正渗透浓缩系统及浓缩方法
【专利摘要】一种正渗透浓缩系统，所述系统包括海水预处理澄清池、第一循环抽取泵、多级汲取液蒸发调节池、透明玻璃、第二循环抽取泵、二级过滤装置、汲取液储存池、汲取液注入泵、浓缩液抽取泵、浓缩池、浓缩液注入泵、正渗透装置、汲取液抽取泵、第三循环抽取泵、集水管道和集水池。在系统中渗透压驱使原汁中的水透过正渗透膜进入汲取液，从而实现原汁的浓缩，而稀释的汲取液则可以通过海水晒盐工艺蒸发成为高浓度的汲取液，重新送回到正渗透工艺作为汲取液使用，从而实现汲取液的高效循环利用，大大降低工程造价和运行成本，具有可观的经济效益。
【专利说明】正渗透浓缩系统及浓缩方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种果汁浓缩方法，是一种以高浓度卤水为汲取液从番茄汁中汲取水分的正渗透浓缩番茄汁的工艺技术，此工艺也适用于其他果汁、药物等的浓缩加工。
【背景技术】
[0002]番茄是一种营养丰富、色泽鲜美的果实类蔬菜，含有丰富的维生素、纤维素、果胶以及番茄红素，其中番茄红素是一种很好的抗癌、抗突变的抗氧化剂，它可以有效的防治因衰老、免疫力下降引起的各种疾病。因此，它受到世界各国广泛的青睐，但其收获期短、上市集中、难以长期保存，不便于运输，故需浓缩加工成易于贮藏的制品，以调节其淡旺季供应。
[0003]目前工业上主流采用真空蒸发并辅以反渗透技术来浓缩果汁，Rodrigues等将反渗透运用于卡姆果(camu - camu)果汁的浓缩，并提出反渗透浓缩可作为经典的真空蒸发的一个浓缩环节来应用；张鹏等采用管式反渗透膜系统对番茄汁(原浆)进行脱水浓缩处理，考察了压力、温度及浓度对膜通量的影响，虽然反渗透浓缩技术由于在相对而言比较低的温度下工作，维生素等营养成份的流失少，保证了产品的高品质，但由于果汁渗透压的限制，使其所能达到的浓缩度比较低，而且生产运行能耗高，膜污染严重，不能一次浓缩成高浓度产品，要与其它方法集成使用。
[0004]近些年，随着正渗透(FO)膜技术的发展，绿色低能的正渗透浓缩技术也逐步运用于果汁的浓缩实验研究，与反渗透膜技术以及真空蒸发技术相比，正渗透膜技术以渗透压为驱动力对果汁进行低倍浓缩，能够降低能耗，更好地保留果汁的原有风味，使其相比之下具有绿色、低能、果汁口感更好、高效率等优势。因此，对正渗透技术运用于果汁的浓缩过程，各个参数对渗透速度影响的研究将促进此项技术的发展，对提高果汁加工水平深远的意义。
[0005]而是否有合适的汲取液，是正渗透技术能否应用的关键因素。目前已有一些研究者在使用NH3+C02水溶液等作汲取液，而我们采用NaCl混合溶质配制汲取液，相比之下，成本会低很多。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种以高浓度的卤水为汲取液的正渗透浓缩系统及方法，此工艺也适用于番茄等果汁、还有药物等的浓缩加工。
[0007]一种正渗透浓缩系统，所述系统包括海水预处理澄清池、第一循环抽取泵、多级汲取液蒸发调节池、透明玻璃、第二循环抽取泵、二级过滤装置、汲取液储存池、汲取液注入泵、浓缩液抽取泵、浓缩池、浓缩液注入泵、正渗透装置、汲取液抽取泵、第三循环抽取泵、集水管道和集水池。
[0008]所述海水预处理池与汲取液蒸发调节池之间连接有第一循环抽取泵，汲取液蒸发调节池上部安装透明玻璃，汲取液蒸发调节池上的蒸发液出口通过集水管道连接集水池。
[0009]所述汲取液蒸发调节池和过滤装置之间连接有第二循环抽取泵。[0010]所述过滤装置和汲取液储存池之间连接第三循环抽取泵。
[0011]所述正渗透装置中间由正渗透膜组件分成左右两部分。
[0012]所述汲取液储存池通过汲取液注入泵与正渗透装置的右上端入口相连。
[0013]所述正渗透装置与浓缩池之间通过浓缩液注入泵连接，浓缩液注入泵与正渗透装置的左下端入口相连。
[0014]浓缩液抽取泵位于正渗透装置与浓缩池之间，与正渗透装置的左上端出口相连。
[0015]在正渗透装置和汲取液调节池之间还连接由汲取液抽取泵13，汲取液抽取泵与正渗透装置的右下端出口相连。
[0016]作为优选，正渗透膜为HTI的Pouch正渗透膜，型号:101013-NW-4 (其他型号的正渗透膜同样适用)。所有膜组件作为多级串联，正渗透膜定期清洗更换。
[0017]利用所述正渗透浓缩系统进行正渗透浓缩的方法，包括以下步骤:
[0018]步骤一，粗汲取液的制备:将预先抽取的海水加入到预处理澄清池中，进行过滤除渣预处理，得到粗汲取液；
[0019]步骤二，精汲取液的制备:将粗汲取液用第一循环抽取泵抽运到汲取液蒸发调节池中，利用太阳光进行蒸发，蒸发的蒸馏水通过集水管道流到集水池中待用；必要时可同时调节汲取液的浓度，使其质量浓度为17% —19%，汲取液浊度值小于1.0NTU ;以等池底出现结晶即汲取液处于饱和状态。
[0020]步骤三，汲取液二次过滤:等汲取液调节池中的汲取液达标时，利用第二循环抽取泵将汲取液抽运到汲取液储存池的过程中经过滤器二次过滤，过滤结晶出来的盐；
[0021]步骤四，液料加入:将需要浓缩的原汁加入浓缩池；
[0022]步骤五，浓缩:开启汲取液注入、抽出栗以及原汁注入栗、抽取栗，使汲取液和原汁在正渗透膜装置内发生正渗透效应，原汁和汲取液采用错流方式循环流动；同时开启其他相关循环泵，使液体循环运动，温度控制在15±2°C ；
[0023]步骤六，出料:当浓缩池内的浓缩液糖度达到所需要求时，关闭浓缩液注入泵11，并从浓缩池10内提取出达到所需要求的浓缩液。
[0024]步骤七，重复:重复步骤二到七，维持正渗透浓缩装置系统的持续运行。
[0025]在正渗透工艺中渗透压驱使番茄汁中的水透过正渗透膜进入汲取液，从而实现番茄汁的浓缩，而稀释的汲取液则可以通过海水晒盐工艺蒸发成为高浓度的汲取液，重新送回到正渗透工艺作为汲取液使用，从而实现汲取液的高效循环利用。大大降低工程造价和运行成本，具有可观的经济效益。
[0026]与现有技术相比，本发明的有益效果如下:
[0027]第一，高浓度的卤水是一种良好的汲取液，可通过海水蒸发获得，汲取液使用储量充足的海水，经过预处理和太阳的蒸发，提高其浓度和渗透压，成本低，来源丰富，节约资源，操作简便。
[0028]第二，本发明在汲取液的制备时结合海水晒盐工艺，节能环保，同时可以得到副产品蒸馏水，具有一定的附加值。
[0029]第三，利用汲取液和原汁的渗透压差作为驱动力，有利于节约能源；
[0030]第四、番茄原汁和汲取液采用错流方式循环流动，增加了番茄原汁和汲取液的交互作用，减小了浓差极化现象。[0031]第五，浓缩过程中，汲取液循环利用，减少了汲取液的再配置，节约了资源。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是本发明的实施例一的结构示意图；
[0033]图2是本发明的实施例二的结构示意图；
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图详细说明本发明的实施例。
[0035]实施例一:
[0036]如图1所示的正渗透浓缩系统由1、海水预处理澄清池2、第一循环抽取泵3、多级汲取液蒸发调节池4、透明玻璃5、第二循环抽取泵6、二级过滤装置7、汲取液储存池8、汲取液注入泵9、浓缩液抽取泵10、浓缩池11、浓缩液注入泵12、正渗透装置13、汲取液抽取泵、14、第三循环抽取泵、15、集水管道16、集水池组成。
[0037]系统中各部件的连接关系为:
[0038]海水预处理池I与汲取液蒸发调节池3之间连接有第一循环抽取泵2，汲取液蒸发调节池3上部安装透明玻璃4，汲取液蒸发调节池3上的蒸发液出口通过集水管道15连接集水池16。
[0039]汲取液蒸发调节池3和过滤装置6之间连接有第二循环抽取泵5。
[0040]过滤装置6和汲取液储存池7之间连接第三循环抽取泵14。
[0041]正渗透装置12中间由正渗透膜组件分成左右两部分。
[0042]汲取液储存池7通过汲取液注入泵8与正渗透装置12的右上端入口相连。
[0043]正渗透装置12与浓缩池10之间通过浓缩液注入泵11连接，浓缩液注入泵11与正渗透装置的左下端入口相连。
[0044]浓缩液抽取泵9位于正渗透装置12与浓缩池10之间，与正渗透装置12的左上端出口相连。
[0045]在正渗透装置和汲取液调节池之间还连接由汲取液抽取泵13，汲取液抽取泵13与正渗透装置的右下端出口相连。
[0046]海水被加入到I海水预处理池中经行预处理，除去微生物及大颗粒悬浮物等；然后通过第一循环抽取泵2被抽取到安装有透明玻璃4的多级汲取液蒸发调节池3中经行精处理，利用太阳光，经行汲取液蒸发浓缩到饱和浓度，用第二循环抽取泵5经过过滤装置6过滤去结晶的盐，蒸馏水通过集水管道15流入到集水池16中；用汲取液注入泵8将汲取液通过正渗透装置12的右边上入口注入到正渗透装置12的右边，用汲取液抽取泵13从正渗透装置12的右边下端将汲取液抽取到汲取液调节池3中实现汲取液的循环流动；用浓缩液注入泵11将原汁注入到正渗透装置12左下端的入口注入，通过浓缩液抽取泵9将正渗透装置12左边的原汁抽取到浓缩池10中实现原汁的循环。
[0047]参照图1，本实施例的运行方法包括以下步骤(以番茄汁为例):
[0048]步骤一，粗汲取液的制备:将预先从海洋中抽取的海水加入到预处理澄清池I中，进行过滤除渣等预处理。
[0049]步骤二，精汲取液的制备:将经过预处理的汲取液用第一循环抽取泵2抽运到汲取液蒸发调节池3中，利用太阳光经行蒸发，蒸发的蒸馏水通过集水管道15流到集水池16中待用；同时调节汲取液的浓度和渗透压，必要时可以等池底出现结晶即汲取液处于饱和状态。
[0050]步骤三，汲取液二次过滤:等汲取液蒸发调节池3中的汲取液达标时，利用第二循环抽取泵5将汲取液抽运到汲取液储存池7的过程中经过滤器6 二次过滤。
[0051]步骤四，液料加入:将需要浓缩的番茄原汁加入所述浓缩池10。
[0052]步骤五，浓缩:开启所述汲取液注入、抽出泵8和13以及番茄原汁注入泵11、抽取泵9，使汲取液和番茄原汁在正渗透膜装置内发生正渗透效应；同时开启其他相关循环泵，使液体循环运动起来。
[0053]步骤六，出料，但所述出液调节池内的番茄汁浓度达到所需要求时，开启所述出液输送泵，将出液输送到下一个工段。
[0054]步骤七，重复:重复步骤二到七，维持正渗透浓缩装置系统的持续运行。
[0055]实施例二:
[0056]如图2所示的正渗透浓缩番茄汁系统，本实施例与实施例一的区别在于:正渗透装置12的膜组件由四个组件串联而成，其运行方式与实施例一完全一样。本实施案例将四个组件串联，可以得到更高浓度的番茄汁，节约能源，便于储存运输。
【权利要求】
1.一种正渗透浓缩系统，其特征在于，所述系统包括海水预处理澄清池(I)、第一循环抽取泵(2)、多级汲取液蒸发调节池(3)、透明玻璃(4)、第二循环抽取泵(5)、二级过滤装置(6)、汲取液储存池(7)、汲取液注入泵(8)、浓缩液抽取泵(9)、浓缩池(10)、浓缩液注入泵(11)、正渗透装置(12)、汲取液抽取泵(13)、第三循环抽取泵(14)、集水管道(15)和集水池(16)； 所述海水预处理池(I)与汲取液蒸发调节池(3)之间连接有第一循环抽取泵(2)，汲取液蒸发调节池(3)上部安装透明玻璃(4)，汲取液蒸发调节池(3)上的蒸发液出口通过集水管道(15)连接集水池(16)； 所述汲取液蒸发调节池(3 )和过滤装置(6 )之间连接有第二循环抽取泵(5 ); 所述过滤装置(6 )和汲取液储存池(7 )之间连接第三循环抽取泵(14 ); 所述正渗透装置(12)中间由正渗透膜组件分成左右两部分； 所述汲取液储存池(7)通过汲取液注入泵(8)与正渗透装置(12)的右上端入口相连； 所述正渗透装置(12)与浓缩池(10)之间通过浓缩液注入泵(11)连接，浓缩液注入泵(11)与正渗透装置的左下端入口相连； 浓缩液抽取泵(9)位于正渗透装置(12)与浓缩池(10)之间，与正渗透装置(12)的左上端出口相连； 在正渗透装置(12)和汲取液蒸发调节池(3)之间还连接有汲取液抽取泵(13)，汲取液抽取泵(13)与正渗透装置(12)的右下端出口相连。
2.利用权利要求1所述的正渗透浓缩系统进行正渗透浓缩的方法，包括以下步骤: 步骤一，粗汲取液的制备:将预先抽取的海水加入到预处理澄清池中，进行过滤除渣预处理，得到粗汲取液； 步骤二，精汲取液的制备:将粗汲取液用第一循环抽取泵抽运到汲取液蒸发调节池中，利用太阳光经行蒸发，蒸发的蒸馏水通过集水管道流到集水池中待用；同时调节汲取液的浓度，使其质量浓度17% —19% ； 步骤三，汲取液二次过滤:等汲取液调节池中的汲取液达标时，利用第二循环抽取泵将汲取液抽运到汲取液储存池的过程中经过滤器二次过滤，过滤结晶出来的盐，使汲取液浊度值小于1.0NTU ； 步骤四，液料加入:将需要浓缩的原汁加入浓缩池； 步骤五，浓缩:开启汲取液注入、抽出泵以及原汁注入泵、抽取泵，使汲取液和原汁在正渗透膜装置内发生正渗透效应，原汁和汲取液采用错流方式循环流动；同时开启其他相关循环泵，使液体循环运动，温度控制在15±2°C ; 步骤六，出料:当浓缩池内的浓缩液糖度达到所需要求时，关闭浓缩液注入泵，并从浓缩池内提取出达到所需要求浓缩液； 步骤七，重复:重复步骤二到七，维持正渗透浓缩装置系统的持续运行。
3.根据权利要求2所述的正渗透浓缩的方法，其特征在于，所述正渗透膜为HTI的Pouch正渗透膜，型号:101013-丽-4。
4.根据权利要求2所述的正渗透浓缩的方法，其特征在于，所述正渗透装置采用多级串联膜组件。
5.根据权利要求2所述的正渗透浓缩的方法，其特征在于，步骤二的精汲取液制备时，必要时可以等池底出现结晶即汲取液处于饱和状态。
6.根据权利要求2所述的正渗透浓缩的方法，其特征在于，所述浓缩后浓缩池中原汁糖度达到30Bix以上。`
【文档编号】C02F9/10GK103706252SQ201310752738
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】黄光胜, 徐伟, 孙建国, 陈敏, 赵炎春 申请人:重庆大学