带，将减少浓缩液的产量，可能影响产品的收率。因此经过在粗糙壁面螺旋扁管表面初步分离的气体在设备上方进行收集，并进入气液分离装置，水蒸气经过气液分离装置将蒸汽中夹带少量的液沫进一步分离，液体返回并进入积液器，纯净的水蒸气将从蒸汽出口排出系统，做进一步利用。气液分离装置的螺旋形连续叶片将气体的流动通道分隔为螺旋形的向上流通通道，中心挡板又促使气体只能沿着螺旋通道向上运动，夹带少量液体的水蒸气在螺旋通道内做螺旋运动的同时，将受到离心力的作用，由于液体和气体的密度相差甚大(对于水蒸气，其密度差相差千倍以上)，液体所受到的离心力远远大于气体，使得液体慢慢贴近圆筒的内壁面，并沿着内壁液体流通通道向下流动，而气体继续向上流动并最终排出。

在水平管降膜蒸发器产生的水蒸气通过管路输送至压缩机。压缩机对输送来的水蒸气压缩升温升压，压缩机通常可以是离心式压缩机或者罗茨式压缩机，其压缩比通常可以1-3以内，通过压缩的蒸汽压力通常提高1-3倍，饱和温度升高5-50℃，压缩机还有管路与冷却水和润滑油等系统进行连接，压缩机亦有温度、压力等辅助监测装置。经过压缩升温升压的水蒸气直接进入水平管降膜蒸发器，该水蒸气可以在水平管降膜蒸发器的管内进行冷凝相变，放出大量的热量，从而加热果汁原料使得果汁原料升高温度并部分汽化，高温高压的水蒸气经过冷凝以后变为冷凝水，从而排出蒸发器。

所产生的冷凝水通过管路和阀门调节其流量，并进入冷凝水罐，冷凝水罐设置有相应的排气、入料、出料和清洗阀门，同样设置有压力、温度和液位检测辅助设施，设置冷凝水罐的目的是保持蒸发器内蒸汽冷凝的稳定压力，并对冷凝水进行收集、存储和缓冲的作用。

从冷凝水罐出来的冷凝水经过冷凝水泵进行升高压力并输送至换热器，冷凝水泵可以是离心泵、往复泵等各种类型的水泵。从冷凝水泵来的冷凝水在换热器中与原料换热以后，将温度降低至常温，以便冷凝水直接排放或者重复利用，自冷凝水泵而来的冷凝水亦可以根据利用的温度直接进行利用。

果汁原料在水平管降膜蒸发器得到的浓缩果汁进入循环泵，循环泵可以是离心泵、涡旋泵等各种类型的泵，浓缩液通过循环泵提升压力以后，又分为并列的两股，其中最大的一股作为循环物料直接返回至蒸发器的液体入口与从原料泵而来的原料混合直接进入蒸发器。另外一股浓缩液进入换热器，从循环泵来的浓缩液在换热器中与原料换热以后，将温度降低至常温，并直接进入浓缩液罐进行收集。

自循环泵而来的浓缩液进入浓缩液罐中，浓缩液罐设置有相应的排气、入料、出料和清洗阀门，同样容器设置有压力、温度和液位检测辅助设施，设置浓缩液罐的目是对浓缩液进行存储和缓冲的作用。

水平管降膜蒸发器、冷凝水罐等设备的工作压力通常是在0.03-0.15MPa(绝对压力)之间，因此其有可能是处于负压下操作；水平管降膜蒸发器、冷凝水罐均通过管路与真空泵相连接，并且分别通过改变阀门开度对水平管降膜蒸发器、冷凝水罐的实际操作压力进行调节；真空泵可以是旋转类、液环类等类型的真空泵，真空泵的工作压力在10-100kPa(绝对压力)之间调节。

如图8所示，除湿热泵低温干燥系统包括重力热管、冷凝器、风机、热泵蒸发器、热泵压缩机、物料支架以及循环风道。重力热管的顶部上游依次设置有风机、冷凝器，重力热管的底部下游设置有蒸发器，压缩机设置于重力热管底部，循环风道设置于物料支架之间。

如图9a、图9b、图9c所示，重力热管包括低温段和高温段。低温段和高温段的内部连通并充满传热工质。传热工质通常为具有一定物理属性的液体材料，该液体材料在热管的高温段与外界高温介质进行热量交换，工质获得热量，发生沸腾传热并产生大量的蒸汽，蒸汽在压力差的作用下被推送至热管的低温段，蒸汽在低温段通过管壁与来自热管低温段的管外介质进行热量交换，蒸汽被冷凝为液体，同时管外介质被加热升高温度，被冷凝的液体在重力的作用将沿着管内壁面自由回流至热管的高温段，从而实现了热管内工质的循环。

低温段与高温段在外部断开，以便经过高温段的管外流体与流经低温段的管外流体进行隔断。低温段位于高温段的上部，结构组成形式主要以图9a、图9b、图9c的三种形式存在。图9a中低温段位于高温段的正上方，与高温段在一条直线上。图9b中高温段与低温段成一定角度，角度为锐角。图9c中高温段与低温段成90度直角。

传热工质应具备较大的汽化潜热，较小的运动粘度，稳定的化学性质，且具有一定阻燃和防爆特性，其通常为水、甲醇、氟利昂、二甲醚等物质。低温段和高温段的管外采用套翅片，以便增加传热面积，管内具有细微的螺旋翅片，以便提高管内的沸腾和冷凝传热。

除湿热泵低温干燥系统的工作原理为：自机械压榨系统而来的果渣，将均匀平铺在物料支架上，物料支架上的物料堆积厚度可以在25-100mm左右，物料支架包括丝网和托盘，丝网和托盘可以采用一定规格的钢丝按照一定规格尺寸连接而成，丝网上网格的尺寸大约为5～10mm×5～10mm的正方形或者长方形网格，平铺的丝网均匀放置于托盘上，托盘上丝网间距在50-200mm，物料之间空隙间距根据需要控制在25-100mm之间。

物料支架之间设置循环风道，干燥介质(高温低湿的空气)在通道内按照图示的运动方向进行循环操作，风道的高度维持在300-1000mm之间，风道内保持空气的流速5-25m/s，风道内干燥空气的温度随着季节的不同一般控制在30-70℃，空气的相对湿度随着物料不同干燥阶段控制在10-80％之间。

自循环风道而来的高温低湿空气均匀进入干燥物料区域，干燥介质以0.5-5m/s的流速均匀流过所述干燥物料架的物料间隙通道，同时与物料之间连续进行热量和水分的交换，物料的含水量不断减小，干燥介质的含水量不断增加且温度慢慢降低，从干燥通道排出的空气变化为低温高湿的空气，通过长时间的这种变化过程，这种干燥过程的时间随着物料的多少及果渣初始含水率的变化而变化的，通常每批的干燥时间在0.5-10天之间变化，物料(也就是前述压榨果渣)通过以上所述的干燥过程，逐步将含水率降低至10-15％之间，从而达到储存和转运的基本要求。

如图10所示，通过上述物料的空气由高温低湿(a)状态变化为中温高湿(b)，这种中温高湿(b)的空气经过重力热管与低温(d)的空气进行热交换，使得空气温度进一步降低，相对湿度增加甚至饱和并将部分水汽冷凝为水，此处的空气状态为低温饱和空气(c)，这种低温饱和空气(c)经过热泵蒸发器与热泵中低温冷媒进行换热，进一步将温度和湿度降低至低温(d)状态，并将饱和空气(c)中的大部分水汽冷凝为液态的水，低温(d)空气通过重力热管与高温高湿(a)空气换热变化为中温低湿(e)空气，中温低湿(e)的空气经过冷凝器与热泵中高温冷媒进行换热，进一步将温度升高变为高温低湿(a)状态，从而实现了干燥介质的闭合循环。

在前述干燥区域布置有2-6个温度湿度传感器，以便检测干燥过程中空气的温度湿度变化，并根据温度湿度的变化，计算出相应的干燥速度，根据干燥速度和空气的温度湿度进而测算出物料的平均含水率，系统将根据物料的平均含水率调节循环风量和循环风的温度湿度，确保系统的稳定正常干燥。

如图11所示，青桔果肉的湿基含水率一般在85-95％之间，此处按照果肉湿基含水率90％计算，由于本发明采用三辊分段连续机械压榨的方式，压榨终了的压力将达到5.0MPa以上，因此通过压榨系统以后得到的果渣含水率通常在50％-55％以上，这里保守按照50％计算，100kg果肉压榨之后得到80kg果汁和20kg果渣，通过压榨系统果肉将减量80％。

果渣自压榨系统出来，将直接进入一个完全封闭除湿热泵低温干燥系统，通过该干燥系统，果渣脱水减量，并最终分离为纯净的冷凝水和具有一定含水率干燥果渣料。对于除湿热泵低温干燥系统，通过干燥物料的最终含水率将进一步降低至10-15％以达到可以储存和转运的基本条件，如果按照最终含水率为12％为例，20kg压榨的果渣最终得到大约11kg干物料，其它约9kg的水分将以液态冷凝水的形式排出。

自机械压榨系统出来的果汁，将采用低温蒸汽机械压缩蒸发系统将果汁分离为纯净的冷凝水和具有较高浓度的浓缩液。果汁中水溶性物质(主要糖、维生素、植物表明活性剂、可溶性纤维等)为1～5％之间，这里按均值3％计算，通过低温蒸汽机械压缩蒸发系统浓缩以后的液体固体物含量为25-30％之间，这里按照25％计算，可以得到浓缩液大约为9kg，其它71kg的水分将以冷凝水的形态排出系统。

通过本发明，可以将100kg果肉转变为约11kg干燥的果渣、9kg约25％左右的浓缩果汁和80kg的冷凝水，其中果渣不但可以作为食草性家畜的饲料，而且可以作为生物质燃料。浓缩果汁可以作为工业或者生物加工的原材料，进一步加工分离得到相应产品以供使用，排出的冷凝水可以直接排放，亦可饮用或者工业生产用水等。具体实施过程中各种组分的比例关系会根据原料在不同季节、不同地区和不同要求下在-50％-150％之间的较大波动。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种青桔果肉的资源化利用装置，其特征在于，包括低温蒸汽机械压缩蒸发系统以及除湿热泵低温干燥系统；

低温蒸汽机械压缩蒸发系统包括原料罐、原料泵、换热器、水平管降膜蒸发器、压缩机、循环泵、冷凝水罐、冷凝水泵以及浓缩液罐；所述原料罐、原料泵、换热器、水平管降膜蒸发器通过管路顺次连接；所述水平管降膜蒸发器通过管路分别与压缩机、循环泵以及冷凝水罐连接；所述冷凝水罐通过管路与冷凝水泵连接；所述循环泵通过管路与依次与换热器、浓缩液罐连接；

水平管降膜蒸发器包括筒体、多根粗糙壁面螺旋扁管、入口管路、液体分布装置、积液器；所述多根粗糙壁面螺旋扁管水平放置在筒体内部，所述入口管路底部设有液体分布装置，液体分布装置设置在粗糙壁面螺旋扁管的上端，入口管路上端设有液体入口；所述筒体的左右两端分别设有加热介质入口、加热介质出口，上端设有蒸汽出口，下端设有积液器，积液器的下端设有液体出口；

除湿热泵低温干燥系统包括重力热管、冷凝器、风机、热泵蒸发器、热泵压缩机、物料支架以及循环风道；所述重力热管的顶部上游依次设置有风机、冷凝器，所述重力热管的底部下游设置有蒸发器，压缩机设置于重力热管底部，所述循环风道设置于物料支架之间。

2.根据权利要求1所述的一种青桔果肉的资源化利用装置，所述水平管降膜蒸发器、冷凝水罐分别通过管路与真空泵相连。

3.根据权利要求1所述的一种青桔果肉的资源化利用装置，所述浓缩液罐通过管路与浓缩液泵相连，由浓缩液泵排出浓缩果汁。

4.根据权利要求1所述的一种青桔果肉的资源化利用装置，其特征在于，所述粗糙壁面螺旋扁管的横截面为椭圆形，所述扁管外壁面上设有多个肋，肋与肋之间形成多个槽，所述扁管内部中空，外部呈现螺旋形。

5.根据权利要求1或4所述的一种青桔果肉的资源化利用装置，其特征在于，所述多根粗糙壁面螺旋扁管的排列方式为正三角形排列或正四边形排列。

6.根据权利要求1所述的一种青桔果肉的资源化利用装置，其特征在于，水平管降膜蒸发器还包括气液分离装置，所述气液分离装置设置在蒸汽出口下游，包括圆筒形外壳、安装在外壳内部中央的圆柱形挡板、安装在外壳与挡板之间的多个螺旋形的连续叶片。

7.根据权利要求6所述的一种青桔果肉的资源化利用装置，其特征在于，在所述外壳的内壁面上设有纵槽，在所述螺旋形叶片上开有多个小孔。

8.根据权利要求1所述的一种青桔果肉的资源化利用装置，所述重力热管包括低温段和高温段；所述低温段和高温段的内部连通并充满传热工质，所述低温段与高温段在外部断开；所述低温段位于高温段的上部，所述低温段与高温段在一条直线上，或与高温段呈一定的角度。

9.使用权利要求1-8任一项所述的一种青桔果肉的资源化利用装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：

将青桔果肉经过机械压榨后，获得果汁和果渣；

获得的果汁进入低温蒸汽机械压缩蒸发系统，通过低温蒸汽机械压缩蒸发系统将果汁分离为冷凝水和浓缩果汁；

获得的果渣进入除湿热泵低温干燥系统，通过除湿热泵低温干燥系统对果渣进行脱水，分离得到冷凝水和干燥果渣料；

果汁通过管路流入原料罐中，并经过原料泵泵入换热器，经过换热器预热后，果汁通过管路进入水平管降膜蒸发器进行蒸发浓缩，分离得到水蒸气及浓缩果汁；

从蒸汽出口出来的水蒸气进入压缩机内，通过压缩机对水蒸气进行压缩升温并回到水平管降膜蒸发器中；

浓缩果汁通过循环泵提升压力后，分为两股，一股浓缩果汁与从原料罐来的果汁混合，通过管路返回水平管降膜蒸发器的液体入口，另一股浓缩果汁进入换热器内与果汁换热后进入浓缩液罐进行收集；浓缩果汁通过浓缩液泵排出；

水蒸气通过多根粗糙壁面螺旋扁管后冷凝得到冷凝水，冷凝水通过管路进入冷凝水罐内，冷凝水罐内的冷凝水通过冷凝水泵输送到换热器内；换热器中的冷凝水与果汁进行换热后得到常温冷凝水，并经过管路排出。

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