CN212236048U - 气体水合物浓缩装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种气体水合物浓缩装置。本实用新型所述的气体水合物浓缩装置包括：壳体，其内设有用于浓缩物料的第一腔体；夹套，其套设在所述壳体的外侧，其内设有第二腔体；制冷装置，其用于向所述第二腔体提供冷却液；输气装置，其用于向所述第一腔体输入气体；搅拌装置，其用于搅拌位于所述第一腔体内的物料。本实用新型所述的气体水合物浓缩装置应用气体水合物浓缩技术，通过低压(0.1‑15MPa)、低温(0‑10℃)的控制，实现零上结晶，解决零上温度‑热浓缩的品质劣变，零下温度‑冷冻浓缩的耗能等难题。
Description
技术领域
本实用新型涉及食品及生物医药领域，特别是涉及气体水合物浓缩装置。
背景技术
液体物料的浓缩，在食品和生物医药领域都十分普遍，相应的设备需求量相当大。传统热浓缩工艺容易产生风味劣变、热敏性营养成分破坏、色泽、高能耗等问题。并且，国内冷冻浓缩设备正处于起步阶段，存在起晶效率低、冰晶分离困难，冰晶夹带率高，冷能再利用率低、能耗高等问题。
现有一种气体水合物浓缩技术，该技术是利用客体气体分子与溶液中水分子在一定压力和温度下，形成类似冰晶的笼形结构物质，再利用过滤、离心等机械手段除去，从而获得浓缩液。该技术在低压借助下低温(0-10℃)高效浓缩，尤其可适用于高热敏性、高水分、高糖分液体物料的制备。
目前，该气体水合物浓缩技术在国内外皆处于起步阶段，国内暂无产品化的设备，本发明人旨在提供一种设备，该设备能够自动化地实现气体水合物浓缩技术。
实用新型内容
基于此，本实用新型的目的在于，提供一种气体水合物浓缩装置，通过改变压力和温度控制气体和水的相变平衡，实现零上低温的节能高效浓缩，解决常规热浓缩液体物料的热敏性营养、功能性成分损失，以及冷冻浓缩高能耗等难题，实现浓缩装置的浓缩率高、能耗低、功能性和营养性成分保持较好等特点。
一种气体水合物浓缩装置包括：
壳体，其内设有用于浓缩物料的第一腔体；
夹套，其套设在所述壳体的外侧，其内设有第二腔体；
制冷装置，其用于向所述第二腔体提供冷却液；
输气装置，其用于向所述第一腔体输入气体；
搅拌装置，其用于搅拌位于所述第一腔体内的物料。
相对于现有技术，本实用新型所述的气体水合物浓缩装置应用气体水合物浓缩技术，采用制冷装置以热交换的方式对壳体内的物料进行制冷，接着采用输气装置向壳体内输入气体并增大壳体内的压力，最后采用搅拌装置来搅拌物料以使气体与液体充分接触，当达到浓缩所需温度、压力后，关闭输气装置，气体和水分发生相变，形成水合物晶体。通过低压(0.1-15MPa)、低温(0-10℃) 的控制，控制气体和水的相变平衡，形成水合物晶体，实现低温高效浓缩，解决零上热浓缩的热敏性成分损失等问题。
进一步地，所述第二腔体在所述第一腔体的周侧包围着所述第一腔体。
进一步地，所述夹套的内侧面与所述壳体的外侧面相贴。
进一步地，所述输气装置包括储气钢瓶、第一输气管道，所述储气钢瓶通过所述第一输气管道从所述第一腔体的顶部供气。
进一步地，所述输气装置还包括第二输气管道，所述储气钢瓶通过所述第二输气管道向所述第一腔体供气，所述第二输气管道伸入物料中，所述第二输气管道上位于物料中的部位设置有出气孔。
进一步地，所述第二输气管道设置在所述第一腔体的底部，所述第二输气管道的出气孔的朝向是不竖直朝上的。
进一步地，所述出气孔朝上，所述出气孔朝向与水平面构成的锐角为45度；所述输气装置还包括单向阀，所述储气钢瓶的出气口通过一所述单向阀与所述第一输气管道管连接；所述储气钢瓶的出气口通过另一所述单向阀与所述第二输气管道管连接；所述输气装置向所述第一腔体输入的气体可以为CO2、C2H6、 N2、O2、CH4等无食品公害的小分子气体中的任一种或多种混合。
进一步地，所述搅拌装置包括电机、转动轴、若干的叶片，所述电机设置在所述壳体的顶部，所述转动轴的一端与所述电机的输出轴连接，所述转动轴的另一端伸入所述第一腔体内，所述叶片设置在所述转动轴上且位于所述第一腔体内；在所述转动轴的同一轴向位置上设置有一个所述叶片，位于所述转动轴不同轴向位置的所有叶片绕所述转动轴的轴线等间距分布。
进一步地，所述制冷装置为制冷循环机，所述制冷循环机采用的制冷媒介为乙二醇，所述制冷循环机的进、出口均与所述第二腔体连接。
进一步地，所述壳体的顶部可拆卸地设有盖体；所述第一输气管道穿过所述盖体并连通至所述第一腔体中；所述壳体上设有输料管道，所述输料管道从所述第一腔体的顶部向所述第一腔体输入预冷的物料；所述输料管道穿过所述盖体并连通至所述第一腔体中；所述壳体的底部设有出料集成管，所述出料集成管用于排出所述第一腔体内的液体；所述壳体上设有观察窗，所述观察窗处配置有高度大角度摄像头。所述气体水合物浓缩装置还包括：压力传感器，其用于检测所述第一腔体的气压，其为压力检测表；温度传感器，其用于检测位于所述第一腔体的物料的温度，其为T型热电偶；光源，其设置在所述第一腔体的顶部；支架，其用于放置所述壳体、所述夹套，其底部安装有脚轮。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。
附图说明
图1为本实施例所述的气体水合物浓缩装置的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为本实施例所述的出料集成管的结构示意图；
图4为本实施例所述的输气管的结构示意图；
附图标记：
10、支架；11、脚轮；20、壳体；21、第一腔体；22、出料集成管；23、高压球阀；24、盖体；25、输料管道；30、夹套；31、第二腔体；40、压力传感器；50、温度传感器；60、储料罐；70、第一输气管道；71、第二输气管道； 72、出气孔；80、电机；81、转动轴；82、叶片。
具体实施方式
一种气体水合物浓缩装置，参见图1至图4，包括支架10、壳体20、夹套30、压力传感器40、温度传感器50、储料罐60、制冷装置(图未示)、输气装置、搅拌装置。其中，壳体20通过螺栓安装在支架10上，壳体20内设有一个密封的用于浓缩物料的第一腔体21。夹套30套设在壳体20的外侧，夹套30的内侧面与壳体20的外侧面相贴，夹套30通过螺栓安装在壳体20的周侧面上；夹套30内设有密封的环状结构的第二腔体31，该第二腔体31从第一腔体21的周侧包围第一腔体21，使得第一腔体21位于环状第二腔体31的中空部位。压力传感器40用于检测第一腔体21的气压。温度传感器50用于检测位于第一腔体21的物料的温度。储料罐60内存储有待浓缩物料，储料罐60与第一腔体21 相连通，储料罐60设置在第一腔体21的上方，利用物料的重力以将物料送入第一腔体21中。制冷装置的进、出口连接至第二腔体31以构成制冷循环回路，制冷装置向第二腔体31送入降温后的制冷媒介，制冷媒介在第二腔体31中吸收第一腔体21内的物料的热量，升温后的制冷媒介重新进入制冷装置以降低温度，并且根据温度传感器50的反馈来调整制冷媒介的温度。输气装置用于向第一腔体21送入气体以提供气体以及增大压强，并且根据压力传感器40的反馈来调整第一腔体21的气压。搅拌装置用于搅拌第一腔体21中的物料，从而使气体与物料充分接触，其搅拌效率根据压力传感器40、温度传感器50的反馈来进行调整。
本实用新型所述的气体水合物浓缩装置应用气体水合物浓缩技术，采用制冷装置以辐射的方式对壳体20内的物料进行制冷，接着采用输气装置向壳体20 内输入气体并增大壳体20内的压力，最后采用搅拌装置来搅拌物料以使气体与液体充分接触，通过上述结构来改变壳体20内的压力和温度，控制气体和水的相变平衡，形成水合物晶体，实现低温高效浓缩。
参见图1至图4，支架10由不锈钢材料制成，支架10为一个方形的框体结构，框体的中空部分可容纳壳体20与夹套30。在支架10的底部的四角均安装有脚轮11，从而方便气体水合物浓缩装置移动。
参见图1至图4，壳体20为一圆筒结构，壳体20的底部设有出料集成管 22，出料集成管22用于排出第一腔体21内的液体，在出料集成管22上安装有高压球阀23。第一腔体21为回转体结构，第一腔体21由两部分构成，一部分为圆柱结构，另一部分为圆台结构，圆柱结构的底面与圆台结构的下底相连，圆柱结构的半径与圆台结构的下底半径相等，圆柱结构的半径大于圆台结构的上底半径。通过圆台结构的锥面，以便于将物料或液体汇聚到壳体20底部与出料集成管22的连接口。
参见图1至图4，在壳体20的顶部设置有盖体24，该盖体24可拆卸地安装在壳体20的顶部，以便于打开第一腔体21，在本实施例中，该盖体24通过螺栓安装在壳体20的顶部，其还可以是铰接、卡接等方式连接在壳体20上。
参见图1至图4，在壳体20的顶部还设有输料管道25。输料管道25的一端与储料罐60的底部连通，输料管道25的另一端与第一腔体21连通以将储料罐60内的物料输入至第一腔体21中。具体地，输料管道25与第一腔体21的连接处位于第一腔体21的顶面或者位于第一腔体21靠近其顶面的周侧面，输料管道25从第一腔体21的顶部向第一腔体21送入物料，可以充分利用第一腔体21的空间，以及避免物料堵塞输料管道25与第一腔体21的连接处。在本实施例中，输料管道25与第一腔体21的连接处设置在第一腔体21的顶面，并且输料管道25设置在盖体24的顶部，输料管道25穿过盖体24以与第一腔体21 连通。
另外，在壳体20上还设有观察窗(图未示)，通过观察窗来观察第一腔体 21中物料的浓缩情况。在观察窗处配置有高度大角度摄像头(图未示)，便于记录物料的浓缩变化以及远程观察物料变化情况。并且，在壳体20上还设有光源，该光源(图未示)通过盖体24以伸入第一腔体21中，该光源用于照明，方便观察物料的浓缩情况。
参见图1至图4，制冷装置采用制冷循环机，该制冷循环机属于现有技术，在此不在对制冷循环机的具体结构进行描述，而制冷循环机的进、出口均通过电动阀门接入第二腔体31。并且，在本实施例中，该制冷循环机采用的制冷媒介为乙二醇。
参见图1至图4，输气装置包括储气钢瓶(图未示)、第一输气管道70、第二输气管道71。其中，储气钢瓶的出气口依次通过电动阀门、单向阀与第一输气管道70的一端连接，第一输气管道70的另一端与第一腔体21连接，第一输气管道70与第一腔体21的连接处设置在第一腔体21的顶面上或设置在第一腔体21靠近其顶面的周侧面上，可以避免物料堵塞第一输气管道70与第一腔体 21的连接口。在本实施例中，该第一输气管道70与第一腔体21的连接口设置在第一腔体21的顶面，并且第一输气管道70设置在盖体24的顶部，第一输气管道70穿过盖体24以与第一腔体21连通。储气钢瓶的出气口还依次通过另一电动阀门、另一单向阀与第二输气管道71的一端连接，第二输气管道71的另一端伸入第一腔体21中，并且第二输气管道71上设有出气孔72，在浓缩物料中，该出气孔72位于物料中，使得第二输气管道71从物料中供气。另外，输气装置向第一腔体21输入的气体可以为CO2、C2H6、N2、O2、CH4等无食品公害的小分子气体中的任一种或多种混合，上述气体在高压下具有一定的杀菌作用，对微生物细胞具有损伤作用。
参见图1至图4，更具体地，该第二输气管道71可以沿着第一腔体21的轴线方向设置在第一腔体21的壁面上，或者沿着第一腔体21的轴向倾斜设置在第一腔体21的壁面上，也可以是设置在第一腔体21的底部。采用前两者的设置方式，在物料的不同高度上均能提供气体，使气体在物料中的分布较为均匀。采用最后一种设置方式，气体从第一腔体21的底部向第一腔体21的顶部移动，能够充分利用气体，并且安装方式也比较简单。在本实施例中，该第二输气管道71设置在第一腔体21的底部。
参见图1至图4，在第二输气管道71设置在第一腔体21底部的基础上，为了避免物料堵塞输气管的出气孔72，使第二输气管道71的出气孔72的朝向是不竖直朝上的，即出气孔72的轴线不平行于第一腔体21的轴线。在实际安装时，出气孔72可以朝向第一腔体21顶面靠近其周侧面的部分、或朝向第一腔体21的周侧面、或朝向第一腔体21的底面。在本实施例中，出气孔72倾斜朝上，且出气孔72朝向与水平面构成的锐角为45度。
参见图1至图4，搅拌装置包括电机80、转动轴81、若干的叶片82。其中，电机80设置在壳体20的顶面，在本实施例中，该电机80通过螺栓安装在盖体 24的顶面。转动轴81的一端与电机80的输出轴可拆卸连接，转动轴81的另一端伸入第一腔体21内；转动轴81竖直设置，转动轴81的轴线与第一腔体21 的轴线位于同一直线上。叶片82均安装在转动轴81上，且叶片82位于第一腔体21中用于放置物料的部分。在本实施例中，沿着转动轴81的轴向，依次在转动轴81的周侧面均安装一个叶片82，使得在转动轴81的同一高度位置上只有一个叶片82；并且，在不同高度上的叶片82绕着转动轴81的轴线等间距地分布。
参见图1至图4，压力传感器40为压力检测表，压力检测表设置在第二输气管道71上。
参见图1至图4，温度传感器50为T型热电偶，在实际工作中，能根据自身需要来调节T型热电偶在第一腔体21内的高度位置，从而检测物料不同高度上的温度，以便于获得所需要的水合物晶体。
本实施例所述的气体水合物浓缩装置的浓缩过程包括：
S1、降温预冷；
具体地，启动制冷循环机，降温后的制冷媒介进入第二腔体31，制冷媒介吸收第一腔体21内的热量；待第一腔体21的温度降至浓缩所需温度后，将预冷的物料从输料管道25送入第一腔体21中，在此过程制冷循环机一直保持打开状态；
S2、输气升压；
具体地，打开储气钢瓶，储气钢瓶通过第一输气管道70、第二输气管道71 向第一腔体21输入气体，第一腔体21的压力上升，通过压力传感器40检测压力变化；同时启动电机80，电机80带动转动轴81旋转，叶片82搅拌物料，使气体和液体充分接触；待达到浓缩所需温度、压力后，关闭储气钢瓶，气体和水分发生相变，形成水合物晶体；在晶体形成过程中，根据压力和温度的变化，调整制冷媒介的制冷温度，或通过第一输气管道70、第二输气管道71向第一腔体21补充气体和增压；
S3、收集料液；
具体地，通过摄像头拍摄的浓缩界面以及传感器监测的温度、压力变化来综合判断浓缩完成情况；待浓缩完成后，关闭制冷循环机，打开出液集成管上的高压球阀23，浓缩液从出液集成管流出，并通过软管引流至储存罐中；若浓缩液过粘，打开储气钢瓶，储气钢瓶通过第一输气管道70向第一腔体21提供气体，增大浓缩液上方的空间的压力，促进过粘浓缩液的流出；
S4、升温溶解，回收气体；
具体地，通过输料管道25向第一腔体21送入热水，热水溶解第一腔体21 中的水合物晶体，溶解出来的气体通过第一输气管道70回收至另一气瓶中，溶解出来的液体通过出液集成管回收至储液箱中。
相对于现有技术，本实施例所述的气体水合物浓缩装置至少具有如下有益效果：
1、通过改变压力和温度，控制气体和水的相变平衡，形成水合物晶体，实现低温高效浓缩，解决零上热浓缩的热敏性成分损失等问题；
2、应用气体水合物浓缩技术可以解决零下冷冻浓缩液体物料能耗大、夹带严重等问题；
3、对水合物晶体的溶解出来的气体，可以回收再利用，进一步绿色节能生产；
4、可以采用多气体组合模式，实现不同物料有效成分的分步分离。
5、在气体水合物浓缩装置排料时，第一输气管道70从第一腔体21的顶部向第一腔体21送入气体，增大物料上方的空间的气压，可以促使过粘浓缩液从出料集成管22流出，有助于加快物料的排放效率以及防止物料堵塞出料集成管 22；
6、在储气钢瓶与第一输气管道70之间或者在储气钢瓶与第二输气管道71 之间设置有单向阀，可以有效地避免气体或物料回流到储气钢瓶；
7、在加热溶解第一腔体21中的水合物晶体时，气体向上运动，位于物料上方的第一输气管道70还能用于回收第一腔体21的气体，只需要在第一输气管道70上另外接多一条管道到回收气瓶中即可。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种气体水合物浓缩装置，其特征在于，所述气体水合物浓缩装置包括：
壳体(20)，其内设有用于浓缩物料的第一腔体(21)；
夹套(30)，其套设在所述壳体(20)的外侧，其内设有第二腔体(31)；
制冷装置，其用于向所述第二腔体(31)提供冷却液；
输气装置，其用于向所述第一腔体(21)输入气体；
搅拌装置，其用于搅拌位于所述第一腔体(21)内的物料。
2.根据权利要求1所述的气体水合物浓缩装置，其特征在于：所述第二腔体(31)在所述第一腔体(21)的周侧包围着所述第一腔体(21)。
3.根据权利要求1所述的气体水合物浓缩装置，其特征在于：所述夹套(30)的内侧面与所述壳体(20)的外侧面相贴。
4.根据权利要求1至3任一项所述的气体水合物浓缩装置，其特征在于：所述输气装置包括储气钢瓶、第一输气管道(70)，所述储气钢瓶通过所述第一输气管道(70)从所述第一腔体(21)的顶部供气。
5.根据权利要求4所述的气体水合物浓缩装置，其特征在于：所述输气装置还包括第二输气管道(71)，所述储气钢瓶通过所述第二输气管道(71)向所述第一腔体(21)供气，所述第二输气管道(71)伸入物料中，所述第二输气管道(71)上位于物料中的部位设置有出气孔(72)。
6.根据权利要求5所述的气体水合物浓缩装置，其特征在于：所述第二输气管道(71)设置在所述第一腔体(21)的底部，所述第二输气管道(71)的出气孔(72)的朝向是不竖直朝上的。
7.根据权利要求6所述的气体水合物浓缩装置，其特征在于：
所述出气孔(72)朝上，所述出气孔(72)朝向与水平面构成的锐角为45度；
所述输气装置还包括单向阀，所述储气钢瓶的出气口通过一所述单向阀与所述第一输气管道(70)管连接；所述储气钢瓶的出气口通过另一所述单向阀与所述第二输气管道(71)管连接；
所述输气装置向所述第一腔体(21)输入的气体可以为CO2、C2H6、N2、O2、CH4等无食品公害的小分子气体中的任一种或多种混合。
8.根据权利要求1至3任一项所述的气体水合物浓缩装置，其特征在于：
所述搅拌装置包括电机(80)、转动轴(81)、若干的叶片(82)，所述电机(80)设置在所述壳体(20)的顶部，所述转动轴(81)的一端与所述电机(80)的输出轴连接，所述转动轴(81)的另一端伸入所述第一腔体(21)内，所述叶片(82)设置在所述转动轴(81)上且位于所述第一腔体(21)内；
在所述转动轴(81)的同一轴向位置上设置有一个所述叶片(82)，位于所述转动轴(81)不同轴向位置的所有叶片(82)绕所述转动轴(81)的轴线等间距分布。
9.根据权利要求1至3任一项所述的气体水合物浓缩装置，其特征在于：所述制冷装置为制冷循环机，所述制冷循环机采用的制冷媒介为乙二醇，所述制冷循环机的进、出口均与所述第二腔体(31)连接。
10.根据权利要求4所述的气体水合物浓缩装置，其特征在于，
所述壳体(20)的顶部可拆卸地设有盖体(24)；
所述第一输气管道(70)穿过所述盖体(24)并连通至所述第一腔体(21)中；
所述壳体(20)上设有输料管道(25)，所述输料管道(25)从所述第一腔体(21)的顶部向所述第一腔体(21)输入预冷的物料；
所述输料管道(25)穿过所述盖体(24)并连通至所述第一腔体(21)中；
所述壳体(20)的底部设有出料集成管(22)，所述出料集成管(22)用于排出所述第一腔体(21)内的液体；
所述壳体(20)上设有观察窗，所述观察窗处配置有高度大角度摄像头；
所述气体水合物浓缩装置还包括：
压力传感器(40)，其用于检测所述第一腔体(21)的气压，其为压力检测表；
温度传感器(50)，其用于检测位于所述第一腔体(21)的物料的温度，其为T型热电偶；
光源，其设置在所述第一腔体(21)的顶部；
支架(10)，其用于放置所述壳体(20)、所述夹套(30)，其底部安装有脚轮(11)。
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|---|---|---|---|---|
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2020
- 2020-03-18 CN CN202020341974.7U patent/CN212236048U/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN114452672A (zh) * | 2021-03-18 | 2022-05-10 | 广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所 | 基于co2相变平衡调控的浓缩液制造装置及其方法 |
| CN114452672B (zh) * | 2021-03-18 | 2023-06-16 | 广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所 | 基于co2相变平衡调控的浓缩液制造装置及其方法 |
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