JP6417826B2 - Concentration system and concentration method - Google Patents
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Description
本発明は、例えば果汁、液糖、蜂蜜などの食品関連溶液のように高温での加熱により変質や変性をきたす成分を含有する溶液を濃縮するための濃縮システム及び濃縮方法に関する。 The present invention relates to a concentration system and a concentration method for concentrating a solution containing a component that is altered or denatured by heating at a high temperature, such as a food-related solution such as fruit juice, liquid sugar, and honey.
食品や飲料などの製造では例えば、果汁、液糖、蜂蜜など糖分その他特定の成分を含有する溶液(懸濁液)の濃縮工程が必要となることがある。この濃縮工程は、成分の乾固化や粉末化の前処理として、あるいは懸濁液の輸送費の低減や保管スペースの削減のためなどの目的で行われ、鮮度の維持や処理コストの低減など、その処理は極めて重要である。 In the production of foods and beverages, for example, a concentration step of a solution (suspension) containing sugar or other specific components such as fruit juice, liquid sugar, and honey may be required. This concentration process is performed as a pretreatment for drying and pulverizing the components, or for the purpose of reducing the transportation cost of the suspension and reducing the storage space, etc. The processing is extremely important.
上述したような食品プロセスにおける特定の成分を含有する生物由来の溶液を濃縮する技術としては、逆浸透膜装置を用いた濃縮(例えば、特許文献1)、多重効用缶蒸留、凍結濃縮などを用いた濃縮が知られている。また、真空エバポレーターを用いて濃縮することも公知である(例えば、特許文献2、特許文献3)。
Concentration using a reverse osmosis membrane device (for example, Patent Document 1), multi-effect can distillation, freeze concentration, etc. is used as a technique for concentrating a biological solution containing a specific component in the food process as described above. The concentration that was known is known. It is also known to concentrate using a vacuum evaporator (for example,
逆浸透膜装置を利用した濃縮においては、平膜状の酢酸セルロース膜や合成高分子膜などの逆浸透膜を海苔巻状に巻装し、単位体積当たりのろ過膜面積を大きく確保したスパイラルモジュールを用いるのが一般的である。このスパイラルモジュールでは、海苔巻状に巻かれた膜面と膜面との間に極薄いスペーサが挟み込まれている。上述したような逆浸透膜装置において、被処理液はこの極薄いスペーサの隙間を流れ、ろ液は膜裏側へ透過し、溶液成分は膜面へ濃縮される。膜面へ被処理液の成分が濃縮されると浸透圧が高くなるため、この浸透圧を超えるろ過圧力を付加できる高圧ポンプを用いる必要がある。また、溶液成分が膜面に濃縮して、ろ過を妨げるのをできるだけ抑制するため、被処理液の膜面流速を高くする必要がある。すなわち、高出力の高価な送液ポンプと高いエネルギーコストが必要となる。さらに、果汁、糖液あるいは蜂蜜などの溶液は、成分の濃縮により溶液の粘度が高くなり、逆浸透膜モジュールへの極薄い被処理液の流路への通液が容易でなくなる。このため濃縮率に限界があり、最高でも40〜50%程度しか濃縮できないという問題があった。 Concentration using a reverse osmosis membrane device is a spiral module in which a reverse osmosis membrane, such as a flat cellulose acetate membrane or a synthetic polymer membrane, is wound in a laver winding shape to ensure a large filtration membrane area per unit volume. It is common to use. In this spiral module, an extremely thin spacer is sandwiched between the membrane surfaces wound in a laver form. In the reverse osmosis membrane apparatus as described above, the liquid to be treated flows through the gap between the extremely thin spacers, the filtrate permeates to the back side of the membrane, and the solution components are concentrated on the membrane surface. When the component of the liquid to be treated is concentrated on the membrane surface, the osmotic pressure increases. Therefore, it is necessary to use a high-pressure pump that can apply a filtration pressure exceeding the osmotic pressure. Moreover, in order to suppress as much as possible that a solution component concentrates on a film surface and prevents filtration, it is necessary to make the film surface flow rate of a to-be-processed liquid high. That is, an expensive liquid pump with high output and high energy cost are required. Furthermore, solutions such as fruit juice, sugar solution, and honey have a high viscosity due to concentration of components, and it is not easy to pass a very thin liquid to be processed to the reverse osmosis membrane module. For this reason, there is a limit to the concentration rate, and there is a problem that only about 40 to 50% can be concentrated.
また、多重効用缶蒸留を用いた濃縮においては、数段の蒸留缶を並べて、加熱蒸留する。初段で蒸留に必要な熱量を与え、後段で追加加熱することなく、初段で与えた熱量を回収しながら蒸留を繰り返すので経済的に蒸留することが可能である。しかしながら、最後段の蒸留で必要となる熱量も合わせて初段で加熱するため、初段では100℃を超える過熱蒸気により非常に高温で加熱する必要がある。一方、食品プロセスで濃縮する生物由来の有機成分には、加熱により変質しやすいものが含まれている。その上、高温加熱により蒸発損失しやすい揮発成分なども多く含まれている。したがって、果汁や糖液や蜂蜜の中には、多重効用缶蒸留による高温濃縮が適さない場合がある、という問題点がある。 Further, in the concentration using multi-effect can distillation, several stages of distillation cans are arranged and heated and distilled. Distillation is repeated while the amount of heat necessary for distillation is given in the first stage and the amount of heat given in the first stage is recovered without additional heating in the latter stage, so that it is possible to distill economically. However, since the amount of heat required for the last-stage distillation is also heated in the first stage, it is necessary to heat at a very high temperature with superheated steam exceeding 100 ° C. in the first stage. On the other hand, organic components derived from living organisms that are concentrated in a food process include those that are easily altered by heating. In addition, it contains a lot of volatile components that easily lose evaporation due to high-temperature heating. Therefore, some fruit juices, sugar solutions, and honey have a problem that high-temperature concentration by multi-effect can distillation may not be suitable.
さらに、凍結濃縮では、例えば被処理液を−15℃前後の温度で凍結し、生成したシャーベット状(スラリー状)の凍結物を−5℃前後の温度に保持して氷の結晶を成長させた後、遠心分離または圧搾ろ過により氷の結晶のみを分離して、分離液をさらに凍結再結晶、分離する工程を繰り返すことにより濃縮する。この濃縮技術は、インスタントコーヒーの凍結乾燥の前濃縮や、高品質の果汁濃縮に適用されるが、濃縮効率が低く大量濃縮が容易でない、濃縮限界濃度が40%程度と低い、などの問題点がある。 Further, in the freeze concentration, for example, the liquid to be treated is frozen at a temperature of about −15 ° C., and the generated sherbet-like (slurry) frozen material is maintained at a temperature of about −5 ° C. to grow ice crystals. Thereafter, only ice crystals are separated by centrifugal separation or squeezing filtration, and the separated liquid is further concentrated by repeating the steps of freeze-recrystallization and separation. This concentration technology can be applied to pre-concentration of freeze-dried instant coffee and high-quality fruit juice concentration, but there are problems such as low concentration efficiency, difficulty in mass concentration, and low concentration limit concentration of around 40%. There is.
ところで、真空エバポレーターは、濃縮効率は良好であるが、生産ラインに用いられる装備が金属製であるため、果汁、液糖、蜂蜜など酸や塩類を含むいわゆる腐食性液体に対する適用性が高いとは言えない。また、加温面積や蒸発面積を大きくすれば、蒸発効率を確保できる反面、重装備で装置規模が大きく、高価になる、などの問題点がある。 By the way, the vacuum evaporator has good concentration efficiency, but because the equipment used in the production line is made of metal, it is highly applicable to so-called corrosive liquids containing acids and salts such as fruit juice, liquid sugar, and honey. I can not say. Further, if the heating area and the evaporation area are increased, the evaporation efficiency can be secured, but there are problems that the equipment scale is large and expensive due to heavy equipment.
このように従来は、目的成分濃度が低く、比較的多量の被処理液について、熱変質や揮発成分の損失を極力低減しながら、さらに濃縮により液粘度が増加しても高濃度まで濃縮できる簡便なシステムはなかった。 Thus, conventionally, the target component concentration is low, and it is easy to concentrate to a high concentration even if the liquid viscosity increases due to concentration, while reducing heat deterioration and loss of volatile components as much as possible for a relatively large amount of liquid to be treated. There was no such system.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、果汁、液糖、蜂蜜などの食品関連溶液のように高温での加熱により変質や変性をきたす溶液を、変質や変性させることのない濃縮システムを提供することを目的とする。また、本発明はこのような濃縮システムを用いた濃縮方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and concentrates without altering or denaturing a solution that is altered or denatured by heating at a high temperature, such as food-related solutions such as fruit juice, liquid sugar, and honey. The purpose is to provide a system. Another object of the present invention is to provide a concentration method using such a concentration system.
上記課題を解決するために、第一に本発明は、被処理液を一次濃縮する逆浸透膜装置と、前記逆浸透膜により濃縮された一次濃縮液をさらに濃縮して二次濃縮液を得る膜蒸留装置とを備える濃縮システムであって、前記膜蒸留装置が、疎水性多孔質膜を挟んで原水部と凝縮部とを備え、前記凝縮部を減圧状態に維持し、かつ前記凝縮部に冷却手段を備え、加熱された一次濃縮液を前記膜蒸留装置の前記原水部に導入し、前記一次濃縮液の蒸気を前記疎水性多孔質膜に透過させることで、該一次濃縮液を濃縮して二次濃縮液を生成するものであることを特徴とする濃縮システムを提供する(発明1)。ここで前記被処理液としては、果汁、液糖、蜂蜜などの食品関連溶液が好適である(発明2)。 In order to solve the above-mentioned problems, firstly, the present invention obtains a secondary concentrated liquid by further concentrating the primary concentrated liquid concentrated by the reverse osmotic membrane, and a reverse osmotic membrane apparatus that primarily concentrates the liquid to be treated. A concentrating system comprising a membrane distillation apparatus, the membrane distillation apparatus comprising a raw water part and a condensing part across a hydrophobic porous membrane, maintaining the condensing part in a reduced pressure state, and in the condensing part The primary concentrated liquid is provided with a cooling means, and the heated primary concentrated liquid is introduced into the raw water portion of the membrane distillation apparatus, and the primary concentrated liquid is concentrated by passing the vapor of the primary concentrated liquid through the hydrophobic porous membrane. And providing a secondary concentrated liquid (Invention 1). Here, food-related solutions such as fruit juice, liquid sugar, and honey are suitable as the liquid to be treated (Invention 2).
かかる発明(発明1、2)によれば、目的とする成分の初期濃度が数%程度と低い被処理液をまず逆浸透膜で40〜50%程度(容量減少相当、以下同じ)まで一次濃縮し、粘度の増加した一次濃縮液をさらに膜蒸留して70〜80%程度の高濃度(目的濃度)にまで濃縮することができる。しかも逆浸透膜による濃縮は加熱を必要とせず、膜蒸留では100℃以上、好ましくは90℃以上に加熱する必要がないので、果汁、液糖、蜂蜜などの食品関連溶液における糖分などの目的とする濃縮成分を、熱による変質や揮発成分の損失を大幅に低減させて濃縮することができる。さらに、多量の非処理液であっても効率よく処理可能であり、システム構成も簡便で運転管理も容易である。
According to the inventions (
上記発明(発明1、2)においては、前記膜蒸留装置の前記原水部に導入する前記一次濃縮液を廃熱を利用して加熱する加熱手段を備えるのが好ましい(発明3)。
In the said invention (
かかる発明(発明3)によれば、加熱手段の熱源として廃熱を活用することで熱エネルギーの有効利用を図ることができ、一層の省エネルギー化や省コスト化を図ることができるので、環境保全や産業活性化にも有効である。 According to this invention (invention 3), it is possible to effectively use heat energy by utilizing waste heat as a heat source of the heating means, and further energy saving and cost saving can be achieved. It is also effective for industrial revitalization.
また、第二に本発明は、被処理液を逆浸透膜装置により濃縮する一次濃縮工程と、前記一次濃縮工程で得られた一次濃縮液を膜蒸留装置によりさらに濃縮する二次濃縮工程とを有する濃縮方法であって、前記膜蒸留装置が、疎水性多孔質膜を挟んで原水部と凝縮部とを備え、前記凝縮部を減圧状態に維持し、かつ前記凝縮部に冷却手段を備えるものであり、前記二次濃縮工程が、加熱された一次濃縮液を前記膜蒸留装置の前記原水部に導入し、前記一次濃縮液の蒸気を前記疎水性多孔質膜に透過させることで、該一次濃縮液を濃縮して二次濃縮液を生成することを特徴とする濃縮方法を提供する(発明4)。 Second, the present invention includes a primary concentration step of concentrating a liquid to be treated by a reverse osmosis membrane device, and a secondary concentration step of further concentrating the primary concentrate obtained in the primary concentration step by a membrane distillation device. The membrane distillation apparatus includes a raw water part and a condensing part across a hydrophobic porous membrane, maintains the condensing part in a reduced pressure state, and includes a cooling means in the condensing part And the secondary concentration step introduces the heated primary concentrate into the raw water part of the membrane distillation apparatus, and allows the vapor of the primary concentrate to permeate the hydrophobic porous membrane. A concentration method is characterized in that a concentrated solution is concentrated to produce a secondary concentrated solution (Invention 4).
かかる発明(発明4)によれば、目的とする成分の初期濃度が数%程度と低い被処理液をまず逆浸透膜で40〜50%程度(容量濃縮相当、以下同じ)まで一次濃縮し、粘度の増加した液をさらに膜蒸留して70〜80%程度の高濃度(目的濃度)にまで濃縮することができる。これにより目的とする成分を熱による変質や揮発成分の損失を大幅に低減して濃縮することができる。さらに、多量の非処理液であっても効率よく処理することができる。 According to this invention (Invention 4), the liquid to be treated having a low initial concentration of the target component of about several percent is first concentrated to about 40 to 50% (equivalent to volume concentration, the same applies hereinafter) with a reverse osmosis membrane, The liquid having increased viscosity can be further subjected to membrane distillation to be concentrated to a high concentration (target concentration) of about 70 to 80%. As a result, the target component can be concentrated with greatly reduced alteration due to heat and loss of volatile components. Furthermore, even a large amount of non-treatment liquid can be processed efficiently.
本発明の濃縮システムは、被処理液をまず逆浸透膜で一次濃縮し、粘度の増加した一次濃縮液を膜蒸留してさらに濃縮するものであるので、目的とする成分の初期濃度が数%程度と低い被処理液を多量の非処理液であっても効率よく高濃度(目的濃度)にまで濃縮することができる。しかも逆浸透膜による濃縮は加熱を必要とせず、膜蒸留では100℃以上、好ましくは90℃以上に加熱する必要がなく、被処理液を高温にさらすことなく濃縮することができるので、果汁、液糖、蜂蜜などの食品関連溶液を目的とする成分の熱による変質や揮発成分の損失を大幅に低減することができる。 In the concentration system of the present invention, the liquid to be treated is first concentrated with a reverse osmosis membrane, and the primary concentrated solution with increased viscosity is further concentrated by membrane distillation. Even a large amount of non-processed liquid can be efficiently concentrated to a high concentration (target concentration) even if the liquid to be processed is low. Moreover, the concentration by the reverse osmosis membrane does not require heating, the membrane distillation does not require heating to 100 ° C. or higher, preferably 90 ° C. or higher, and the liquid to be treated can be concentrated without being exposed to a high temperature. It is possible to drastically reduce the deterioration of components intended for food-related solutions such as liquid sugar and honey, and loss of volatile components.
以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
以下、本発明について詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る濃縮システムを示す概略図である。図1において、被処理液Wの濃縮システム1は、原水ライン2の途中に一次濃縮手段としての逆浸透膜装置3と二次濃縮手段としての膜蒸留装置4とを有し、逆浸透膜装置3と膜蒸留装置4との間には加熱手段としての熱交換器5が配置されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a schematic view showing a concentration system according to the present embodiment. In FIG. 1, the
上記濃縮システム1において、被処理液Wは逆浸透膜装置3で一次濃縮されて一次濃縮液W1と膜透過水W2とに分離され、膜蒸留装置4で二次濃縮されて最終生成物である二次濃縮液W3と蒸留水W4とに分離される。
In the
図2は、膜蒸留装置4の一例を示している。この膜蒸留装置4は、低温廃熱を利用して熱交換器5により加熱した一次濃縮液W1を疎水性多孔質膜を通過させて、その蒸気を減圧および低温条件下で蒸留または濃縮する膜蒸留技術を用いる。
FIG. 2 shows an example of the
この膜蒸留装置4は疎水性多孔質膜11が備えられており、この疎水性多孔質膜11を挟んで原水室12と凝縮室13が備えられる。原水室12は一次濃縮液W1を導入する原水部の一例であり、凝縮室13は疎水性多孔質膜11を通過した蒸気Sを凝縮する凝縮部の一例である。
The
疎水性多孔質膜11は、原水室12に導入された一次濃縮液W1の蒸気のみを選択的に通過させる手段の一例である。この疎水性多孔質膜11としては、耐熱性に優れていることからフッ素樹脂製多孔質膜を好適に用いることができる。この疎水性多孔質膜11においては、一次濃縮液W1の蒸気Sのみを透過させ、膜透過蒸気量に対する一次濃縮液W1の浸透圧や粘度の影響を受けにくく、蒸気透過性が高く、一次濃縮液W1の懸濁成分などの濃縮を効率的に行うことができる。
The hydrophobic
凝縮室13には減圧装置14が接続され、凝縮室13の壁面には冷却部15が備えられている。凝縮室13とともに原水室12が減圧装置14により減圧されて減圧状態に維持され、冷却部15は接触する蒸気Sを凝縮する程度の温度に図示しない冷却手段により冷却されている。
A
上記被処理液Wとしては、果汁、液糖、蜂蜜などの糖分を含む食品関連溶液が好適である。ここで、被処理液Wは、糖分などの目的とする濃縮成分の初期濃度が10%以下、特に2〜7%程度である。 As said to-be-processed liquid W, the food related solution containing sugars, such as fruit juice, liquid sugar, and honey, is suitable. Here, in the liquid W to be treated, the initial concentration of the target concentrated component such as sugar is 10% or less, particularly about 2 to 7%.
次に上述したような膜蒸留装置4を備えた濃縮システム1の作用について説明する。
Next, the operation of the
まず、被処理液Wは、逆浸透膜装置3で一次濃縮される。ここで被処理液Wは、膜透過水W2が分離排出されることで40〜50%程度まで濃縮され、粘度等が増加した一次濃縮液W1が得られる。特に、食品プロセスでは、水温が高いことがあるため、あらかじめ貯槽や熱交換器において、逆浸透膜モジュールの許容温度に調整しておくのが好ましい。上記逆浸透膜装置3としては、スパイラル式や中空管式(チューブラー式)や中空糸式などのモジュールが適用することができる。また、逆浸透膜装置3を構成する膜としては、酢酸セルロース膜や合成高分子膜、例えば、芳香族ポリアミドやポリスルホンやポリビニルアルコールなどを適用することができる。 First, the liquid W to be treated is primarily concentrated by the reverse osmosis membrane device 3. Here, the liquid W to be treated is concentrated to about 40 to 50% by separating and discharging the membrane permeated water W2, and a primary concentrated liquid W1 having an increased viscosity or the like is obtained. Particularly in food processes, the water temperature may be high, so it is preferable to adjust the temperature to the allowable temperature of the reverse osmosis membrane module in a storage tank or heat exchanger in advance. As the reverse osmosis membrane device 3, modules such as a spiral type, a hollow tube type (tubular type), and a hollow fiber type can be applied. Moreover, as a film | membrane which comprises the reverse osmosis membrane apparatus 3, a cellulose acetate film | membrane and a synthetic polymer film, for example, aromatic polyamide, polysulfone, polyvinyl alcohol, etc. are applicable.
そして、この一次濃縮液W1を熱交換器5へ送液する。ここで、この一次濃縮液W1は熱交換器5により所定の温度に熱交換される。熱交換器5は工場廃熱など、廃熱源で加熱された熱媒体の熱で一次濃縮液W1に熱交換する。これにより一次濃縮液W1は、例えば、100℃未満、好ましくは40〜90℃、特に50℃〜80℃程度になるように温度調整され、後段の膜蒸留装置4に供給される。このように被処理液Wを膜蒸留装置4における濃縮に好適な温度に加熱するのに工場廃熱などの廃熱を利用することができ、各種の廃熱の有効利用が図られる。
Then, the primary concentrated liquid W1 is sent to the heat exchanger 5. Here, the primary concentrated solution W1 is heat-exchanged to a predetermined temperature by the heat exchanger 5. The heat exchanger 5 exchanges heat with the primary concentrated liquid W1 by heat of a heat medium heated by a waste heat source such as factory waste heat. Thus, the temperature of the primary concentrated liquid W1 is adjusted to be, for example, less than 100 ° C., preferably about 40 to 90 ° C., particularly about 50 ° C. to 80 ° C., and supplied to the
そして、温度調整されるとともに一次濃縮により粘度の増加した一次濃縮液W1を膜蒸留装置4に送液し、二次濃縮して蒸留水W4を分離し二次濃縮液W3を得る。
Then, the primary concentrated liquid W1 whose temperature is adjusted and whose viscosity has been increased by the primary concentration is sent to the
ここで膜蒸留装置4では、以下のようにして二次濃縮を行う。すなわち、凝縮室13を減圧下に維持しておくことで、疎水性多孔質膜11の孔を通過した蒸気Sが引き込まれる。
Here, the
この場合、凝縮室13が減圧状態に維持されるので、蒸気Sを引き込む機能だけでなく、一次濃縮液W1の沸点をより降下させる機能を有する。これにより、一次濃縮液W1から生じる蒸気Sが顕著となり、疎水性多孔質膜11を透過する蒸気量が増大する。この結果、原水室12で二次濃縮液W3が得られる。つまり、一次濃縮液W1から多くの蒸気Sが凝縮して二次濃縮液W3に変換されるので、原水室12の一次濃縮液W1が効率的に濃縮される。したがって、原水室12から多くの二次濃縮液W3が生成され、濃縮液回収ライン16から回収される。
In this case, since the condensing
一方、蒸気Sは凝縮室13の冷却部15に触れ凝縮して水滴Lが生じる。この結果、冷却部15では蒸気Sが結露して蒸留水W4が凝縮水排出ライン17から排出される。
On the other hand, the vapor S touches the cooling
このような膜蒸留において、一次濃縮液W1を濃縮し、二次濃縮液W3を得る上で、一次濃縮液W1の流路幅および膜面線流速は重要である。流路幅は、一次濃縮液W1を通過させるに有効な流路径などの大きさである。これに対し、膜面線流速は、一次濃縮液W1の流量を装置内の有効断面積で割った値で与えられる線速度であり、見かけ上、一次濃縮液W1の速度である。具体的には、疎水性多孔質膜11の膜面に平行な一次濃縮液W1の平均流速である。
In such membrane distillation, the primary concentrated solution W1 is concentrated to obtain the secondary concentrated solution W3, and the flow path width and membrane surface line flow rate of the primary concentrated solution W1 are important. The channel width is a size such as a channel diameter effective for allowing the primary concentrated solution W1 to pass through. On the other hand, the membrane surface line flow velocity is a linear velocity given by a value obtained by dividing the flow rate of the primary concentrate W1 by the effective cross-sectional area in the apparatus, and is apparently the velocity of the primary concentrate W1. Specifically, the average flow velocity of the primary concentrated liquid W1 parallel to the membrane surface of the hydrophobic
そして、この膜蒸留装置4では、一次濃縮液W1の流路幅wは例えば、1〔mm〕以上、30〔mm〕以下であればよく、より好ましくは3〔mm〕以上、20〔mm〕以下とする。また、一次濃縮液W1の膜面線流速Vは例えば、0.01〔m/s〕以上、5〔m/s〕以下とし、より好ましくは0.05〔m/s〕以上、2〔m/s〕とすればよい。
And in this
この膜蒸留装置4において、被処理液Wは70〜80%程度の高濃度(目的濃度)にまで濃縮する。したがって、膜蒸留装置4は必要に応じて多段、例えば、2段〜12段、望ましくは3段〜10段として、目的とする濃縮濃度となるまで濃縮するとともにエネルギー回収率を高めることができる。
In this
このようにして得られる二次濃縮液W3は、逆浸透膜装置3による一次濃縮では加熱を必要とせず、膜蒸留装置4では100℃以上、好ましくは90℃以上に加熱されず、被処理液Wを高温にさらすことなく濃縮することができるので、目的とする成分の熱による変質や揮発成分の損失を大幅に低減することができる。さらに、被処理液Wが多量であっても効率よく処理可能であり、システム構成も簡便で運転管理も容易である。
The secondary concentrated solution W3 thus obtained does not require heating in the primary concentration by the reverse osmosis membrane device 3, and is not heated to 100 ° C. or higher, preferably 90 ° C. or higher in the
なお、膜透過水W2と蒸留水W4は、必要に応じて、用水、例えば、逆浸透膜及びモジュールや、膜蒸留ユニットの洗浄水、あるいは、希釈水などに用いて、資源の有効利用を図ることができる。 The membrane permeated water W2 and the distilled water W4 are used as service water, for example, reverse osmosis membranes and modules, washing water for the membrane distillation unit, or dilution water as required, so as to effectively use resources. be able to.
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記実施形態に限らず種々の変形実施が可能である。例えば、濃縮システムの構成としては、逆浸透膜装置3及び膜蒸留装置4をそれぞれ複数段としてもよい。また、この濃縮システムにおいて、被処理液Wは食品プロセス水に限らず、医薬やその他の産業分野のプロセス水を濃縮するのにも適用することができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention has been described, this invention is not restricted to the said embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible. For example, as a configuration of the concentration system, the reverse osmosis membrane device 3 and the
以下の具体的実施例により本発明をさらに詳細に説明する。 The following specific examples further illustrate the present invention.
<実施例1>
図1に示す構成を有する濃縮システムを用い、Brix値(糖度)7%の糖水溶液(被処理液W)を逆浸透膜装置3でBrix値40〜50%程度まで一次濃縮し、熱交換器5でこの一次濃縮液W1を加熱し、膜蒸留装置4において80℃、80kPaで濃縮してBrix値74%の二次濃縮液W3を得た。
<Example 1>
Using the concentrating system having the configuration shown in FIG. 1, an aqueous sugar solution (liquid W to be treated) having a Brix value (sugar content) of 7% is primarily concentrated by the reverse osmosis membrane device 3 to a Brix value of about 40 to 50%. The primary concentrated liquid W1 was heated at 5 and concentrated at 80 ° C. and 80 kPa in the
<実施例2>
図1に示す構成を有する濃縮システムを用い、Brix値8%の蜂蜜水溶液(被処理液W)を逆浸透膜装置3でBrix値40〜50%程度まで一次濃縮し、熱交換器5でこの一次濃縮液W1を加熱し、膜蒸留装置4において52℃、80kPaで濃縮してBrix値62%の二次濃縮液W3を得た。この二次濃縮液W3に成分の焦げはなく、褐変着色は認められなかった。
<Example 2>
Using the concentration system having the configuration shown in FIG. 1, an aqueous honey solution (treatment liquid W) having a Brix value of 8% is primarily concentrated by the reverse osmosis membrane device 3 to a Brix value of about 40 to 50%. The primary concentrated liquid W1 was heated and concentrated at 52 ° C. and 80 kPa in the
<比較例1>
図3に示すように逆浸透膜装置21、22、23を3段に連続させた構成を有する濃縮システム20を用い、Brix値7%の糖水溶液(被処理液W)を濃縮したところ、2段目の逆浸透膜装置22で、濃縮液の粘性が高くなりすぎ、濃縮液W5を得ることができなかった。なお、図3中においては図1と同一の構成には同一の符号を付している。
<Comparative Example 1>
As shown in FIG. 3, a sugar aqueous solution (treatment liquid W) having a Brix value of 7% was concentrated using a
<比較例2>
図4に示すように多重効用缶31、32、33を3段に連続させた構成を有する濃縮システム30を用い、Brix値39%の蜂蜜希釈液(被処理液W)を濃縮して濃縮液W6を生成したが、1段目の多重効用缶31の加熱蒸気管の表面温度が高いため、加熱蒸気管付近の糖水溶液が焦げて、褐変着色が起き、品質劣化が起きた。なお、図4中においては図1と同一の構成には同一の符号を付している。
<Comparative example 2>
As shown in FIG. 4, using a
<比較例3>
図5に示すように、図1において逆浸透膜装置3を用いずに濃縮システム40を構成し、Brix値7%の糖水溶液(被処理液W)を熱交換器5で加熱し、膜蒸留装置4において80℃、80kPaで濃縮してBrix値35%まで濃縮しようとしたが、液粘性の上昇とともに単位時間当たりの蒸留量が少なくなり、現実的でない大きなサイズの装置でなければ不可能であることが想定できた。
<Comparative Example 3>
As shown in FIG. 5, the concentration system 40 is configured without using the reverse osmosis membrane device 3 in FIG. The
本発明の濃縮システムおよび濃縮方法によれば、果汁、液糖、蜂蜜などの食品関連溶液のように高温での加熱により変質や変性をきたす溶液を、変質や変性させることなく濃縮することができ、食品プロセス溶液の濃縮技術として広く利用することができる。 According to the concentration system and concentration method of the present invention, a solution that is altered or denatured by heating at a high temperature, such as a food-related solution such as fruit juice, liquid sugar, and honey, can be concentrated without being denatured or denatured. It can be widely used as a technology for concentrating food process solutions.
1…濃縮システム
2…原水ライン
3…逆浸透膜装置(一次濃縮手段)
4…膜蒸留装置(二次濃縮手段)
5…熱交換器(加熱手段)
11…疎水性多孔質膜
12…原水室
13…凝縮室
14…減圧装置
15…冷却部
16…濃縮液回収ライン
W…被処理液
W1…一次濃縮液
W2…膜透過水
W3…二次濃縮液
W4…蒸留水
S…蒸気
DESCRIPTION OF
4 ... Membrane distillation device (secondary concentration means)
5 ... Heat exchanger (heating means)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記逆浸透膜により濃縮された一次濃縮液をさらに濃縮して二次濃縮液を得る膜蒸留装置と
を備える濃縮システムであって、
前記膜蒸留装置が、疎水性多孔質膜を挟んで原水部と凝縮部とを備え、
前記凝縮部を減圧状態に維持し、かつ前記凝縮部に冷却手段を備え、
加熱された一次濃縮液を前記膜蒸留装置の記原水部に導入し、前記一次濃縮液の蒸気を前記疎水性多孔質膜に透過させることで、該一次濃縮液を濃縮して二次濃縮液を生成するものであることを特徴とする濃縮システム。 A reverse osmosis membrane device that primarily concentrates a liquid to be treated, which is a food-related solution of fruit juice, liquid sugar, or honey ;
A membrane distillation apparatus that further concentrates the primary concentrate concentrated by the reverse osmosis membrane to obtain a secondary concentrate,
The membrane distillation apparatus comprises a raw water part and a condensing part across a hydrophobic porous membrane,
Maintaining the condensing part in a decompressed state, and providing the condensing part with cooling means;
The heated primary concentrated liquid is introduced into the raw water section of the membrane distillation apparatus, and the primary concentrated liquid is concentrated by allowing the vapor of the primary concentrated liquid to permeate the hydrophobic porous membrane. A concentrating system characterized in that
前記一次濃縮工程で得られた一次濃縮液を膜蒸留装置によりさらに濃縮する二次濃縮工程と
を有する濃縮方法であって、
前記膜蒸留装置が、疎水性多孔質膜を挟んで原水部と凝縮部とを備え、前記凝縮部を減圧状態に維持し、かつ前記凝縮部に冷却手段を備えるものであり、
前記二次濃縮工程が、加熱された一次濃縮液を前記膜蒸留装置の前記原水部に導入し、該一次濃縮液の蒸気を前記疎水性多孔質膜に透過させることで、該一次濃縮液を濃縮して二次濃縮液を生成することを特徴とする濃縮方法。 A primary concentration step of concentrating a liquid to be treated which is a food-related solution of fruit juice, liquid sugar or honey with a reverse osmosis membrane device;
A secondary concentration step of further concentrating the primary concentrate obtained in the primary concentration step with a membrane distillation apparatus,
The membrane distillation apparatus comprises a raw water part and a condensing part across a hydrophobic porous membrane, maintains the condensing part in a reduced pressure state, and comprises a cooling means in the condensing part,
In the secondary concentration step, the heated primary concentrate is introduced into the raw water part of the membrane distillation apparatus, and the primary concentrated solution is allowed to pass through the hydrophobic porous membrane by passing the vapor of the primary concentrate through the hydrophobic porous membrane. A concentration method comprising producing a secondary concentrate by concentration.
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