用于冷冻浓缩的结晶生长罐的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于冷冻浓缩技术领域，具体涉及一种用于冷冻浓缩的结晶生长罐。
【背景技术】
[0002]人类对冷冻浓缩技术的研宄已经有较长的历史。冷冻浓缩是利用固体冰晶与水溶液的固一液相平衡原理来实现浓缩的，是将溶液温度降到溶液的冰点以下，使溶液中的溶剂水冻结成冰晶体，分离出冰晶体，从而减少了溶液中溶剂水的含量，溶液浓度增加，得以浓缩。冷冻浓缩主要包括以下三步:结晶、重结晶、分离。结晶是指使溶液中的水形成冰晶，重结晶是指使形成的冰晶成长，小冰晶重结晶生长成为大冰晶，分离是指将生长完成的大冰晶与溶液分开。由冷冻浓缩的原理可知，冷冻浓缩是在低温条件下也即溶液冰点以下利用溶液中的水冻结成冰晶体并分离出冰晶体，从而除去液态食品物料中的水分，整个过程没有经过加热处理，很好地避免了食品中营养物质的热分解和芳香性成分的挥发，最大限度地保持了食品原有的品质和风味。另外由于冷冻浓缩整个加工过程都是在低温条件下进行的，可以有效地抑制微生物的生长和繁殖。目前，冷冻浓缩技术已在酿酒业、果汁工业、制药业、污水处理、海水淡化等行业得以应用。
[0003]现有技术中的冷冻浓缩系统由由冰晶生成、成长、及冰晶分离三个过程组成，整个系统操作较为复杂，要对三个过程做到有效控制相对较难，且投资大、操作成本高。一方面导致了高昂的设备费用，另一方面由于程序较多，早生产过程中不可避免的增加了操作污染的风险，这对产品尤其是经过杀菌后的果蔬汁的浓缩极为不利。因此，如何在有效地保证浓缩效果的同时又对浓缩过程进行合并达到必要的简化成为亟待解决的问题。
[0004]因此，本领域技术人员需要提供一种结构简单，能耗低，运行稳定，且能有效地保证浓缩效果的用于冷冻浓缩的结晶生长罐。
【发明内容】
[0005]针对上述的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单，能耗低，运行稳定，且能有效地保证浓缩效果的用于冷冻浓缩的结晶生长罐。
[0006]为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现:
[0007]一种用于冷冻浓缩的结晶生长罐，包括筒状的结晶罐体和生长罐体，所述结晶罐体设置在生长罐体的下侧，二者同轴设置且彼此联通为一体；本结晶生长罐在结晶罐体和生长罐体的中轴线处设置有旋转轴，所述旋转轴可转动地固定密封在生长罐体的顶部和结晶罐体的底部之间；所述结晶罐体的底部设有进料口，所述生长罐体的底部侧壁上设有浓溶液流出口，生长罐体的顶部设有排冰口 ；所述生长罐体在所述浓溶液流出口处罩设有过滤装置。
[0008]优选的，所述结晶罐体为由空心的物料筒和套设在物料筒外侧的换热筒构成的双层筒状结构；所述物料筒与生长罐体的内腔彼此联通，所述进料口设置在物料筒的底部；所述换热筒的对称两侧壁上分别设有位于结晶罐体底端的冷媒水进口和位于结晶罐体顶端的冷媒水出口。
[0009]进一步的，所述物料筒内的旋转轴段也即刮刀轴上设置有若干彼此错开的刮刀，若干所述刮刀的设置位置使得每当刮刀轴转动一周，物料筒内壁上的每个位置均能至少被刮刀刮到两次。
[0010]进一步的，所述生长罐体内的旋转轴段也即搅拌轴上固设有均匀分布的空心环状搅拌器，所述搅拌器呈椭圆形，且椭圆形搅拌器的长轴方向沿着生长罐体的径向排布；所述生长罐体靠近顶部的中心处还开设有排冰管，所述排冰管穿过生长罐体的侧壁向外延伸出排冰口。
[0011]进一步的，所述刮刀包括刮刀杆和刮刀片，所述刮刀杆的一端与刮刀轴铰接，刮刀杆的另一端斜向下与刮刀片固定联接在一起；处于工作状态时的所述刮刀片的长度方向与刮刀轴的轴向平行。
[0012]进一步的，所述过滤装置包括作为支撑架的导向筒，所述导向筒与物料筒同轴设置且二者彼此联通，且导向筒的内径与物料筒的内径相吻合；所述过滤装置还包括环设在导向筒与生长罐体内侧壁之间的过滤筛网。
[0013]进一步的，所述排冰管的靠近搅拌轴的入口处设置有吸滤头，所述吸滤头呈扁圆状的筒体，吸滤头的上端为与排冰管相联通的端盖，吸滤头的下端为敞口状；所述端盖呈坡面状，且坡面状的端盖自其周侧边缘至与排冰管的联通处逐渐倾斜；所述端盖上开设有若干滤孔，所述滤孔的孔直径小于排冰管的管直径。
[0014]进一步的，所述刮刀杆和刮刀片之间的夹角角度α在75?85°之间；
[0015]进一步的，所述旋转轴由刮冰电机驱动，所述刮冰电机固定在刮冰电机座上，所述刮冰电机座固设在生长罐体顶部。
[0016]进一步的，所述生长罐体长度与内径的尺寸分别是结晶罐体长度与内径尺寸的
1.5 ?2.5 倍。
[0017]本发明的有益效果在于:
[0018]I)、本发明将结晶罐体和生长罐体合并，通过对冷媒介质制冷，冷媒介质经过结晶罐体中的换热筒将源源不断的冷源供应给从进料口泵送入物料筒中的物料，当物料溶液的温度低于过冷度之后，物料开始结冰，通过刮刀将物料筒壁边缘的冰刮下，此时产生自由悬浮于物料母液中的均匀细小的冰晶体，这些冰晶体借助浮力自动逐步上升至生长罐体中，在上升过程中由于温度的波动变化，使得奥斯特瓦尔德效应发挥作用，小冰晶融化，大冰晶生长。在生长罐体中充分生长一段时间后，由于在刮刀旋转的同时，搅拌器也在同步带动生长罐体中的物料旋转，由此产生了对液体的离心力和冰晶体的向心力，利用冰晶自身浮力，以及液体旋转时对冰晶产生的向心力之和，使冰晶体自然向处于罐中心的排冰管运动，从生长罐体顺利排出。随着冰晶体逐渐被排出，结晶罐体与生长罐体内仅留下浓缩液，浓缩液经由在生长罐体底部贴靠内侧壁的环状过滤筛网，滤掉残留的少许冰晶体，自浓溶液流出口流出，回收即可得到浓缩液。
[0019]本发明结构简单，通过合并结晶罐体和生长罐体，简化了冷冻浓缩的过程，节省了设备费用，降低了操作污染的风险，避免了传统浓缩过程中冰晶由结晶罐体向生长罐体转移过程中泵送的能耗。
[0020]2)、本发明中可在进料口通过泵给物料，使物料在结晶罐体中具有向上的运动趋势，从而增加了冰晶体向生长罐体中上行最终排出排冰口的浮力；由于向心力的大小与冰晶颗粒尺寸成正比，颗粒越大，向心力越大，往中心运动的速度就越快，从而大颗粒的冰晶就优先从排冰口排出，实现了大冰晶的分离，分离后所得的冰晶体经洗涤柱洗涤过滤后分离冰晶与洗涤液，洗涤液回收至原物料中继续进行浓缩。
[0021]本发明通过在旋转轴旋转的过程中不断的排出大冰晶，促使小冰晶生长，最终使浓缩后的物料自浓溶液流出口流出。一方面，浓溶液流出口设置在生长罐体底部的侧壁上，阻止了结晶罐体内未能得到生长的小冰晶流出而使浓缩液不纯，另一方面在贴靠生长罐体内底部侧壁上设置的环状过滤筛网更保证了残留冰晶的不被混入，有效地保证了浓缩效果O
[0022]3)、本发明中的刮刀根据刮刀轴的大小来安装若干排，刮刀由固定连接的刮刀杆和刮刀片构成，刮刀的刮刀杆可活动的铰接在刮刀轴上，便于前期或后期的装卸工作，同时由于刮刀是可活动的，张开的角度是可变化的，而且刮刀杆和刮刀片的倾斜角度α在75?85°之间，增加了刮刀杆的活动能力，弥补了固定式刮刀在使用过程中轴承磨损、刮刀磨损等造成的与物料筒内壁间隙不均匀的问题；并且刮刀之间的距离使刮刀转动一周，物料筒内壁上的每个位置都能被刮刀刮到两次或以上，活动式刮刀由于受到离心力和流体流动阻力的作用，可以紧贴结晶罐体内壁，刮掉内壁上所形成的冰层，从而起到更新传热面，强化传热的效果。
[0023]并且，本发明中的刮刀轴采用的密封轴承进行机械密封，对于食品物料来说，安全可靠，且机械密封具有密封性能好、液体泄漏量小、使用寿命长、消耗功率少、结构紧凑等一系列的优势。
[0024]4)、本发明的搅拌轴上固设有均匀分布的空心环状搅拌器，在充分有效的搅拌液体对液体形成一定离心力的同时，由于空心环的设计不会形成紊流，也就不会对冰晶体的结晶过程造成负面影响，有效地保证了大冰晶的形成与排除，保证了浓缩效率；同时，排冰管的靠近搅拌轴的入口处设置有呈扁圆状筒体的吸滤头，吸滤头的上端为与排冰管相联通呈坡面状的端盖，且坡面状的端盖自其周侧边缘至与排冰管的联通处逐渐倾斜，端盖上开设有若干滤孔，所述滤孔的孔直径小于排冰管的管直径，吸滤头的下端为敞口状；有利于大冰晶在向心力作用下的排出，有效拦截了小冰晶，保证了浓缩效果；此外生长罐体长度与内径的尺寸是结晶罐体的1.5?2.5倍，保证了物料的处理能力。
【附图说明】
[0025]图1为本发明的剖面结构示意图。
[0026]图2为本发明刮刀的结构示意图。
[0027]图3为本发明排冰口在生长罐体内部的结构示意图。
[0028]图4为本发明排冰管的主视结构示意图。
[0029]图5为本发明排冰管的剖面结构示意图。
[0030]图中标记的含义如下:
[0031]1-刮冰电机 2-刮冰电机座 3-旋转轴30-搅拌轴
[0032]31-刮刀轴4-密封轴承5-生长罐体 50-搅拌器
[0033]51-过滤筛网 52-导向筒6-结晶罐体 60-物料筒
[0034]61-刮刀610-刮刀片611-刮刀杆62-换热筒
[0035]7-排冰管70-吸滤头71-端盖72-滤孔
[0036]a-进料口b-冷媒水进口C-冷媒水出口
[0037]d-浓溶液流出口f_铂电阻接管e-排冰口h-液面
【具体实施方式】
[0038]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
[0039]如图1所示，图示为一种用于冷冻浓缩的结晶生长罐，包括筒状的结晶罐体6和生长罐体5，结晶罐体6设置在生长罐体5的下侧，二者同轴设置且彼此联通为一体；本结晶生长罐在结晶罐体6和生长罐体5的中轴线处设置有旋转轴3，旋转轴3可转动地固定密封在生长罐体5的顶部和结晶罐体6的底部之间；旋转轴3由刮冰电机I驱动，刮冰电机I固定在刮冰电机座2上，刮冰电机座2固设在生长罐体5顶部；结晶罐体6的底部设有进料口a，物