Способ концентрирования жидкостей Советский патент 1984 года по МПК F25C1/12 

Изобретение относится к концентрированию водных растворов вымораживанием и может быть использовано для концентрирования пищевых жидкос тей, например натуральных соков, пива и других жидких продуктов, а также для концентрирования минерализ ванных вод в различных отраслях промышленности. Известен способ концентрирования пищевых жидкостей, включающий предварительное охлаждение исходной жидкости потоками пресной воды и концентрата, образование кристаллов льда, сепарацию их от концентрата и промывку пресной водой, плавление кристаллов льда с получением пресной воды и концентрата J. Недостатком известного способа являются значительные потери растворимых веществ с удаленным льдом, сос тавляющие 0,1% и более от массы льда при больших затратах пресной воды на промывку кристаллов льда, что является следствием низкой эффективности промывки кристаллов от концентрата с высокой вязкостью. Известен способ концентрирования жидкостей, включающий предварительное охлаждение исходной жидкости, кристаллизацию ее, последующие сепарацию, промывку кристаллов от концентрата пресной водой и плавление кристаллов, в котором лед частично подплавляют сжатым воздухом непосредственно в верхней части ceijapaционно-промывочной колонны с образованием промывочной воды 2J. Недостатком такого способа являются значительные потери растворимых веществ с удаляемыми кристаллами, чт связано с высокой вязкостью вымываемого концентрата, что приводит к ограничению степени концентрирования жидкостей. Цель изобретения - уменьщение потерь растворимых веществ с удаляемыми кристгшлами и повыщение степен концентрирования. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу концентрирования жидкостей, включакицему предварительное охлаждение исходной жидкости, кристаллизацию ее, последующую сепарацию, промывку кристаллов от концентрата пресной водой и плавление кристаллов, перед промывкой пресной водой кристаллы обрабатывают исходной жидкостью. В процессе фильтрации предварительно охлажденной исходной жидкости через кристаллы льда, отсепарированные от концентрата, концентрат, оставшийся в порах между кристаллами льда, разбавляется исходной жидкостью, а затем вытесняется через дополнительную дренажную сетку и поступает в кристаллизатор. Это приводит к снижению вязкости жидкости, оставшейся в порах между кристаллами льда, поступающими на промывку в верхнюю часть сепарационно-промывочной колонны. Благодаря зтому стабилизируется скорость течения встречного потока промывочной воды и снижается градиент концентрации растворимых веществ по радиусу и высоте колонны, что снижает потери растворимых веществ с удаляемыми кристаллами. На фиг. 1 представлена схема установки, с помЬщью которой реализуется предлагаемый способ концентрирования жидкостей, на фиг. 2 - распределение давления жидкости по высоте колонны вдоль ее цилиндрической поверхности, а также линии тока жидкости. Установка содержит кристаллизатор 1, сепарационно-промывочную КОЛОННУ 2, снабженную дренажной сеткой 3 для вывода концентрата из колонны, а также дренажными сетками 4 и 5 для ввода и вывода исходной жидкости соответственно, плавитель 6, снабженный теплообменником конденсатора 7 и отражателем 8, направляющим льдоводяную суспензию в полость плавителя. Для ввода концентрата, рециркулирующего из сепарационно-промывочной колонны, в кристаллизатор используется направляющий аппарат 9. Вход холодильника 10 сообщается через регулирующий вентиль 11 с выходами конденсатора 7 и дополнительного конденсатора 12, а выход холодильника сообщается через компрессор 13 с входом конденсатора 7 и через дополнительный компрессор 14 с входом дополнительного конденсатора. Нижняя часть полости плавителя 6 соединена через трехпоточный теплообменник 15 и регулирующий вентиль 16 с потребителем пресной воды, а выход концентрата из установки соединен через насос 17, теплообменники 18 и 15 н 3 регулирующий вентиль 19 с потребителем концентрата. Насос 20 используется для подачи исходной жидкости через тешюобменни1{и 15 и 18 для охлаждения до температуры, близкой к температуре замерзания, потоками пресной воды и концентрата, выходящими из установки и далее через дренажную сетку 4, вводят в колонну 2 на участке ДЕ. В результате перепада давления жидкости по высоте колонны на участк ДЖ, поддерживаемого с помощью насосо 20 и 21, исходная жидкость фильтруется через кристаллы льда, отсепарированные от концентрата, противото ком к пресной промывочной воде.. В процессе фильтрации исходный раствор смешивается с концентратом, оставщимся в порах.между кристаллами льда, понижая вязкость суспензии в целом (так, например, снижение содер жания сахара в виноградном соке с 26 до llr/100 мл приводит к снижению вязкости с 26 до 1,4 кПа-с, т.е. в 18,6 раза). На участке ЕЖ больщая часть жидкости из этой суспензии вытесняется через кристаллы льда и дренажную сетку 5 на рециркуляцию в кристаллизатор. Вязкость жидкости в порах между кристаллами, поступающим на промывку, незначительно превышае вязкость пресной промывочной воды, снижает сопротивление ледяному пори тому поршню со стороны встречного потока промывочной вода, повьш1а устойчивость работы сепарациониопромывочной колонныi Большую часть исходной жидкости, смешанной с концентратом, поступающ в составе суспензии на участок филь рации ДЖ, выводят из колонны через дренажную сетку 5с помощью насоса и вводят в кристаллизатор 1, где осуществляется образование кристалл льда за счет отвода тепла кристалли зации. Для этого через регулирующий вентиль 11 в холодильник 10 направляют хладагент, которьш испаряется при поглощении тепла кристаллизации. Пары хладагента сжимают компрессором 13 и большую часть направляют в конденсатор-йлавитель 7, а меньшую часть после дополнительного сжатия в дополнительном компре соре 14 направляют в дополнительный конденсатор 12 на конденсацию. 5)84 Циркуляция по длиио кристаллизатора суспензии из кристаллов льда и жидкости насыщается кристаллами льда до 10-15% по весу и поступает в сепарационно-промывочную колонну 2. В нижней части колонны на участке АВ формируется ледяной пористый поршень в результате фильтрации концентрата через кристаллы льда и далее через дренажную сетку 3 на участке ВС. Большую часть концентрата рециркулируют с помощью насоса 17 через направляющий аппарат 9 в кристаллизатор, а меньшую часть через теплообменники 18 и 15 и регулирующий вентиль 19 выводят из установки потребителю. Ледяной пористый поршень, испытывая перепад давления IP Р.| 2 (фиг. 2) по высоте колонны, перемещается вверх к выходу из колонны, расходуя перепад давления на трение о дренажные сетки, цилиндрическую поверхность колонны, а также на компенсацию сопротивления со стороны отражателя 8 и встречного потока пресной промывочной воды. Давление взаимодействия кристаллов льда в движущемся ледяном поршне монотонно уменьшается по высоте колонны от давления Р., до давления Р (показано пунктиром), а давление жидкости, фильтрующейся через кристаллы ледяного пористого поршня, изменяется в зависимости от расположения дренажных сеток по высоте колонны, их сопротивления, а также давления за дренажными сетками (показано сплошной линией). Кроме того, изменение давления в жидкости по высоте колонны зависит от ее вязкости и проницаемости ледяного пористого поршня. На выходе из колонны ледяной пористый поршень под воздействием Ьтражателя 8, подплавляющего встречные кристаллы льда за счет тепла конденсации паров хладагента, растекается вдоль поверхности отражателя, распадаясь в процессе плавления на части, увлекаемые потоком пресной воды в полость плавителя 6. Большую часть пресной воды, образующейся при плавлении льда через поверхность конденсатора-плавителя 7, направляют через теплообменник 15 и регулирующий вентиль 16 потребителю, а меньшую часть (5-10%) используют в качестве промывочной воды.

Сниже1гие концентрации растворимых вещр.ств в жидкости, оставшейся в порах между кристаллами льда, поступающими на. промывку в верхнюю часть сепарационно-промывочной колонны, по отношению к концентрату, сепарируемому от кристаллов в нижней .части колонны, позволяет снизить

потери растворимых веществ с удаляемыми кристаллами, при заданной степени концентрирования или соответственно повысить степень концентрирования при допустимом уровне потерь растворимых веществ с удаляемыми кристаллами.

СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ, включающий предварительное охлаждение исходной жидкости, кристаллизацию ее, последующую сепарацию, промывку кристаллов от концентрата пресной водой и плавление кристаллов, отлич ающий с ятем, что, с целью уменьшения потерь растворимых веществ с удаляемыми кристаллами и повышения степени концентрирования, перед промывкой пресной водой кристаллы обрабатывают исходной жидкостью. (Л со о ел 00

SSoff пресной Воды

Вы Sod исходной жи ос/пи и концентрата.

ввод суспензии

SSo ijcxo HOu Жидкости

Выёо концентрата

фиг.2