KR970006318B1 - Freeze concentration system and method - Google Patents
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Abstract
내용없음.None.
Description
제1도는 본 발명에 관한 2단계 역류 동결 농축 시스템의 한 실시예의 배치도.1 is a layout view of one embodiment of a two stage countercurrent freeze concentration system in accordance with the present invention.
제2도는 제1도 동결 농축 시스템의 제1단계 경사 칼럼의 단면도.2 is a cross-sectional view of the first stage gradient column of the FIG. 1 freeze concentration system.
제3도는 제2도 3-3선 단면 평면도.3 is a cross-sectional plan view taken along line 3-3 of FIG.
제4도는 본 발명에 관한 2단계 역류 동결 농축 시스템의 다른 실시예의 부분 단면 배치도.4 is a partial cross-sectional view of another embodiment of a two stage countercurrent freeze concentration system in accordance with the present invention.
제5도는 본 발명의 원리를 구체화한 단일 단계 동결 농축 시스템의 부분 단면 배치도.5 is a partial cross-sectional view of a single stage freeze concentration system embodying the principles of the present invention.
제6도는 본 발명의 경사 칼럼에 대한 다른 실시예의 단면도.6 is a cross-sectional view of another embodiment of a gradient column of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 제1농축 단계 12 : 제2농축 단계10: first concentration step 12: second concentration step
14 : 급송액 재순환회로 16 : 중간 농축액 재순환회로14: feed solution recycle circuit 16: intermediate concentrate recycle circuit
18 : 농축액 재순환회로 20 : 제1단계 경사 칼럼18: concentrate recirculation circuit 20: first step gradient column
21, 23 : 결정기 22 : 제2단계 경사 칼럼21, 23: determinant 22: second stage of inclined column
24 : 직렬필터 25 : 세척 칼럼24
26 : 급송 탱크 27, 29 : 냉각 유니트26:
28 : 서어지 탱크 30 : 가열 유니트28: surge tank 30: heating unit
40 : 원통형 셀 41 : 필터 스크린40: cylindrical cell 41: filter screen
44 : 스크레이퍼 날 45, 50 : 회전축44:
46 : 얼음층(빙정층) 47 : 회전원판46: ice layer (ice layer) 47: rotating disc
60 : 제1단계 경사 칼럼(20)과 세척 칼럼(25)이 결합된 단일 유니트(2단계 시스템)60: single unit (two stage system) in which the first
71 : 경사 칼럼(20)과 세척 칼럼(25)이 결합된 단일 유니트(1단계 시스템)71: single unit (stage system) in which the
81 : 원통형 셀 82 : 원통형 필터81: cylindrical cell 82: cylindrical filter
본 발명은 수용액의 동결 농축을 위한 연속적 역류 시스템과 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 과일쥬스, 커피와 냉수에 녹일 수 있는 차 엑스(Extracts), 우유, 포도주, 맥주, 식초 등과 같은 식용할 수 있는 수용액의 동결 농축에 관한 것으로, 동결 농축 중에 형성된 빙정(얼음 결정) 주위의 점성을 줄이기 위해 빙정에 덮인 액체의 제거를 용이하게 하고 시스템내의 빙정의 성장을 촉진시키는 진보된 시스템과 방법을 사용하는 것이다.The present invention relates to a continuous countercurrent system and method for freeze concentration of aqueous solutions. More specifically, the present invention relates to freeze concentration of edible aqueous solutions such as fruit juices, extracts that can be dissolved in coffee and cold water, milk, wine, beer, vinegar, and the like. Ice crystals) use advanced systems and methods that facilitate the removal of liquids covered by ice crystals and promote the growth of ice crystals in the system.
동결 농축 공정은, 그것이 순수한 물의 빙정을 만들어 더욱 농축된 액체로 만들기 때문에, 수용액을 그 동결점까지 냉각하여 형성된 빙정은 용해된 용질을 배제한다는 원리에 기초한 것이다. 동결 농축은 많은 상업적 수단에 이용되고 있는데, 바닷물의 탈염(Desalination)산업 폐기물의 처리와 기타 순수한 물의 생산등과 같은 공정의 산물로서 빙정의 회수가 요구되는 것들과, 묽은 용액의 농축을 증진시켜, 커피나 차 엑스, 감귤류 쥬스, 과일쥬스, 우유, 포도주, 맥주, 식초 등과 같은 식용품이 든 용액이나 현탁액을 농축하는 것과 같은 공정의 산물로서 빙정으로부터 농축된 액체를 회수하는 것이 요구되는 것들 양쪽 모두이다.The freeze-concentration process is based on the principle that ice crystals formed by cooling an aqueous solution to its freezing point exclude dissolved solutes, since they make ice crystals of pure water into a more concentrated liquid. Freeze concentrations are used in many commercial means, such as those that require the recovery of ice crystals as a product of processes such as seawater desalination, industrial waste treatment and other pure water production. As a product of a process such as concentrating a solution or suspension containing food products such as coffee or tea extracts, citrus juices, fruit juices, milk, wine, beer, vinegar, etc., both of which require the recovery of the concentrated liquid from the ice crystals. to be.
요구되는 산물이 빙정인가 농축된 액체인가를 불구하고, 동결 농축은 기본적으로, 물이 빙정의 형태로 모두 얼때까지의 냉각, 그렇게 형성된 빙정을 그 결과로 농축된 액체로부터의 분리, 결정에 덮인 액체의 제거, 시스템에서 빙정의 배출 단계를 포함한다. 연속적인 동결 농축 공정에서는, 농축될 용액은 여러 사이클이나 단계를 거치면서 점점 더 농축되어지고, 농축이 요구되는 정도에 이를때까지 계속된다. 빙정이 점진적으로 더욱 농축된 용액으로 만들기 때문에, 더욱 농축된 용액은 더욱 점성을 가지므로 빙정으로부터 제거하는 것은 더욱 어렵다. 더구나 빙정의 성장율은 그를 둘러싼 액체의 농축도에 반비례하는 관계에 있고, 그래서 액체의 농축도가 비교적 높을때 산출된 빙정은 비교적 작다. 이는 빙정으로부터 액체를 제거하는 어려움을 더욱 가중시키는데, 그것은 큰 결정보다 작은 결정에 덮인 액체를 제거하기가 더 어렵기 때문이다.Although the required product is an ice crystal or a concentrated liquid, freeze concentration basically consists of cooling until the water is all frozen in the form of ice crystals, separating the ice crystals thus formed from the concentrated liquid as a result, liquid covered with crystals. Removal of the ice crystals from the system. In a continuous freeze concentration process, the solution to be concentrated becomes more and more concentrated over several cycles or steps, and continues until the concentration is required. Since the ice crystals become progressively more concentrated solutions, the more concentrated solutions are more viscous and therefore more difficult to remove from the ice crystals. Moreover, the growth rate of ice crystals is inversely related to the concentration of the liquid surrounding them, so that the ice crystals produced are relatively small when the liquid concentration is relatively high. This adds to the difficulty of removing the liquid from the ice crystal, since it is more difficult to remove the liquid covered by the smaller crystals than the larger crystals.
빙정에 부착한 액체의 제거는 모든 냉동 농축 공정의 효과적인 실시에 있어 결정적인 단계이다. 일반적으로 얼음 결정에 부착한 액체를 제거하는 효과적 수단은, 빙정의 충전층을 물로 씻어 빙정에 덮인 액체를 제거하는 세척 칼럼(column)이다. 세척 칼럼의 효율은 부착한 액체의 점도에 반비례하고, 유효결정직경의 제곱에 정비례한다. 그래서 결정에서 덮인 액체의 제거를 용이하게 하기 위하여 빙정을 둘러싼 액체의 점도를 낮추는 것이 바람직하다. 이를 이루기 위하여 지금까지 사용되어 왔던 한가지 공정은, 빙정이 형성되는 결정기(crystallizer)와 빙정이 정제되는 세척 칼럼간에 농축될 용액을 도입하여 시스템내에 용액과 얼음 결정의 역류 유동을 발생시키는 것이다.Removal of liquids adhering to ice crystals is a critical step in the effective implementation of all freeze concentration processes. In general, an effective means of removing the liquid attached to the ice crystals is a washing column in which the packed layer of ice crystals is washed with water to remove the liquid covered by the ice crystals. The efficiency of the washing column is inversely proportional to the viscosity of the liquid attached and is directly proportional to the square of the effective crystal diameter. It is therefore desirable to lower the viscosity of the liquid surrounding the ice crystals in order to facilitate the removal of the covered liquid from the crystals. One process that has been used so far to achieve this is to introduce a solution to be concentrated between the crystallizer where the ice crystals are formed and the wash column where the ice crystals are purified to generate a countercurrent flow of solution and ice crystals in the system.
종래의 기술에는 이러한 동결 농축 시스템 내의 액체와 빙정의 역류유동에 속하는 발표들이 많이 있다. 예를들면, 1973년 9월, 영국 셀던 파크, 세계 식품과학기술동맹(International Union of Food Science and Technology)에서의 탈수와 예비농축에 있어서의 발전에 관한 심포지움에서 발표된 티센(Thijssen), H.A.C의 논문 동결 농축에서는, 동결 농축 시스템에서 액체와 빙정의 역류유동의 원칙을 발표하고 결정기와 세척 칼럼간의 유체급송을 채택함으로서 얻어지는 이점을 기술하고 있다. 비슷한 것으로, 미국 특허번호 2,540,977(아놀드·Arnold), 3,402,047(샤울·Shaul), 3,681,932(휴버·Huber 등), 4,338,109와 4,332,140(티쎈·Thijssen 등), 4,406,679(로벨·Wrobel 등) 4,557,741(반펠트·Van Pelt)가 있으며, 이들 각각은 빙점과 액체의 역류유동에 관한 몇가지 변형이 이용되는 동결냉동공정을 발표하고 있다. 그러나 이들 종래 시스템들과 공정들 각자는 상업적 실시에 있어 그들 효율과 능률에 불리하게 영향을 미치는 하나 또는 그 이상의 불이익을 감수하고 있다.There are many publications in the prior art that belong to the countercurrent flow of liquid and ice crystals in such freeze concentration systems. For example, in September 1973, Thyssen, HAC, presented at a symposium on developments in dehydration and preconcentration at the International Union of Food Science and Technology, Sheldon Park, UK. In the paper Freeze Concentration, the principle of countercurrent flow of liquid and ice crystals in a freeze condensation system is presented and the benefits obtained by adopting fluid feeding between the crystallization and the washing column are described. Similarly, U.S. Pat.Nos. 2,540,977 (Arnold), 3,402,047 (Shaul), 3,681,932 (Huber et al.), 4,338,109 and 4,332,140 (Tieb Thijssen et al.), 4,406,679 (Robel Wrobel et al.) 4,557,741 (Banfel) Van Pelt), each of whom announces a freeze-freezing process that uses several variations of freezing point and countercurrent flow of liquids. However, each of these conventional systems and processes suffers one or more disadvantages in commercial practice that adversely affect their efficiency and efficiency.
본 발명은, 시스템내에서 형성된 빙정 주위의 점성을 효과적으로 감소시켜서, 그에 의해 빙정 표면에 덮인 액체의 제거를 용이하게 하고 빙정의 성장율을 촉진하는 연속적 역류 동결 농축 시스템과 방법을 제공한다. 본 발명에 있어서, 농축된 수용액은 하나 또는 그 이상의 농축 단계를 거치며, 각 농축 단계는 경사 칼럼과 결합된 결정기와, 경사 칼럼으로부터 배출된 액체가 결정기를 거쳐 순환하여 경사 칼럼으로 되돌아가는 액체 재순환회로를 가진다. 얼음은 각 단계에 있는 결정기에서 액체로부터 결정화되고 그에 의해 액체의 농축은 증가하며, 각 단계에서 형성된 얼음은 그 단계의 경사 칼럼으로 안내되어 농축될 액체의 유동에 반대방향으로 이동한다. 그래서 각 단계의 결정기에서 산출된 빙정은 액체로부터 분리되어 각 단계의 경사 칼럼내에서 다공성 이동층의 빙정덩어리로 형성된다. 얼음층내의 결정 표면에 덮인 액체는 더 묽은 액체의 역류 유동에 의해 대체된다. 더 묽은 액체로 덮인 빙정은, 얼음층에서 배출되어 앞 단계의 결정기 혹은 세척 칼럼에서 순환된 더 묽은 액체로 옮겨진다. 본 발명이 단일 또는 다수 단계의 시스템으로 실시될 수 있지만, 통상 2단계 시스템으로 실시하는 것이 채택되어진다.The present invention provides a continuous countercurrent freeze concentration system and method that effectively reduces the viscosity around the ice crystals formed in the system, thereby facilitating removal of liquid covered on the ice crystal surface and promoting the growth rate of the ice crystals. In the present invention, the concentrated aqueous solution is subjected to one or more concentration steps, each concentration step is a liquid recycling circuit in which the crystals combined with the gradient column and the liquid discharged from the gradient column circulate through the crystal phase and return to the gradient column Has The ice crystallizes from the liquid in the crystallizer at each stage, whereby the concentration of the liquid is increased, and the ice formed at each stage is directed to the gradient column of that stage and moved in the opposite direction to the flow of liquid to be concentrated. Thus, the ice crystals produced in the crystallizers of each stage are separated from the liquid and formed into ice crystal masses of the porous moving bed in the gradient column of each stage. The liquid covered by the crystal surface in the ice layer is replaced by the countercurrent flow of the thinner liquid. Ice crystals covered with thinner liquid are discharged from the ice layer and transferred to the thinner liquid circulated in the previous crystallite or wash column. Although the present invention may be practiced in single or multiple stage systems, implementation in conventional two stage systems is employed.
채택된 2단계 시스템은, 두개의 농축 단계를 이용하며, 두개의 경사 칼럼(그들 각각에서 다공성 이동층의 빙정 덩어리가 형성된다)과 각 경사 칼럼에 연결된 결정기와 단일의 세척 칼럼을 가진다. 액체 재순환회로들은, 액체를 각 농축 단계의 결정기를 두루 순환시키고 또한 제1단계와 세척 칼럼간을 순환시키기 위하여 마련된다. 전형적으로 약 2∼20%의 고형물 농도를 가진 급송 액체 즉 농축될 수용액은, 제1농축 단계에서 중간 농도의 액체(즉 10∼30% 고형물)를 산출하도록 농축되며 그리고 제2농축 단계에서는 농축액 즉 중액(Heavy Liguid)(36∼50% 고형물)을 산출하도록 농축된다. 중액 부분은 제2농축 단계에서 산물로서 배출된다.The adopted two-stage system utilizes two concentration stages, with two gradient columns (each of which forms ice crystal masses of porous moving bed) and a crystallization column and a single wash column connected to each gradient column. Liquid recirculation circuits are provided to circulate the liquid through the crystallites of each concentration stage and also to circulate between the first stage and the washing column. Typically the feeding liquid having a solid concentration of about 2-20%, i.e. the aqueous solution to be concentrated, is concentrated to yield a medium concentration of liquid (i.e. 10-30% solids) in the first concentration step and in the second concentration step Concentrate to yield Heavy Liguid (36-50% solids). The heavy liquid portion is discharged as a product in the second concentration step.
빙정은 각 단계에 연결된 결정기에서 만들어진다. 제2단계에서 만들어진 얼음은 농축액 즉 중액으로 덮여 있다.Ice crystals are made in crystallizers connected to each stage. The ice produced in the second stage is covered with concentrated liquid or heavy liquid.
중액내의 이 얼음 슬러리(Slury)는 제2단계 경사 칼럼으로 안내되고, 그리하여 슬러리중의 얼음부분은 다공성 빙정덩어리층으로 형성되어, 경사 칼럼을 거쳐 중간 농축액의 유동에 역류하여 올라가며 중간농축액은 제1단계 경사 칼럼에서 여과하여 얻어진 것으로 얼음층에 스며들어간다. 제2단계 경사 칼럼 내 얼음층의 빙정표면에 부착한 중액은, 얼음층이 칼럼을 거쳐 올라갈때 중간농축액의 역류유동에 의해 대체된다. 슬러리의 액체부분은 제2단계 결정기로 되돌아가고, 반면에 중액이 대체된 얼음은 제2단계 경사 칼럼내의 얼음층에서 분리되어 중간농축액으로 이동된다. 이 슬러리는 제1단계 결정기로 안내되어 거기서 추가의 얼음이 형성된다. 제1단계 결정기에서 산출된 얼음과 중간농축액의 슬러리는 제1경사 칼럼으로 안내된다. 중간농축액으로 덮인 이 슬러리의 얼음 부분은 제1단계 경사칼럼을 통과하여 급송농축액의 유동에 역류하여 올라가는 침투성 빙정덩어리층으로 형성된다. 제1단계 경사 칼럼으로 안내된 슬러리의 액체부분은 얼음과 분리되어 제2단계 경사칼럼으로 안내되며, 거기서 얼음층의 빙정에 덮인 중액의 치환과 빙정을 얼음층으로부터 제1단계 결정기로 이동시키는 데에 사용된다. 제1단계 경사 칼럼에서, 빙정에 덮인 중간농축액은 급송농축액의 역류유동으로 대체된다. 중간농축액이 급송농축액으로 대체된 빙정은, 얼음층에서 분리되어 세척 칼럼에 안내되는 급송농축액으로 이동되며, 거기서 층압측과 성장기간이 수반되고, 덮인 급송농축액은 깨끗한 물로 얼음에서 대체되며, 그후 급송농축액은 제1단계 경사 칼럼으로 재순환된다.This ice slurry in the heavy liquid is guided to a second stage gradient column, whereby the ice portion of the slurry is formed into a porous ice crystal mass, which rises countercurrent to the flow of the intermediate concentrate through the gradient column and the intermediate concentrate is first Filtration in a step gradient column permeates the ice bed. The heavy liquid adhering to the ice crystal surface of the ice layer in the second stage gradient column is replaced by the countercurrent flow of the intermediate concentrate as the ice layer rises through the column. The liquid portion of the slurry is returned to the second stage crystallizer, while the ice replaced with the heavy liquid is separated from the ice layer in the second stage gradient column and transferred to the intermediate concentrate. This slurry is directed to the first stage determinant where additional ice is formed. The slurry of ice and intermediate concentrate from the first stage crystallizer is directed to the first slope column. The ice portion of the slurry, covered with the intermediate concentrate, is formed as a layer of permeable ice crystal mass which flows back through the first stage gradient column and flows back to the flow of the feed concentrate. The liquid portion of the slurry guided to the first stage gradient column is separated from the ice and guided to the second stage gradient column, where it is used to displace the heavy liquid covered by the ice crystals of the ice layer and to transfer the ice crystals from the ice layer to the first stage crystallizer. do. In the first stage gradient column, the intermediate concentrate covered with ice crystals is replaced by the countercurrent flow of the feed concentrate. Ice crystals in which the intermediate concentrate is replaced by the feed concentrate are transferred to the feed concentrate, which is separated from the ice layer and guided to the washing column, where the bed pressure and growth period are involved, and the covered feed concentrate is replaced by ice with clean water, and then the feed concentrate Is recycled to the first stage gradient column.
본 발명은, 산물로서 농축된 원액을 회수하기 위하여 묽은 용액의 농축의 증대가 요구되는 동결 농축공정에 특히 적합하다. 즉 과일쥬스, 커피와 냉수에 녹을 수 있는 차 엑스, 우유, 맥주, 포도주, 식초 등의 농축과 같은 것이다. 역시 본 발명은 산물로서 순수물의 회수가 요구되는 동결 농축 공정에도 적합하다. 즉 바닷물의 탈염, 산업폐기물의 정화등과 같은 것이다.The present invention is particularly suitable for a freeze-concentration process in which an increase in concentration of the dilute solution is required to recover the concentrated stock solution as a product. In other words, fruit juice, tea extracts that can be dissolved in coffee and cold water, milk, beer, wine, vinegar and concentrate. The invention is also suitable for a freeze-concentration process that requires the recovery of pure water as a product. That is, desalination of seawater and purification of industrial wastes.
본 발명의 동결 농축 시스템과 방법은 종래 기술의 시스템과 방법을 능가하는 주목할만한 이점들을 제공한다. 본 발명은 빙정에서의 중(Heavy)농축액과 중간농축액의 효율적 치환을 제공하고, 짧은 주기내에 비교적 큰 빙정의 성장을 촉진시킨다. 결정 성장에 요구되는 기간은 급송 농축에서 결정성장이 일어나기 때문에 결과적으로 감소된다. 빙정이 비교적 크기 때문에 세척 칼럼의 큰 용량으로 얼음의 효율적 세척을 촉진하며, 결국 시스템내의 용질의 손실을 훨씬 줄이게 된다.The freeze concentration system and method of the present invention provide notable advantages over prior art systems and methods. The present invention provides efficient substitution of heavy and intermediate concentrates in ice crystals and promotes the growth of relatively large ice crystals in a short period of time. The period required for crystal growth is consequently reduced because crystal growth occurs in rapid concentration. Because of the relatively large ice crystals, the large capacity of the wash column facilitates efficient washing of the ice, which in turn reduces much solute loss in the system.
제1도는 두개의 농축 단계를 갖는 본 발명의 역류 동결 농축 시스템을 도식으로 설명한 것으로, 두 농축 단계는 10과 12로서 포괄적으로 표시되어 있으며 이들 모두는 경사 칼럼과 결정기를 가진다. 본 발명은, 요구 농도를 얻기 위해 필요하거나 타당하다면 단일의 농축 단계만으로나 그 이상의 농축 단계로서 이용될 수도 있다는 것을 알 수 있다. 농축될 수용액(혹은 그로부터 물을 회수하는 경우)은 A에서 시스템으로 들어가서, 세개의 재순환회로에 의하여 시스템을 두루 순환한다. 여기서 세개의 재순환회로는, 곧 제1농축 단계(10)과 세척 칼럼(25) 사이에서 급송농축액을 순환시키는 급송액 재순환회로(14)와, 액체를 제1농축 단계의 결정기 주위로 순환시키는 중간농축액 재순환회로(16)과, 농축액 즉 중액을 제2농축 단계의 결정기 주위로 순환시키는 농축액 재순환회로(18)이다.Figure 1 schematically illustrates the countercurrent freeze concentration system of the present invention with two concentration steps, both of which are represented generically as 10 and 12, both with gradient columns and crystallizers. It will be appreciated that the present invention may be used with only a single concentration step or as a further concentration step if necessary or justified to achieve the required concentration. The aqueous solution to be concentrated (or recovering water therefrom) enters the system at A and is circulated throughout the system by three recycle circuits. The three recirculation circuits here comprise a feed solution recycling circuit 14 which circulates the feed concentrate between the
제1농축 단계(10)은, 중간농축액에서 얼음 슬러리를 만드는 결정기(21)과, 결정기(21)에서 만들어진 중간 농축액 슬러리가 양수되어 들어가는 제1단계 경사 칼럼(20)을 가진다. 제1단계 경사 칼럼(20)에서, 슬러리의 얼음부분은 액체와 분리되고, 빙정은 침투성 빙정덩어리층으로 성형된다. 빙정에 덮인 중간농축액은, 급송액 재순환회로(14)로부터 도입된 급송액 역류 유동에 의해 대체되고, 얼음은 침투성 층으로부터 배출되어 세척 칼럼(25)으로의 도입을 위해 재순환회로(14)내에서 순환하고 있는 급송액으로 이동된다. 제2농축 단계는, 농축액 즉 중액에서 얼음 슬러리를 만드는 결정기(23)과, 결정기(23)에서 만들어진 중액 슬러리가 공급되는 제2단계 경사 칼럼(22)를 가진다. 제2단계 경사 칼럼(22)에서, 슬러리의 얼음부분은 중액에서 분리되고, 빙정은 침투성 빙정덩어리층으로 형성된다. 빙정에 덮인 중액은, 중간농축액 재순환회로(16)으로부터 공급된 중간농축액의 역류 유동에 의해 벗겨지고 또한 그것으로 대체된다. 중간농축액으로 덮인 빙정은, 침투성층에서 배출되어 재순환회로(16)내에서 순환하고 있는 중간농축액으로 이동되고 또한 제1단계 결정기(21)로 운반된다.The
제2단계 경사 칼럼(22)로부터 배출된 중액부분은 재순환회로(18)로 들어가서 제2단계 결정기(23)을 거치고 칼럼(22)로 다시 도입된다. 직렬 필터(In-line Filter)(24)는 B에서 시스템으로부터 농축액 부분을 배출하기 위하여 결정기(23)에 마련된 하류(Downstream)이다.The heavy liquid portion discharged from the second
결정기(21)과 (23)은 모두 통상의 긁어내기식 열교환기(scraped surface heat exchangers)로서 구성되며, 열교환기는 그를 통과하는 액체의 효율적인 냉각을 위하여 외부자켓(Jacket)을 거쳐 냉매를 통과시키기 위한 장치(도시않음)를 수반한다. 결정기를 지나가는 액체로부터 소정량의 빙정을 얼리기 위하여 충분한 냉매가 자켓을 거쳐 순환된다. 예를들면, 제2단계 결정기(23)은 재순환회로(18)에 있는 액체를 냉각시켜서 충분한 얼음을 얼려내어 그곳을 지나가는 액체의 고형물 농도를 약 36∼50% 사이, 바람직하게는 40∼50%까지 높인다. 제1단계 결정기(21)은 재순환회로(16)에 있는 액체를 냉각하여 액체의 고형물 농도를 약 10∼30% 사이, 바람직하게는 20∼25% 사이까지 높이기 위해 충분한 얼음을 얼려낸다. 원한다면, 여러개의 직렬 혹은 병렬로 연결된 통상의 긁어내기식 열교환기를 제1 및 제2농축 단계 어느 하나나 모두에 제1도에 나타난 단일 결정기(21)과 (23) 대신에 사용할 수 있다. 원하는 범위까지 액체를 냉각시킬 수 있는 다른 형식의 결정기나 냉각장치를 사용하여도 좋다.Determiners 21 and 23 are both configured as conventional scraped surface heat exchangers, where the heat exchanger is adapted to pass refrigerant through an outer jacket for efficient cooling of the liquid therethrough. Accompanied by an apparatus (not shown). Sufficient refrigerant is circulated through the jacket to freeze a predetermined amount of ice crystal from the liquid passing through the crystallizer. For example, the
농축될 수용액 즉 고형물 함량이 약 2∼20% 사이인 수용액은, A에서 급송탱크(26)으로 공급되고, 급송탱크(26)에서 급송액이 최초로 냉각되는 냉각 유니트(27)을 거쳐서 서어지 탱크(28)로 양수되며, 서어지 탱크(28)에서 급송액 재순환회로(14)로 들어가 세척 칼럼에서 분리된 급송액과 결합한다. 결합된 급송액은 냉각 유니트(29)를 거쳐 선(51)로 이동되고, 그 냉각 유니트 내에서 액체는 그 어느점까지 냉각되며, 그리고 제1단계 경사 칼럼(20)의 상부로 도입된다. 냉각유니트(27)과 (29)는 각각 통상의 긁어내기식 열교환기로 구성될 수 있으며, 그들은 요구범위까지 액체를 냉각시키기 위하여 외부 자켓을 거쳐 냉매를 통과시키기 위한 장치(도시않음)을 수반한다. 물론 급송액을 그 어는점까지 냉각시킬 수 있는 다른 적절한 냉각 장치를 사용하여도 좋다.An aqueous solution to be concentrated, that is, an aqueous solution having a solids content of about 2 to 20%, is supplied to the
경사 칼럼(20)으로 도입된 대부분의 급송액은 급송액 재순환회로(14)에 남는다. 즉, 급송액은 유입선(51)로부터 칼럼(20)의 상부를 거쳐 배출선(52)와 세척 칼럼(25)로 옮겨가며, 칼럼(20)내의 침투성 얼음층에서 배출된 얼음을 세척 칼럼으로 이동시키는 역할을 한다. 경사 칼럼(20)으로 도입된 소부분의 급송액(농축액과, 시스템으로부터 B와 C 각각에서 회수한 세척된 얼음의 양에 상당하는 것)은 경사 칼럼내에서 올라오는 침투성 빙정덩어리층에 역류하여 아래로 통과해간다. 여기서의 빙정덩어리층은 제1단계 결정기(21)에서 산출된 중간농축액의 얼음 슬러리로부터 경사 칼럼(20)내에서 형성된 것이다. 그리하여 중간농축액과 얼음(제1 및 제2단계 결정기(21)과 (23) 모두에서 나온)의 슬러리는, 이는 전형적으로 약 25% 미만의 얼음중량을 가지며, 선(42)를 거쳐 경사 칼럼(20)의 바닥으로 도입된다. 이 슬러리의 액체부분은 얼음 부분과 분리되어 선(43)을 통해 경사 칼럼(20)으로부터 배출된다. 슬러리의 얼음부분은, 중간농축액으로 덮여 있고, 느슨하게 압축된 침투성 얼음층으로 형성되어 칼럼(20)내에서 상승한다. 급송액의 역류 유동이 상승하는 얼음층을 통과하면서 빙정에 덮인 더 점착성이 있는 중간농축액을 벗기고 대신 대체된다. 빙점에 덮인 중간농축액을 급송액으로 교체하는 것은 경사 칼럼(20)내의 아래부분의 얼음층, 전형적으로 얼음층의 아래쪽 3분의 1에서 이루어지며, 그럼으로써 급송액내의 빙정을 얼음층내의 실질부분 이상으로 상당한 성장이 가능하게 한다. 얼음층이 칼럼을 통과하여 올라가기 때문에, 급송액으로 덮인 빙정은 긁거나 자르는 등과 같은 것에 의해 얼음층 상부로부터 분리되어, 재순환회로(14)에서 순환하고 있는 급송액 부분으로 이동되며, 이 재순환회로는 그 결과로 생긴 급송액 내의 얼음 슬러리를 칼럼(20)에서 세척 칼럼으로 이동시킨다.Most of the feed liquid introduced into the
칼럼(20)내에서 침투성 얼음층을 통과하여 스며나온 급송액 부분과 얼음층에서 벗겨진 중간농축액은, 칼럼(20)의 바닥으로 도입된 슬러리로부터 분리한 중간농축액부분과 결합하여, 재순환회로(16)으로 들어가서 제1단계 경사 칼럼(20)으로부터 선(43)을 거쳐 제2경사 칼럼(22)의 상부로 이동된다. 선(42)에서 도입된 슬러리로부터 분리된 중간농축액의 농도는 급송액의 잔류 부분과 섞임에 의해 약간 감소된다. 그러나, 얼음층의 다공성을 조절함으로서, 이후에서 논의되는 바와같이 얼음층을 통과하는 급송액의 양은 선(42)에서 도입되는 중간농축액의 농도를 기껏해야 약 4%, 바람직하게는 1∼3%(절대 기준) 사이까지만 감소시킨다. 선(43)을 거쳐 제2단계 경사 칼럼(22)로 도입되는 결합된 액체 흐름은 여전히 중간 농도를 가진 것이다.The feed liquid portion that penetrated through the permeable ice layer in the
제2단계 경사 칼럼(22)의 기능과 작동은, 상승하는 침투성 얼음층내의 빙점에 덮인 중액을 벗겨내고 대체하는데에 중간농축액이 사용된다는 것을 제외하고는, 상기 제1단계 칼럼(20)과 동일하다. 그래서 칼럼(22)로 도입된 대부분의 중간농축액은 재순환회로(16)에 남아서, 유입선(43)에서부터 칼럼(22)의 상부를 가로질러 선(54)를 통하여 결정기(21)과 제1단계 경사 칼럼(20)으로 옮겨지며, 얼음을 제2단계 경사 칼럼(22)로부터 제1단계 칼럼으로 이동시키는 역할을 한다. 칼럼(22)로 도입된 대부분의 중간농축액(B에서 시스템으로부터 회수한 농축액의 양 및 칼럼(22)로 도입된 얼음의 양과 동일함)은, 제2단계 결정기(23)에서 만들어진 중액내의 얼음 슬러리로부터 경사 칼럼(22)에서 형성된 침투성 빙정덩어리층의 상승에 역류하여 칼럼(22)내에서 아래로 통과한다. 중액과 얼음의 슬러리는, 전형적으로 얼음 중량이 25% 미만으로서, 결정기(23)에서 만들어져 선(53)을 거쳐 제2단계 칼럼(22)의 바닥으로 도입된다. 이 슬러리의 중액부분은 얼음부분과 분리되어 선(55)을 통해 칼럼(22)로부터 배출된다. 슬러리의 얼음부분은, 중액으로 덮여 있고, 칼럼을 통과하여 상승하는 침투성 얼음층으로 형성된다. 상승하는 얼음층을 통과하는 중간농축액의 하향유동은 빙정에 덮여 있는 점성을 가진 중액을 벗겨내고 대신 교체되며, 이 교체는 칼럼의 아래부분에서 일어나고, 그럼으로서 저점도 중간농축액에서의 빙정의 성장을 촉진한다. 침투성 얼음층이 칼럼을 거쳐 올라가기 때문에, 빙정은 중간농축액으로 덮이고, 제2단계 경사 칼럼(22)내의 얼음층 상부에서 분리되어, 재순환회로(16)에서 순환하고 있는 중간농축액 부분으로 이동된다. 그렇게 생긴 슬러리는 칼럼(22)로부터 제1단계 결정기(21)로 이동되고, 거기서 추가의 얼음이 액체로부터 결정화되어 나오고 액체의 농도는 약간 증가하며, 그리고 제1단계 경사 칼럼(20)으로 이동된다. 경사 칼럼(22)내의 침투성 얼음층을 통과하는 중간농축액 부분과, 얼음층으로부터 벗겨진 중액은, 칼럼(22)의 바닥으로 도입된 슬러리로부터 분리한 중액부분과 결합되어 회로(18)로 들어가고, 이는 결정기(23)을 거쳐 순환하여 칼럼(22)로 되돌아간다. 그렇게 중액과 결합되는 중간농축액의 양은, 층의 침투성을 조절함으로서, 중액의 농도를 기껏해야 약 10%, 선(53)내의 슬러리중 얼음부분이 25% 중량비 이하일때는 통상 기껏해야 약 6%(절대기준)까지 감소시키도록 조절된다. 제2단계 결정기(23)를 통하여 순환되는 액체는 액체의 고체함량을 요구하는 정도, 통상 약 36% 내지 50% 사이까지 증가시키기에 충분한 얼음을 결정화하도록 냉각된다. 그리고 농축액내의 얼음 슬러리는 직렬 필터(24)를 통과하고, 거기서 농축액 부분은 산물로서 B에서 시스템으로부터 배출되며, 그리고 슬러리의 남은 부분은 전형적으로 약 10% 내지 25% 중량의 얼음 부분을 가지며, 선(53)을 통해 제2단계 경사 칼럼(22)의 바닥으로 이동된다.The function and operation of the second
선(52)를 통해 제1단계 경사 칼럼의 상부에서 배출된 급송액내의 얼음 슬러리는 세척 칼럼(25)로 도입된다. 세척 칼럼내에서 빙정은, 재순환회로(14)내의 급송액의 재순환에 의하여 압축되고 또한 상승된다. 급송액은 압축된 얼음층을 통과하여 위쪽으로 흐르며, 측면 스크린(31)을 통하여 그 층으로부터 배출되어 선(32)를 거쳐 서어지 탱크(28)로 옮아간다. 세척 칼럼의 아래 부분, 즉 측면 스크린의 액면까지에서는 상당한 빙정의 성장이 일어난다. 압축된 얼음층이 측면 스크린 위로 이동하기 때문에, 얼음에 덮인 급송액은, 선(34)를 통하여 세척 칼럼의 상부로 도입되는 깨끗한 물의 하향 유동에 의해 대체된다. 깨끗한 얼음은 세척 칼럼의 상부로 부상하고, 얼음은 통상의 수단으로 그 층에서 긁어내어져서 선(33)을 거쳐 가열 유니트(30)으로 운반되고 그곳에서 녹여진다. 녹여진 얼음 부분을 세척수로서 이용하기 위해 선(34)에서 세척 칼럼의 상부로 순환된다. 세척에 사용되지 않는 녹은 얼음부분은 C에서 시스템으로부터 배출된다.Ice slurry in the feed liquid discharged from the top of the first stage gradient column via
지금까지 기술한 바와같이, 시스템내의 빙정성장은 제1단계 경사 칼럼의 상부에서 뿐만 아니라 세척 칼럼의 하부에서 상당한 정도로 일어나며, 그래서 크기가 200미크론을 초과할 수 있는 빙정을 만들게 되어 빙정은 겨우 약 0.01% 내지 0.1% 사이의 덮인 고형물이 존재하는 순도를 갖는다.As described so far, ice crystal growth in the system occurs to a significant extent not only at the top of the first stage gradient column but also at the bottom of the wash column, resulting in ice crystals that can exceed 200 microns in size, resulting in only about 0.01 ice crystals. It has a purity in which covered solids are present between% and 0.1%.
본 발명의 시스템은, 밸브, 모터, 펌프 등과 같은 추가의 통상적인 부수장치를 물론 수반하지만, 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 여기서는 나타내지 않았거나 기술하지 않았다.The system of the present invention, of course, entails additional conventional accessory devices such as valves, motors, pumps, and the like, but is not shown or described herein for the sake of clarity.
본 발명에 있어서 이런 통상의 부수장치를 사용하는 것은 이 기술에 숙달된 사람들에게는 이미 명백한 것이다.The use of such conventional accessory devices in the present invention is already apparent to those skilled in the art.
제1단계 경사 칼럼(20)이 제2도에서 더욱 상세히 도시되어 있다. 제2도에서 나타낸 바와 같이, 경사 칼럼(20)은 상부와 바닥이 각각 평판(56)과 (57)에 의하여 막혀 있는 원통형 셸(40)으로 구성되어 있다. 필터 스크린(41)은, 슬러리의 얼음부분을 그 액체부분과 분리시키기 위하여 채용되며, 어떤 적당한 타잎의 것, 예를들면, 철망 스크린, 구멍 뚫린 금속판, 필터천을 지지하는 구멍 뚫린 부재 등과 같은 것이면 된다. 슬러리 부분들의 분리를 용이하게 하기 위하여 필터 스크린은 가급적 크기가 약 0.15mm 내지 0.30mm 사이의 구멍들을 갖는다. 제1단계 결정기(21)에서 산출된 중간농축액내의 빙정 슬러리는, 압력을 가하여 파이프(42)를 통해 양수되어 필터 스크린(41)의 상부표면에 살포되며, 슬러리의 액체부분은 스크린을 통해 아래로 내려가서 제1단계 경사 칼럼(20)으로부터 선(43)을 통하여 운반되어 제2단계 경사 칼럼(22)의 상부로 도입된다. 스크레이퍼 날(44)는 스크린에 비교적 얼음이 없도록 유지시키기 위하여 필터 스크린(41)의 상부 표면 바로 위에서 회전축(45)에 장착된다. 축(45)는 통상의 모터 장치(도시않음)에 의해 회전된다. 스크린(41)의 퇴적된 빙정(중간농축액으로 덮인 것)은, 결정기(21)로부터 양수된 슬러리 내의 새로운 얼음의 계속적인 도입과 회전 스크레이퍼 날(44)의 역할에 의해, 칼럼(20)내에서 상향 이동된다. 회전판(47)은, 그를 관통하여 펼쳐있는 하나 또는 그 이상의 개구부를 가지며, 상부판(56)에 근접하여 칼럼(20)에 가로로 장착되어, 빙정의 상향이동을 억제하고 조절하도록 칼럼의 횡단면을 견고하게 가리고 있다. 칼럼내에서 빙정의 상향 이동에 의해 결정을 덩어리로 성형시키고, 그리하여 덩어리로 된 빙정은 침투층(46)으로 형성되어, 선(42)를 통하여 추가로 도입되는 얼음때문에 칼럼(20)내에서 상승한다. 제3도에서 더욱 구체적으로 나타낸 바와 같이, 원판(47)은 그 하부 표면에 얼음층의 상부에서 얼음을 긁어내거나 자르기 위한 긁거나 자르는 수단, 예를들면 컷팅 엣지(cutting edges)(49) 같은 것을 가지며, 그리하여 얼음층으로부터 연속적으로 얼음을 배출시킨다. 원판(47)은 관통하여 펼쳐진 충분한 크기와 수량의 개구부(48)을 가져 얼음층 상부에서 긁어내어진 얼음이 판을 통과하여 위로 올라오도록 하고, 급송액이 원판을 통과하여 얼음층을 향해 아래로 흐르도록 허용한다. 얼음층을 억제하고 조절하기 위한 다른 적절한 수단이 사용될 수도 있다. 예를들면, 금속판으로서 다수의 개구부를 가지고 그 하부 표면에 컷팅 장치를 부착시킨 것, 혹은 크기가 약 0.2 내지 4cm에 가까운 개구부들을 가진 전개한 금속 스크린원판과 같은 것이 있다. 원판(47)은 축(50)에 장착되며, 축(50)과 원판(47)을 요구속도로 회전시키고 스크레이퍼 날(44)의 회전과 무관하게, 예를들면 다른 속도와/또는 동일 혹은 반대방향으로 회전시키는 통상의 모터 장치에 의해 회전된다.The first
냉각된 급송액은 유입 파이프(51)을 통해 회전 원판(47) 위의 한 곳에서 칼럼(20)으로 배달되고, 상부 평판의 반대쪽 모서리에는 배출 파이프(52)가 마련된다. 파이프(51)을 통해 경사 칼럼(20)으로 도입된 대부분의 급송액은, 원판(47) 위에서 순환하여, 얼음층 상부에서 긁어내어진 얼음 조작들을 파이프선(52)을 통하여 세척칼럼으로 운반하는 역할을 한다. 급송액의 나머지 부분은 원판(47)에 있는 개구부(48)을 거쳐 상승하는 얼음층에 역류하여 아래로 내려간다. 이 급송액 부분은 침투성 얼음층에 완전히 스며들어 빙정에 덮인 중간농축액을 대체시킨다. 점도가 낮은 급송액에 의해 더 점도가 높은 중간농도액이 대체되는 것은 얼음층의 아랫부분, 전형적으로 층의 아래 3분의 1에서 일어나며, 그에 의해 덮인 급송액에서는 얼음층의 실질부분을 능가하는 상당한 빙정 성장이 촉진된다. 얼음층을 스며나온 급송액은 필터 스크린(41)을 통과하여, 재순환회로(16)에서 경사 칼럼(20)으로 양수된 슬러리에서 분리된 중간농축액 부분과 결합되며, 결합된 액체(여전히 중간 농도임)는 선(43)을 통하여 칼럼(20)에서 배출된다.The cooled feed liquid is delivered to the
얼음층(46)의 압축의 정도는, 빙정에 덮인 중간농축액이 급송농도액으로 효과적으로 대체되는 것을 촉진하기 위하여 억제된다. 즉, 급송액의 역류 유동이 과도한 압력저하 없이 모든 빙정덩어리층을 통과할 수 있기에 충분한 침투성을 가지는 얼음층을 제공하기 위하여 빙정덩어리의 압축 정도가 조절된다. 더 많이 압축된 얼음층은, 그 안에서 층을 통과하는 급송액의 유동이 제한되어, 급송 및 중간농축액의 역혼합을 회피하고 얼음에서 중간농축액을 대체하는 데는 훨씬 효과적이다. 이런 더 압축된 층은, 얼음층을 통과하는 액체유동을 감소시키게 되어 결과적으로 시스템의 용량을 줄이게 되거나, 그렇지 않으면 같은 용량에 대해 큰 압력강하를 요구하게 되기 때문에 일반적으로 바람직하지 못하다. 그러나 얼음층을 통과하는 급송액의 편류를 막거나 최소화하기 위하여 얼음층은 충분히 압축되어야 한다. 급송액의 편류는 급송액과 중간농축액의 바람직하지 못한 역혼합을 일어나게 하여 결과적으로 선(43)내의 중간농축액의 농도를 너무 묽게 만든다. 얼음층은 얼음층을 통과하는 급송액의 양이 시스템으로부터 회수된 농축액과 세척된 얼음의 양에 거의 같아지도록 충분히 압축되어야 하며, 그럼으로서 선(42)를 거쳐 도입되는 중간농축액이 농도가 선(42)내의 슬러리중 얼음부분이 25% 이하일때 많아야 약 4%(절대 기준) 정도 감소된다. 즉 경사칼럼으로부터 선(43)으로 배출된 액체의 농도는, 선(42)에서 경사칼럼으로 도입된 슬러리의 액체반응농도보다 겨우 4% 정도밖에 낮지 아니할 것이다. 만약 층이 충분히 압축하지 아니한다면, 급송액이 층을 편류하여 급송액과 중간농축액의 상당한 역혼합이 일어나며, 이는 얼음에서의 중간농도액 대체에 불리한 영향을 미치고 급송액의 농도를 증가시킨다(그럼으로서 결정 성장의 촉진이 만족스럽지 못하다). 더구나 선(42)내의 중간농축액은 층이 충분히 농축되어 있지 않을때 바람직하지 않은 범위까지 묽어진다. 얼음층의 압축 정도는, 원판(47)의 회전속도를 변화시켜 층에서부터의 얼음 배출율을 변동시킴으로써 바람직하게 조절된다. 그리하여, 원판(43)의 회전속도를 낮추면 얼음층(46)의 상부에서 제거되는 얼음은 적어지고 그래서 층의 압축은 증가하며, 반면에 회전속도를 높이면 얼음배출은 증가하며 층의 압축정도는 낮아진다. 얼음층의 압축을 바라는 정도로 유지하기 위해 요구되는 얼음 배출율은, 컬럼(20)내로의 슬러리 도입율, 슬러리의 얼음함량, 컬럼내로의 급송액도입율, 시스템용량, 얼음층의 크기 등과 같은 요소들에 어느정도 좌우되며, 이는 본 분야의 숙련자에 의해 미리 정해질 수 있다. 예를 들면, 경사칼럼내의 얼음층이 직경에 대한 높이가 약 0.5 : 1 내지 3 : 1 사이 혹은 그 이상의 비율을 가질때 만족할만한 작동효율을 얻을 수 있다.The degree of compression of the
제2단계 경사 칼럼(22)는 제1단계 칼럼(20)의 구조와 비슷하며 칼럼(20)에 관련하여 앞에서 기술한 모든 요소들을 가진다. 제2단계 경사 칼럼(22)는, 2단계 칼럼내에 결정기(23)에서 만들어진 중액으로 덮인 빙정이 침투성 빙정덩어리층으로 형성되며, 빙정을 덮은 중액이 재순환회로(16)내에 순환하고 있는 중간농축액에 의해 벗겨지고 대체된다는 것을 제외하고는, 제1단계 경사칼럼의 기능과 유사하다. 2단계 경사 칼럼(22)내의 얼음층의 압축정도는 앞에서 얼음층(46)에 관하여 기술한 방식으로 조절되지만, 다만 얼음층을 통과하는 중간농축액의 양이 시스템에서 회수되는 농축액의 양에 제2단계 경사칼럼으로 도입되는 얼음의 양을 더한 것과 거의 같게 되도록 얼음층이 압축된다.The second
층압축은, 선(53)내의 슬러리 중 얼음부분이 20% 이하일때 선(53)내의 중액농도가 층을 통과한 중간농축액에 의해 많아야 약 10%(절대기준) 정도 감소하게 하는 정도이다. 제2단계 경사칼럼내에서 얼음층의 상부로부터 제거된 결정은 중간농축액으로 덮여 있고, 재순환회로(16)내에서 순환하는 중간농축액 부분으로 이동되며, 결정기(21)을 거쳐 운반되어 제1경사칼럼(20)의 바닥으로 도입된다.The layer compression is such that when the ice portion of the slurry in the
제4도는 본 발명의 단계 동결 농축 시스템에 대한 다른 실시예을 도시한 것으로 여기에는 제1단계 경사 칼럼(20)과 세척칼럼(25)이 단일의 유니트로서 결합되어 있으며 포괄하여 60으로 표시된다. 다른 모든면에서 제4도에 나타낸 시스템은 제1도에 기술한 것과 유사한 구조 및 작동을 갖는다. 명료하게 하기 위하여 동일한 부품을 나타내는 것은 동일한 부호를 사용한다. 그래서 이 시스템은 두개의 경사칼럼(20)과 (22), 각 경사칼럼에 연결되는 결정기(21)과, (23), 그리고 단일의 세척칼럼(25)를 수반한다.4 illustrates another embodiment of the stage freeze concentration system of the present invention, wherein the first
급송액(2%∼20%고형물)은, 제1단계에서 중간농도(10%∼30%고형물)로, 제2단계에서 중액농도(36%∼50%고형물)로 농축되며, 중액부분은 생산물로서 B에서 회수된다. 제1단계 경사칼럼과 세척칼럼은 단일의 유니트로 결합되지만, 여전히 제1도에서 기술한 바와 같이 동일한 기능, 동일한 방식으로 작용한다. 즉 중간농축액과 얼음의 슬러리는 결정기(21)로부터 경사칼럼(20)내의 스크린(41)의 상부 표면으로 양수되고, 그곳에서 슬러리의 얼음부분(중간농축액으로 덮인 것)은 침투성 빙정덩어리층으로 형성되어 경사칼럼을 통하여 올라간다. 급송액은, A에서 시스템으로 들어와 냉각 유니트(29)에서 그 어느점까지 냉각되고, 급송액 재순환회로(14)로 들어가서 회전 원판(47)과 세척칼럼(25) 바닥의 중간에 뚫린 곳에서 유니트(60)안으로 도입된다. 제1도에서 묘사된 바와같이, 급송액부분은 얼음층이 상승하기 때문에 침투성 얼음층(46)을 통과하여 아래로 스며나와 얼음에 덮여있는 중간농축액을 대체시킨다. 급송액으로 덮인 빙정은, 원판(47)의 회전에 의해 얼음층(46)의 상부에서 배출되고, 재순환회로(14)내에서 순환하는 급송액으로 이동된다. 그 결과로 생긴 급송액내의 얼음 슬러리는 유니트(60)의 세척칼럼(25)로 운반되어, 그곳에서 빙정은 압축되고 세척칼럼, 서어지 탱크(28)과 경사칼럼(20)간의 급송액 재순환에 의해 상승한다. 급송액은 세척칼럼(25)내에서 압축된 얼음층을 통과하여 위로 흐르고, 측면스크린(31)을 거쳐 배출된다. 깨끗한 얼음은 세척칼럼내에서 얼음층의 상부로부터 긁어내어져 선(33)을 따라 가열 유니트(30)으로 이동되며, 녹은 얼음부분은 C에서 배출된다. 경사칼럼(20)내에서 침투성 얼음층(46)을 통과하여 스며나온 급송액은, 칼럼(20)의 바닥으로 도입된 슬러리에서 분리되는 중간농축액 부분과 결합하여, 선(43)을 거쳐 제2단계 경사 칼럼(22)의 상부로 이동되며, 제1도에 관하여 앞에서 기술한 것과 동일한 방식으로 기능한다.The feeding liquid (2% to 20% solids) is concentrated in the first stage to medium concentrations (10% to 30% solids) and in the second stage to medium liquid concentrations (36% to 50% solids), and the heavy liquid portion is the product. Is recovered from B. The first stage warp column and wash column are combined in a single unit, but still function in the same function, in the same way as described in FIG. That is, the slurry of the intermediate concentrate and the ice is pumped from the
제5도는 본 발명을 구체화하는 단일 단계의 동결 농축시스템을 도시한 것이다. 이 시스템은 제4도의 것과 유사한 것으로 경사칼럼(20)과 세척칼럼(25)가 단일의 유니트로 결합(포괄하여 71로 표시된 것) 되어 있다. 그러나 하나의 농축단계 즉 경사칼럼(20)과 관련 결정기(21)만을 가지도록 수정되어 있다. 제1도의 요소들과 동종인 제5도의 요소들은 같은 부호가 주어진다. 제5도의 경사칼럼(20)과 세척칼럼(25)의 구조와 기능은 제4도에서 나타낸 것들과 동일하다. 유니트(71)의 바닥에 인접한 필터 스크린(41)을 통하여 걸러진 액체는 선(74)를 거쳐 하나 또는 그 이상의 직렬 또는 병렬로 연결된 긁어내기식 열교환기로 운반되며, 열교환기는 액체를 냉각하여 농축액, 예를들면 고형물 함량이 적어도 36%인 것내에서 얼음 슬러리를 만들 수 있기에 충분한 얼음을 얼려낸다. 그 결과 만들어진 슬러리는 직렬 필터(24)를 거쳐 B에서 농축액 부분을 시스템에서 배출한다. 남은 슬러리는 선(42)를 거쳐 경사칼럼(20)의 바닥으로 도입되고, 슬러리의 얼음부분은 침투성 빙정덩어리층으로 성형되어 경사칼럼을 통하여 올라가며, 그 안에서 얼음에 덮인 농축액은 선(51)을 통해 회전 원판(47)과 세척칼럼(25) 바닥 중간의 위치에서 유니트(71)로 도입되는 냉각된 급송액으로 대체된다. 급송액으로 덮인 빙정은 원판(47)에 의해 얼음층(46)의 상부로부터 분리되어 원판을 거쳐서 선(51)을 통해 들어온 급송액으로 들어간다. 그렇게 분리된 빙정은 급송액에 비해 유니트(71)의 세척칼럼부(25)로 운반된다.5 shows a single stage freeze concentration system embodying the present invention. The system is similar to that of FIG. 4, in which the
제6도는 본 발명의 동결농축시스템에 사용하기 적합한 경사칼럼의 다른 실시예를 나타낸다. 경사칼럼(전체를 80으로 표시한 것)은 상부와 바닥이 덮개(82)와 바닥뚜껑(83)에 의해 막혀 있는 원통형 셀(81)을 가진다. 이 실시예에서, 원통형 필터(84)는 철망스크린, 구멍뚫린 금속원통 등과 같은 것으로, 유입 파이프(85)를 통해 경사칼럼 바닥으로 양수되는 슬러리중의 얼음부분을 액체부분과 분리시키기 위하여 사용된다. 액체부분은 필터(84)를 따라 상향으로 흘러서 필터와 원통셀(81) 사이에 마련된 환상의 방(86)으로 들어가고, 그곳에서 파이프선(87)을 따라 배출된다. 슬러리의 빙정부분은 파이프(85)를 통한 슬러리의 계속적인 도입과 칼럼 바닥에 인접하여 장착된 날(88)의 회전에 의해 상향 이동한다. 회전축(89)에는 날(88)이 장착되어 있고, 통상의 모터장치(90)에 의해 계속 회전한다. 회전할 수 있는 구멍뚫린 원판(91)은, 필터(84)의 상단위에서 축(89)에 장착되며, 칼럼내 빙정의 상향 이동을 억제하고 조절하여, 칼럼내에 퇴적된 빙정을 침투성 빙정 덩어리층(92)으로 성형한다. 묽은 액체가 선(93)을 통하여 얼음층 위쪽으로 칼럼내에 도입되어, 묽은 액체의 일부는 원판(91)내의 개구부(94)를 통과하여 올라오는 침투성 얼음층을 통해 아래로 내려가서 빙정에 덮인 더 농축된 액체를 벗겨내고 대체한다. 빙정에서 대체된 농축액은, 얼마간 여분의 묽은 용액과 함께, 필터(84)를 통과하여 선(87)을 거쳐 배출된다. 묽은 용액으로 덮인 얼음은, 원판(91)의 회전에 의해 얼음층 상부로부터 분리되어 개구부(94)를 통과하여 원판(91)위의 묽은 용액부분으로 이동되며, 그렇게 생겨난 슬러리는 출구(95)를 통해 칼럼을 떠난다.6 shows another embodiment of a gradient column suitable for use in the freeze concentration system of the present invention. The inclined column (indicated by 80 as a whole) has a
다음의 실시예 1 내지 3은 제1도에서 나타내고 기술한 2단계 시스템의 실시에 대한 변수들을 설명하며, 실시예 4는 제5도에 나타내고 기술한 단일 단계 시스템의 실시에 관한 것이다. 모든 실시예는 수용성 커피엑스의 동결 농축에 기초한 것으로, 침투성 얼음층의 높이 대직경비는 0.5 : 1 내지 3 : 1 사이이다.The following Examples 1-3 describe variables for the implementation of the two-stage system shown and described in FIG. 1, and Example 4 relates to the implementation of the single-stage system shown and described in FIG. All examples are based on freeze concentration of water soluble coffee extracts, wherein the height-to-diameter ratio of the permeable ice layer is between 0.5: 1 and 3: 1.
물론 커피 엑스외의 수용액, 예를들면 과일쥬스, 냉수에 녹을 수 있는 차엑스, 우유, 포도주, 맥주, 식초 기타의 것도 본 발명에 따라 동일하게 농축될 수 있다. 빙정 표면에 덮인 액체의 분리가 모든 동결 농축시스템에 있어 결정적인 단계라는 것은 본 기술분야의 숙련자들에게는 잘 알려져 있다. 본 발명의 시스템과 공정은, 단일 단계 혹은 2단계 시스템 어느것으로 실시되든, 상당한 빙정성장율을 촉진하면서 덮인 액체의 실질적으로 효과적이고 능률적인 분리를 제공한다.Of course, aqueous solutions other than coffee extracts, such as fruit juices, tea extracts that can be dissolved in cold water, milk, wine, beer, vinegar and the like can also be concentrated in accordance with the present invention. It is well known to those skilled in the art that the separation of liquids covered on ice surface is a critical step for all freeze concentration systems. The systems and processes of the present invention, whether implemented in a single stage or a two stage system, provide substantially effective and efficient separation of the covered liquid while promoting significant ice crystal growth rates.
상기 실시형태들에서 본 발명의 범위를 벗어나지 아니하는 변경과 수정이 가능하다는 것을 알 수 있다. 예를들면 직렬 필터 이외의 다른 분리 수단, 원심분리기 같은 것이 시스템으로부터 농축액을 분리시키는데 사용될 수 있다. 마찬가지로, 긁어내기식 열교환기 대신에 다른 결정기 및/또는 다수의 병렬로 연결된 결정기가 사용될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부한 특허청구의 범위에 의하여만 한정되도록 하였다.It will be appreciated that changes and modifications can be made in the above embodiments without departing from the scope of the invention. For example, separation means other than a tandem filter, such as a centrifuge, can be used to separate the concentrate from the system. Likewise, other crystallites and / or multiple paralleled crystallites may be used instead of scraping heat exchangers. Therefore, it is intended that the scope of the invention only be limited by the appended claims.
Claims (38)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019890002443A KR970006318B1 (en) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | Freeze concentration system and method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1019890002443A KR970006318B1 (en) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | Freeze concentration system and method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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KR900012652A KR900012652A (en) | 1990-09-01 |
KR970006318B1 true KR970006318B1 (en) | 1997-04-25 |
Family
ID=19284141
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1019890002443A KR970006318B1 (en) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | Freeze concentration system and method |
Country Status (1)
Country | Link |
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KR (1) | KR970006318B1 (en) |
-
1989
- 1989-02-28 KR KR1019890002443A patent/KR970006318B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR900012652A (en) | 1990-09-01 |
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