正滲透濃縮系統(tǒng)及濃縮方法
【專利摘要】一種正滲透濃縮系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括海水預(yù)處理澄清池、第一循環(huán)抽取泵、多級汲取液蒸發(fā)調(diào)節(jié)池、透明玻璃、第二循環(huán)抽取泵、二級過濾裝置、汲取液儲存池、汲取液注入泵、濃縮液抽取泵、濃縮池、濃縮液注入泵、正滲透裝置、汲取液抽取泵、第三循環(huán)抽取泵、集水管道和集水池。在系統(tǒng)中滲透壓驅(qū)使原汁中的水透過正滲透膜進(jìn)入汲取液，從而實現(xiàn)原汁的濃縮，而稀釋的汲取液則可以通過海水曬鹽工藝蒸發(fā)成為高濃度的汲取液，重新送回到正滲透工藝作為汲取液使用，從而實現(xiàn)汲取液的高效循環(huán)利用，大大降低工程造價和運(yùn)行成本，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說明】正滲透濃縮系統(tǒng)及濃縮方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種果汁濃縮方法，是一種以高濃度鹵水為汲取液從番茄汁中汲取水分的正滲透濃縮番茄汁的工藝技術(shù)，此工藝也適用于其他果汁、藥物等的濃縮加工。
【背景技術(shù)】
[0002]番茄是一種營養(yǎng)豐富、色澤鮮美的果實類蔬菜，含有豐富的維生素、纖維素、果膠以及番茄紅素，其中番茄紅素是一種很好的抗癌、抗突變的抗氧化劑，它可以有效的防治因衰老、免疫力下降引起的各種疾病。因此，它受到世界各國廣泛的青睞，但其收獲期短、上市集中、難以長期保存，不便于運(yùn)輸，故需濃縮加工成易于貯藏的制品，以調(diào)節(jié)其淡旺季供應(yīng)。
[0003]目前工業(yè)上主流采用真空蒸發(fā)并輔以反滲透技術(shù)來濃縮果汁，Rodrigues等將反滲透運(yùn)用于卡姆果(camu - camu)果汁的濃縮，并提出反滲透濃縮可作為經(jīng)典的真空蒸發(fā)的一個濃縮環(huán)節(jié)來應(yīng)用；張鵬等采用管式反滲透膜系統(tǒng)對番茄汁(原漿)進(jìn)行脫水濃縮處理，考察了壓力、溫度及濃度對膜通量的影響，雖然反滲透濃縮技術(shù)由于在相對而言比較低的溫度下工作，維生素等營養(yǎng)成份的流失少，保證了產(chǎn)品的高品質(zhì)，但由于果汁滲透壓的限制，使其所能達(dá)到的濃縮度比較低，而且生產(chǎn)運(yùn)行能耗高，膜污染嚴(yán)重，不能一次濃縮成高濃度產(chǎn)品，要與其它方法集成使用。
[0004]近些年，隨著正滲透(FO)膜技術(shù)的發(fā)展，綠色低能的正滲透濃縮技術(shù)也逐步運(yùn)用于果汁的濃縮實驗研究，與反滲透膜技術(shù)以及真空蒸發(fā)技術(shù)相比，正滲透膜技術(shù)以滲透壓為驅(qū)動力對果汁進(jìn)行低倍濃縮，能夠降低能耗，更好地保留果汁的原有風(fēng)味，使其相比之下具有綠色、低能、果汁口感更好、高效率等優(yōu)勢。因此，對正滲透技術(shù)運(yùn)用于果汁的濃縮過程，各個參數(shù)對滲透速度影響的研究將促進(jìn)此項技術(shù)的發(fā)展，對提高果汁加工水平深遠(yuǎn)的意義。
[0005]而是否有合適的汲取液，是正滲透技術(shù)能否應(yīng)用的關(guān)鍵因素。目前已有一些研究者在使用NH3+C02水溶液等作汲取液，而我們采用NaCl混合溶質(zhì)配制汲取液，相比之下，成本會低很多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種以高濃度的鹵水為汲取液的正滲透濃縮系統(tǒng)及方法，此工藝也適用于番茄等果汁、還有藥物等的濃縮加工。
[0007]一種正滲透濃縮系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括海水預(yù)處理澄清池、第一循環(huán)抽取泵、多級汲取液蒸發(fā)調(diào)節(jié)池、透明玻璃、第二循環(huán)抽取泵、二級過濾裝置、汲取液儲存池、汲取液注入泵、濃縮液抽取泵、濃縮池、濃縮液注入泵、正滲透裝置、汲取液抽取泵、第三循環(huán)抽取泵、集水管道和集水池。
[0008]所述海水預(yù)處理池與汲取液蒸發(fā)調(diào)節(jié)池之間連接有第一循環(huán)抽取泵，汲取液蒸發(fā)調(diào)節(jié)池上部安裝透明玻璃，汲取液蒸發(fā)調(diào)節(jié)池上的蒸發(fā)液出口通過集水管道連接集水池。
[0009]所述汲取液蒸發(fā)調(diào)節(jié)池和過濾裝置之間連接有第二循環(huán)抽取泵。[0010]所述過濾裝置和汲取液儲存池之間連接第三循環(huán)抽取泵。
[0011]所述正滲透裝置中間由正滲透膜組件分成左右兩部分。
[0012]所述汲取液儲存池通過汲取液注入泵與正滲透裝置的右上端入口相連。
[0013]所述正滲透裝置與濃縮池之間通過濃縮液注入泵連接，濃縮液注入泵與正滲透裝置的左下端入口相連。
[0014]濃縮液抽取泵位于正滲透裝置與濃縮池之間，與正滲透裝置的左上端出口相連。
[0015]在正滲透裝置和汲取液調(diào)節(jié)池之間還連接由汲取液抽取泵13，汲取液抽取泵與正滲透裝置的右下端出口相連。
[0016]作為優(yōu)選，正滲透膜為HTI的Pouch正滲透膜，型號:101013-NW-4 (其他型號的正滲透膜同樣適用)。所有膜組件作為多級串聯(lián)，正滲透膜定期清洗更換。
[0017]利用所述正滲透濃縮系統(tǒng)進(jìn)行正滲透濃縮的方法，包括以下步驟:
[0018]步驟一，粗汲取液的制備:將預(yù)先抽取的海水加入到預(yù)處理澄清池中，進(jìn)行過濾除渣預(yù)處理，得到粗汲取液；
[0019]步驟二，精汲取液的制備:將粗汲取液用第一循環(huán)抽取泵抽運(yùn)到汲取液蒸發(fā)調(diào)節(jié)池中，利用太陽光進(jìn)行蒸發(fā)，蒸發(fā)的蒸餾水通過集水管道流到集水池中待用；必要時可同時調(diào)節(jié)汲取液的濃度，使其質(zhì)量濃度為17% —19%，汲取液濁度值小于1.0NTU ;以等池底出現(xiàn)結(jié)晶即汲取液處于飽和狀態(tài)。
[0020]步驟三，汲取液二次過濾:等汲取液調(diào)節(jié)池中的汲取液達(dá)標(biāo)時，利用第二循環(huán)抽取泵將汲取液抽運(yùn)到汲取液儲存池的過程中經(jīng)過濾器二次過濾，過濾結(jié)晶出來的鹽；
[0021]步驟四，液料加入:將需要濃縮的原汁加入濃縮池；
[0022]步驟五，濃縮:開啟汲取液注入、抽出栗以及原汁注入栗、抽取栗，使汲取液和原汁在正滲透膜裝置內(nèi)發(fā)生正滲透效應(yīng)，原汁和汲取液采用錯流方式循環(huán)流動；同時開啟其他相關(guān)循環(huán)泵，使液體循環(huán)運(yùn)動，溫度控制在15±2°C ；
[0023]步驟六，出料:當(dāng)濃縮池內(nèi)的濃縮液糖度達(dá)到所需要求時，關(guān)閉濃縮液注入泵11，并從濃縮池10內(nèi)提取出達(dá)到所需要求的濃縮液。
[0024]步驟七，重復(fù):重復(fù)步驟二到七，維持正滲透濃縮裝置系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行。
[0025]在正滲透工藝中滲透壓驅(qū)使番茄汁中的水透過正滲透膜進(jìn)入汲取液，從而實現(xiàn)番茄汁的濃縮，而稀釋的汲取液則可以通過海水曬鹽工藝蒸發(fā)成為高濃度的汲取液，重新送回到正滲透工藝作為汲取液使用，從而實現(xiàn)汲取液的高效循環(huán)利用。大大降低工程造價和運(yùn)行成本，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:
[0027]第一，高濃度的鹵水是一種良好的汲取液，可通過海水蒸發(fā)獲得，汲取液使用儲量充足的海水，經(jīng)過預(yù)處理和太陽的蒸發(fā)，提高其濃度和滲透壓，成本低，來源豐富，節(jié)約資源，操作簡便。
[0028]第二，本發(fā)明在汲取液的制備時結(jié)合海水曬鹽工藝，節(jié)能環(huán)保，同時可以得到副產(chǎn)品蒸餾水，具有一定的附加值。
[0029]第三，利用汲取液和原汁的滲透壓差作為驅(qū)動力，有利于節(jié)約能源；
[0030]第四、番茄原汁和汲取液采用錯流方式循環(huán)流動，增加了番茄原汁和汲取液的交互作用，減小了濃差極化現(xiàn)象。[0031]第五，濃縮過程中，汲取液循環(huán)利用，減少了汲取液的再配置，節(jié)約了資源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明的實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2是本發(fā)明的實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例。
[0035]實施例一:
[0036]如圖1所示的正滲透濃縮系統(tǒng)由1、海水預(yù)處理澄清池2、第一循環(huán)抽取泵3、多級汲取液蒸發(fā)調(diào)節(jié)池4、透明玻璃5、第二循環(huán)抽取泵6、二級過濾裝置7、汲取液儲存池8、汲取液注入泵9、濃縮液抽取泵10、濃縮池11、濃縮液注入泵12、正滲透裝置13、汲取液抽取泵、14、第三循環(huán)抽取泵、15、集水管道16、集水池組成。
[0037]系統(tǒng)中各部件的連接關(guān)系為:
[0038]海水預(yù)處理池I與汲取液蒸發(fā)調(diào)節(jié)池3之間連接有第一循環(huán)抽取泵2，汲取液蒸發(fā)調(diào)節(jié)池3上部安裝透明玻璃4，汲取液蒸發(fā)調(diào)節(jié)池3上的蒸發(fā)液出口通過集水管道15連接集水池16。
[0039]汲取液蒸發(fā)調(diào)節(jié)池3和過濾裝置6之間連接有第二循環(huán)抽取泵5。
[0040]過濾裝置6和汲取液儲存池7之間連接第三循環(huán)抽取泵14。
[0041]正滲透裝置12中間由正滲透膜組件分成左右兩部分。
[0042]汲取液儲存池7通過汲取液注入泵8與正滲透裝置12的右上端入口相連。
[0043]正滲透裝置12與濃縮池10之間通過濃縮液注入泵11連接，濃縮液注入泵11與正滲透裝置的左下端入口相連。
[0044]濃縮液抽取泵9位于正滲透裝置12與濃縮池10之間，與正滲透裝置12的左上端出口相連。
[0045]在正滲透裝置和汲取液調(diào)節(jié)池之間還連接由汲取液抽取泵13，汲取液抽取泵13與正滲透裝置的右下端出口相連。
[0046]海水被加入到I海水預(yù)處理池中經(jīng)行預(yù)處理，除去微生物及大顆粒懸浮物等；然后通過第一循環(huán)抽取泵2被抽取到安裝有透明玻璃4的多級汲取液蒸發(fā)調(diào)節(jié)池3中經(jīng)行精處理，利用太陽光，經(jīng)行汲取液蒸發(fā)濃縮到飽和濃度，用第二循環(huán)抽取泵5經(jīng)過過濾裝置6過濾去結(jié)晶的鹽，蒸餾水通過集水管道15流入到集水池16中；用汲取液注入泵8將汲取液通過正滲透裝置12的右邊上入口注入到正滲透裝置12的右邊，用汲取液抽取泵13從正滲透裝置12的右邊下端將汲取液抽取到汲取液調(diào)節(jié)池3中實現(xiàn)汲取液的循環(huán)流動；用濃縮液注入泵11將原汁注入到正滲透裝置12左下端的入口注入，通過濃縮液抽取泵9將正滲透裝置12左邊的原汁抽取到濃縮池10中實現(xiàn)原汁的循環(huán)。
[0047]參照圖1，本實施例的運(yùn)行方法包括以下步驟(以番茄汁為例):
[0048]步驟一，粗汲取液的制備:將預(yù)先從海洋中抽取的海水加入到預(yù)處理澄清池I中，進(jìn)行過濾除渣等預(yù)處理。
[0049]步驟二，精汲取液的制備:將經(jīng)過預(yù)處理的汲取液用第一循環(huán)抽取泵2抽運(yùn)到汲取液蒸發(fā)調(diào)節(jié)池3中，利用太陽光經(jīng)行蒸發(fā)，蒸發(fā)的蒸餾水通過集水管道15流到集水池16中待用；同時調(diào)節(jié)汲取液的濃度和滲透壓，必要時可以等池底出現(xiàn)結(jié)晶即汲取液處于飽和狀態(tài)。
[0050]步驟三，汲取液二次過濾:等汲取液蒸發(fā)調(diào)節(jié)池3中的汲取液達(dá)標(biāo)時，利用第二循環(huán)抽取泵5將汲取液抽運(yùn)到汲取液儲存池7的過程中經(jīng)過濾器6 二次過濾。
[0051]步驟四，液料加入:將需要濃縮的番茄原汁加入所述濃縮池10。
[0052]步驟五，濃縮:開啟所述汲取液注入、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滲透膜裝置內(nèi)發(fā)生正滲透效應(yīng)；同時開啟其他相關(guān)循環(huán)泵，使液體循環(huán)運(yùn)動起來。
[0053]步驟六，出料，但所述出液調(diào)節(jié)池內(nèi)的番茄汁濃度達(dá)到所需要求時，開啟所述出液輸送泵，將出液輸送到下一個工段。
[0054]步驟七，重復(fù):重復(fù)步驟二到七，維持正滲透濃縮裝置系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行。
[0055]實施例二:
[0056]如圖2所示的正滲透濃縮番茄汁系統(tǒng)，本實施例與實施例一的區(qū)別在于:正滲透裝置12的膜組件由四個組件串聯(lián)而成，其運(yùn)行方式與實施例一完全一樣。本實施案例將四個組件串聯(lián)，可以得到更高濃度的番茄汁，節(jié)約能源，便于儲存運(yùn)輸。
【權(quán)利要求】
1.一種正滲透濃縮系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括海水預(yù)處理澄清池(I)、第一循環(huán)抽取泵(2)、多級汲取液蒸發(fā)調(diào)節(jié)池(3)、透明玻璃(4)、第二循環(huán)抽取泵(5)、二級過濾裝置(6)、汲取液儲存池(7)、汲取液注入泵(8)、濃縮液抽取泵(9)、濃縮池(10)、濃縮液注入泵(11)、正滲透裝置(12)、汲取液抽取泵(13)、第三循環(huán)抽取泵(14)、集水管道(15)和集水池(16)； 所述海水預(yù)處理池(I)與汲取液蒸發(fā)調(diào)節(jié)池(3)之間連接有第一循環(huán)抽取泵(2)，汲取液蒸發(fā)調(diào)節(jié)池(3)上部安裝透明玻璃(4)，汲取液蒸發(fā)調(diào)節(jié)池(3)上的蒸發(fā)液出口通過集水管道(15)連接集水池(16)； 所述汲取液蒸發(fā)調(diào)節(jié)池(3 )和過濾裝置(6 )之間連接有第二循環(huán)抽取泵(5 ); 所述過濾裝置(6 )和汲取液儲存池(7 )之間連接第三循環(huán)抽取泵(14 ); 所述正滲透裝置(12)中間由正滲透膜組件分成左右兩部分； 所述汲取液儲存池(7)通過汲取液注入泵(8)與正滲透裝置(12)的右上端入口相連； 所述正滲透裝置(12)與濃縮池(10)之間通過濃縮液注入泵(11)連接，濃縮液注入泵(11)與正滲透裝置的左下端入口相連； 濃縮液抽取泵(9)位于正滲透裝置(12)與濃縮池(10)之間，與正滲透裝置(12)的左上端出口相連； 在正滲透裝置(12)和汲取液蒸發(fā)調(diào)節(jié)池(3)之間還連接有汲取液抽取泵(13)，汲取液抽取泵(13)與正滲透裝置(12)的右下端出口相連。
2.利用權(quán)利要求1所述的正滲透濃縮系統(tǒng)進(jìn)行正滲透濃縮的方法，包括以下步驟: 步驟一，粗汲取液的制備:將預(yù)先抽取的海水加入到預(yù)處理澄清池中，進(jìn)行過濾除渣預(yù)處理，得到粗汲取液； 步驟二，精汲取液的制備:將粗汲取液用第一循環(huán)抽取泵抽運(yùn)到汲取液蒸發(fā)調(diào)節(jié)池中，利用太陽光經(jīng)行蒸發(fā)，蒸發(fā)的蒸餾水通過集水管道流到集水池中待用；同時調(diào)節(jié)汲取液的濃度，使其質(zhì)量濃度17% —19% ； 步驟三，汲取液二次過濾:等汲取液調(diào)節(jié)池中的汲取液達(dá)標(biāo)時，利用第二循環(huán)抽取泵將汲取液抽運(yùn)到汲取液儲存池的過程中經(jīng)過濾器二次過濾，過濾結(jié)晶出來的鹽，使汲取液濁度值小于1.0NTU ； 步驟四，液料加入:將需要濃縮的原汁加入濃縮池； 步驟五，濃縮:開啟汲取液注入、抽出泵以及原汁注入泵、抽取泵，使汲取液和原汁在正滲透膜裝置內(nèi)發(fā)生正滲透效應(yīng)，原汁和汲取液采用錯流方式循環(huán)流動；同時開啟其他相關(guān)循環(huán)泵，使液體循環(huán)運(yùn)動，溫度控制在15±2°C ; 步驟六，出料:當(dāng)濃縮池內(nèi)的濃縮液糖度達(dá)到所需要求時，關(guān)閉濃縮液注入泵，并從濃縮池內(nèi)提取出達(dá)到所需要求濃縮液； 步驟七，重復(fù):重復(fù)步驟二到七，維持正滲透濃縮裝置系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正滲透濃縮的方法，其特征在于，所述正滲透膜為HTI的Pouch正滲透膜，型號:101013-麗-4。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正滲透濃縮的方法，其特征在于，所述正滲透裝置采用多級串聯(lián)膜組件。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正滲透濃縮的方法，其特征在于，步驟二的精汲取液制備時，必要時可以等池底出現(xiàn)結(jié)晶即汲取液處于飽和狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正滲透濃縮的方法，其特征在于，所述濃縮后濃縮池中原汁糖度達(dá)到30Bix以上。`
【文檔編號】C02F9/10GK103706252SQ201310752738
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】黃光勝, 徐偉, 孫建國, 陳敏, 趙炎春 申請人:重慶大學(xué)