专利名称：薄膜流下型浓缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及薄膜流下型浓缩机，它特别适用于热感受性强的液体，例如，各种果汁，蔬菜、草药等农作物的萃取物，家畜骨的萃取物，蟹、虾、贝鱼、海草等水产物的萃取物，酪制品，发酵食物类等的浓缩。
当浓缩热感受性强的液体时，有必要在低温、短时间内进行。因此，要求供给浓缩装置的原液单程通过就要作为浓缩液取出。单程取出的情况下，随着浓缩液量会减少，如何将这种正在减少的原液均一地分散在传热面上就成了重要的问题。以前，浓缩机是使用长管式传热管浓缩机，但是这种方式难以得到原液在传热管表面上的均一分散，例如可能造成仅靠传热管一侧流动，从而使传热效率显著下降。
另外，使用传热板式浓缩机也是已知的。但是，在该方式中，原液的分布不均匀，并且，对应于板宽板的长度小，因而在给液量小的情况下，在板面上会造成干面的产生，这样会因为原液烧焦而使质量变差。为了克服上述缺点，本发明者等提出了以下方案。
即提出了这样一种装置，在传热板的纵向中心线上设置上升的原液的预热流路，而且在该予热流路的两侧设置原液以薄膜形式流下加热流路，在予热流路上升期间原液被予热，在予热流路的上端原液向两侧分散，在加热流路上以薄膜形式流下，在该流下过程中原液被加热，水分被蒸发分离，从而得到浓缩液(参照1987年1月31日日本特许厅发行的特开昭62-22990号公报)。
上述提察虽然对于改善传统的传热板式浓缩机的缺点作出了贡献，但是关于组成传热板的予热流路、分散部分、加热流路各部分中的性能的提高，还有改良的余地。
本发明就是针对先有技术的上述问题提出的。其目的就是要进一步提高形成传热板的予热流路、分散部分、加热流路各部分中的性能。
为了达到上述目的，本发明在予热流路上使流路的断面反复宽窄变化，由此而促进原液的湍流的产生，使予热过程的传热性能提高。
另外，在分散部，为了使从予热流路的上端向两侧的加热流路U型转向的原液分配给各加热流路的液膜的厚度变得均一，在原液的流动方向上隔开设置了多个用来形成狭窄部的沿与液膜流向垂直的方向延伸的突梁部，并且在用来形成狭窄部的各突梁部之间以及分散部的出口处有规则地配置了分散用的实出部以便使原液一均分散，另外在分散部的最后部设置了凹沟状的池部，通过该池部，可以使供给加热流路的原液的液膜厚度在流路的整个宽度方向上保持均一。
另外，在加热流路中，在板的宽度方向上以相等的间距设置了沿原液流下方向波状延伸的很多纵沟，通过沟的作用，使原液的下流方向变得非常规整，从而防止了下流原液的偏流及干燥面的产生，使蒸发变得均一，液膜慢慢变薄。另外，要将上述纵沟的配置间距和纵沟角部的曲率设在适当的值。这样，在蒸汽加热侧的传热板面上，由于张力的作用冷凝水向沟底聚集，使高出部分露出，这就防止了由于冷凝水的膜状粘着而产生的膜传热性能低的问题，在原液侧的传热板面上也同样由于张力的作用使原液向沟底聚集，而使高出部上的液膜厚变小，从而使膜传热性能提高。本发明的这些及另外的特征将参照附图作更进一步的说明。
图1A是本发明的传热板的上部平面图，图1B是下部平面图，两图都是从纵向中心线分开的右半部，由于左半部是对称结构，所以在图中略去。
图2A是形成加入蒸汽流路的密封圈的平面图，图2B是形成原液流路的密封圈的平面图，两图都比图1A和1B的尺寸小。
图3是沿1A图中Ⅲ-Ⅲ线的断面图。
图4是沿1A图中Ⅳ-Ⅳ线的断面图。
图5是沿1A图中Ⅴ-Ⅴ线的断面图。
图6是沿1A图中Ⅵ-Ⅵ线的断面图。
图7是表示使用本发明的传热板的浓缩机的大概构成的分解斜视图，图8和9是其组装状态的前视图和侧视图。
图10是使用本发明的传热板的浓缩装置的一个例子的流程图。
图11是本发明的装置和先有技术的装置的总括传热系数的比较图。
在图1A和1B中，10表示本发明的传热板，其上部有加热蒸汽入口11。下部有原液入口12和浓缩液及分离蒸汽的出口13，以及冷凝水出口14，传热板的长宽比为9∶1。
在传热板10中，通过安装第2A图所示的形成加热蒸汽流路的密封圈15，构成了图7所示的蒸汽板10a，另外，通过安装图2B所示的形成原液流路的密封圈16，形成了图7的原液板10b。
加热蒸汽流路形成用密封圈15由围绕在从加热蒸汽入口11的上部到冷凝水出口14的下部之间的板的周边上、形成加热蒸汽流路17的外框15a、以及围绕原液入口12的周围及浓缩液及分离蒸汽出口13周围的内框15b组成。因此，在图7的蒸汽板10a中，由蒸汽入口11流入的加热蒸汽通过加热蒸汽流路17而被凝缩，变为冷凝水从14排出，因而原液、浓缩液及分离蒸汽只通过板。
原液流路形成用密封圈是由，围绕加热蒸汽入口11周围及冷凝水出口14的周围、且围绕从加热蒸汽入口11的下部到浓缩液及分离蒸汽出口13的下部之间的板的周围、形成原液加热流路18的外框16a，和形成使由原液入口12流入的原液上升至加热蒸汽入口11附近，并向两侧的加热流路18，18作U型转向的原液予热流路19的准U型内框16b形成的。因此，如图7所示，在原液板10b中，原液由原液入口12流入，从原液而予热流路19上升，在此期间被予热，并由原液予热流路上端向两侧的加热流路18，18作U型转向，从加热流路18，18流下，在此期间被加热，原液中的水变成蒸汽被分离，分离蒸汽和浓缩液从出口13排出，因此，加热蒸汽和冷凝水仅通过板。
如图7所示，蒸汽板10a和原液板10b在两端板20，21之间形成多个对子，用螺栓在层叠方向上固定，形成图8和图9所示的浓缩机。
下面参照图1A、1B、3～6，对原液板10b的各部分的详细构造进行说明。
原液予热流路19的上端和两侧的加热流路18、18之间，形成了分散部23、23。在分散部23，23和加热流路18、18之间，形成了池部24、24。
如图1B所示，原液出口12在浓缩液及蒸汽出口13的正上方，设置在传热板10的纵向中心线上，且在传热板的下端附近。另外，冷凝水出口14、14在浓缩液及分离蒸汽的出口13的下部，且在传热板10的下部的两个角上。
如图1A、1B及3所示，原液予热流路19的构成是在原液板10b上的适当的等间隔设置突出部19a，以使流路横断面宽窄反复变化。另外，原液在突出部19的位置。从两侧迂回通过，这时是狭窄部分，当越过19a时，就变成了宽的部分，这样宽窄交替出现，产生湍流，使予热过程中的传热性能提高。
如图1A和4所示，分散部23、23是这样构成的，即在传热板10上设置多个用来形成狭窄部分的突起梁23a，该梁沿液膜流的垂直方向延伸，并在原液的流动方向上排列，其作用是使从原液予热流路19的上端向两侧的加热流路18，18作U型转向的原液，在加热流路18，18上能形成均一的液膜，另外，还在突梁23a、23a之间以及分散部出口处的传热板10上规则设置了多个使原液能均一分散的突出部23b。
如图1A、5所示，池部24是在分散部的最后部形成的沿液体流下的垂直方向延伸的凹沟。通过该凹沟24的作用，经过分散部23、23向加热流路18、18供应的原液的液膜厚度在加热流路18、18的整个宽度上都可确保是均一的。
另外，如图1A、1B、6所示，在加热流路18、18上，在加热流路18、18宽度方向上按等距离设置了多条沿原液的流下方向波状延伸的纵沟18a，通过纵沟18a的作用，规则限制了原液的下流方向，从而防止了下流中的原液的偏流和干燥面的产生，并使蒸发均一，液膜厚度缓缓变薄。另外，上述纵沟的排列间距P及沟角部的曲率R的设定值应为，例如，P＝4.0～9.0mm，R为3.0mm以下，最好是P＝6.5mm，R＝1.6mm。这样一来，在加热蒸汽流路17中，凝缩水由于张力的作用向各纵沟18a沟底聚集，高出部被露出，从而防止了膜传热性能的降低，在原液加热流路18、18中也同样，由于表面张力原液向各纵沟18a的沟底聚集，高出部上的液膜变薄，使膜传热性能上升。
另外，在图1A和1B中，18b是在加热流路18、18中适当设置的补强用突出部;25是安装外框16a用的封闭圈沟;26是安装内框用的封闭圈沟;27是配置在加热蒸汽入口11附近的分散用及补强用的突出部;28是配置在浓缩液及分离蒸汽出口13附近的补强用突出部;30是沿传热板10的全周边设置的补强用凹凸部。
在上述实施例中，原液加热流路18、18中的纵沟18a的间距P和沟角部曲率R分别为P＝4.0～9.0mm，R＝3.0mm以下。当P小于4.0mm时，在对具有设定深度的纵沟进行压力成形时，易造成板的断裂，但当大于9.0mm时，原液一侧的干燥面发生率变高，加热蒸汽侧的高出部的冷凝水进入沟底的可能性就会变低。另一方面，R为3.0mm以下时，沟18a内的表面张力可使冷凝水进入沟内，但R为3.0mm以上时，超越了表面张力的有效范围，不易使水进入沟内。
鉴于P和R与原液和加热蒸汽冷凝水的表面张力的关系，其最佳范围如上所述。
图10是用本发明的传热板构成的浓缩装置的流程图，31是第1浓缩机，32是第2浓缩机，33是第3浓缩机，34是第一分离器，35是第2分离器，36是第3分离器，37是板型凝缩机，38、39是板型予热器，40是水箱，41是平衡箱，42是蒸汽注入器，43是排水罐，44是水注入器，45是第一给液泵，46是第2给液泵，47是第3给液泵，48是抽出泵，49是第1排水泵，50是第2排水泵，51是第3排水泵，52是第4排水泵，53是真空泵。
原液从图10左端的给液管54进入平衡箱41，然后用泵45经过予热器38→给液管55→予热器39→给液管56，供给第一浓缩机31的各原液板，在整个传热面上形成均一薄膜，从上部向下部流下。第1浓缩机31的蒸汽板从蒸汽注入器42获得加热蒸汽供应，凝缩水用排水泵49从排水罐43排出，并作为予热介质供给第一予热器38。第2予热器的予热介质是从蒸汽注入泵42的上流分出的一部分加热蒸汽。
通向第一浓缩机31的原液，在传热板上膜状流下时被浓缩，该浓缩液在第1分离器34中被分离。在34中分离的蒸汽，供给第2浓缩机32作为加热介质，另一方面，浓缩液被第2给液泵46送往第2浓缩机32的原液板，进行进一步的浓缩。在第2浓缩机32浓缩的浓缩液和分离蒸汽在第2分离器35分离。该分离的蒸汽被送往第3浓缩机33作加热介质，进行多次利用。另一方面，在第2分离器35中分离的浓缩液被第3给液泵47送往第3浓缩机33的各原液板，进一步被浓缩，用抽出泵48将设定浓度的制品从第3分离器36中抽出。这样，原液在浓缩31、32和33中从进入到抽出无循环地被浓缩，从而实现了单程浓缩。
在第3分离器中分离的蒸汽，在凝缩机37中冷凝，冷凝水被第4排水泵52送往第1予热器38用作加热介质。
在各浓缩器31、32和33中产生的加热蒸汽的冷凝水，分别被排水泵49、50和51抽出，送往第1予热器38作为加热介质。
另外，清洗装置时，停止向平衡箱中供原液，代之供应水或洗涤液，开动各给液泵45、46、47、48，使洗液按第1浓缩器31→第1分离器34→第2浓缩32→第2分离器35→第3浓缩机33→第3分离器35→平衡罐的顺序和原液以同样的方式运行，从而进行清洗，这种方法统称CIP(就地)清洗。
用上述实施例的装置，可得到下列优点。由于进行了从装置入口到出口的单程浓缩，原液的热接触时间短。因此，制品不会变差，可得到高质量的浓缩液。另外由于在整个装置中可以进行低温浓缩，从而可以提高产品的质量。由于热接触时间短及可以进行低温浓缩，原液中含有的挥发性香味成分可大部分被保留下来，如将浓缩液稀释，制品的附加价值增高。
另外，由于整个装置的持液量少，所以具有以下优点。
1.既使原液量少，也可浓缩。
2.易于变换液种。
3.CIP清洗时，可节省洗液且排出量小。
4.液体的收率高。
另外，由于不是循环式，所以给液泵小型化，节省了电力。由于采用了重复应用方式、蒸汽注入器及予热器，从而节省了蒸汽和冷却水的消费量。另外，既使是发泡性液体，由于板间距狭小从而抑制了发泡，避免了飞泡而造成的液体损失，并能使操作变得安定。另外，对于CIP的效果来说，由于采用了长板型，既使是少量的洗液，也可以得到大的内流速，从而可完全洗净，以至非常卫生。另外，由于没有运动部分，是静止装置，连结紧密，因而初始投资少。
图11是本发明的浓缩机A和其它浓缩机B～F的总括传热系数的比较图。A与B～F相比，可得到高的性能。强制循环式B的性能虽然高，但是，不能用在热感受性强的液体的单程浓缩装置中。
下面通过例举浓缩制品的品质数据来进行说明。
首先用代表性的浓缩果汁-桔子、波萝及大豆蛋白浓缩液来说明，从表1、2、3可看出，原液和浓缩液的成分基本上没有什么变化，可以说没有造成品质的下降。
另外，表4是用本发明的装置实施的各种液体浓缩实验结果，该表中的Bx为糖度单位。
表1温州桔子浓缩果汁分析结果测定项目原液第一用途第二用途最终浓缩液浓缩液浓缩液1Bx11.620.736.160.52酸1.051.051.051.053PH3.363.363.363.364V-C(mg%)35.2835.3835.2735.265A-N(mg%)35.4435.3735.2335.026L51.950.049.849.87a4.97.57.77.2
续表-1-测定项目原液第一用途第二用途最终浓缩液浓缩液浓缩液8b31.529.829.829.69浆(v/v%)5.64.54.54.410褐色度0.1140.1440.1440.144＊酸的分析值是调整到Bx为11.6的值。
表2波萝浓缩果汁分析结果测定项目原液浓缩液1Bx6.950.02酸0.990.953PH3.323.354V-C(mg%)18.6216.045浆0.81.0＊酸的分析值为调整Bx为11.6时的值。
表3大豆蛋白浓缩液分析结果测定项目原液浓缩液浓缩液(样品1)(样品2)1液浓度(干基)4.6WT%32.2WT%48.6WT%25%液浊度1.061.041.00320L值(亮度)81.580.881.44液a值(红色)0.80.70.75色b值(黄色)39.139.539.96调△E值(透明度)36.737.337.5
表4实验结果原液浓度浓缩液浓度果汁类温州桔子11Bx57Bx波萝10Bx58Bx苹果7Bx43Bx日本酸桔6Bx61Bx梅子10Bx70Bx
续表-4-原液浓度浓缩液浓度豆乳类大豆蛋白5Bx49Bx糖液类蜂蜜41Bx77Bx骨提取液类Poultrybeansoup3Bx35Bx鱼提取类鲣汁1Bx41Bx
续表-4-原液浓度浓缩液浓度酵母类啤酒酵母1Bx35Bx药类麦芽提取液4Bx10Bx如上所述，本发明的装置可以说是具有完全的单程性能、对于热感受性强的物质最为适应的浓缩装置。另外，本发明的装置既使是对热不敏感的通常物质的浓缩，由于其省能性、保养性、紧凑性及低成本，与其他浓缩装置相比也是十分有效的装置。
权利要求
1.一种薄膜流下型浓缩机，其特征在于在该原液板与蒸汽板相互交替重叠，用加热蒸汽浓缩原液的浓缩机中，原液板具有下列部分在板的纵方向中心线上设置的、原液在其间上升的予热流路，在该予热流路上端向左右两侧设置的，使原液分散成均一薄膜的两侧的分散部，分别在两侧分散部的正下方分别设置的、使液膜厚度在整个传热面的全宽上都均一化的两侧的池部。具有在两侧池部的下方传热板的整个宽度上设置的、使原液呈薄膜状流下，且对流下的原液的流下方向进行限制的多条纵沟的原液的加热流路。
2.权利要求1的浓缩机，其特征在于予热流路的横断面的宽窄反复变化。
3.权利要求1的浓缩机，其特征在于分散部具有沿液膜流向的垂直方向延伸的、在原液流动方向上隔开设置的多个用来形成狭窄部的突梁，以及多个在突梁之间及分散部出口附近规则配置的分散用突部。
4.权利要求1的浓缩机，其特征在于，池部是沿原液流下方向的垂向延伸，使液膜厚度扩展的凹沟。
5.权利要求1的浓缩机，其特征在于，在加热流路中，纵沟的配列间距P＝4.0～9.0mm，沟角部曲率R＝0.3mm以下。
6.权利要求1的浓缩机，其特征在于，板的长宽比为9∶1。
7.权利要求1的浓缩机，其特征在于各原液板的原液供给由统一的供给路经供给，由各原液板出来的浓缩液也由统一的路经取出。
8.一种薄膜流下型浓缩机，其特征在于，将权利要求1～7中任一项记载的浓缩机和分离器的对子，以多段的形式配置，其中原液从前移到后段顺次进行单程送液，并且，前段的分离蒸汽用作后段的浓缩机的加热介质，向初段的浓缩机供给加热介质是通过蒸汽注入机进行的，供给初段浓缩机的原液是用在各段浓缩机中产生的加热介质的冷凝液及最终段的分离器的分离蒸汽的冷凝液予热的。
全文摘要
适于热感受性强的液体的浓缩的薄膜流下型板式浓缩机，在传热板10上形成预热流路19，分散部23、23，池部24、24，以及加热流路18、18。因而可使原液进行高效率的单程浓缩，特别是上述各部分对于其对原液的各种作用来说都提供了最佳形式，使总括传热性能进一步得到提高。
文档编号B01D1/22GK1044910SQ8910088
公开日1990年8月29日 申请日期1989年2月20日 优先权日1989年2月20日
发明者坂井吉治, 增谷宪三 申请人:株式会社日阪制作所