一种新型的渐进冷冻浓缩设备的设计优化及基础研究

摘要

渐进冷冻浓缩作为冷冻浓缩的一种方式，由于过程中冰晶单向生长为一整块冰晶，使其拥有固液分离方便，体系简单，装置成本低等优点。当前所设计的典型渐进冷冻设备中，大多数冰晶生长方式都是依附于冷却面单向向上生长，却极少有人研究冰层从上向下单向生长的冷冻浓缩过程（unidirectional downward freezing concentration），此过程与自然冷冻过程非常相似，使得冰晶与母液的分离更简单。为了进一步研究这种从上向下单向生长的冷冻浓缩过程，本文设计出一台可供冰晶向下单向生长的实验室渐进冷冻浓缩设备，研究在此设备中影响浓缩效果的因素，并为单向向下渐进冷冻浓缩的深入研究提供参考。
　　本文首先设计出一台可供多管式同时操作的主动推入式渐进冷冻浓缩设备，然后利用色素溶液对仪器进行初期的调试改进，使冷冻箱体内的风速温度趋于均一，多管操作时具有统一性；改进冷冻管设计，使得固液分离更容易，清洗冰晶更方便；缩短成核时间；使得仪器能够稳定和持续运行；并且初步摸索出该设备中影响浓缩效果的因素。在前期优化的基础上，使用蔗糖溶液进行冷冻浓缩，探索了机构上升速度、冷冻温度、溶液浓度对于浓缩效果的影响,并研究了冰相中沿冰晶生长方向上的溶质分布问题。结果发现机构上升速度过快和冷冻温度较低都促使冰晶的生长速度过快，冰相夹带严重，有效分离系数 K较大；溶液浓度过高，冰相夹带严重，K较大；在机构上升速度0.1cm/h下，冰相中的溶质浓度沿着冰晶生长方向上先降低再升高，且不同种类的溶液在条件下均发现此现象，主要是前期的成核速度大于溶质移动速度，后期冰晶生长速度小于溶质的移动速度。较高的机构上升速度，由于冰晶生长速度过于高，导致冰相中的溶质浓度沿着冰晶生长方向上逐渐升高。在此基础上，我们将向下渐进冷冻浓缩和热蒸发浓缩方法处理苹果汁，分析其对苹果汁品质的影响，并进行能耗对比，发现冷冻浓缩在保持苹果汁的理化性质维生素 C含量、还原糖、色值、pH值等方面都优于热蒸发浓缩，且冷冻浓缩更有希望成为今后节能的浓缩方式。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 背景

1.2 冷冻浓缩的概况

第二章 新型渐进冷冻浓缩装置的设计优化

2.1 新型渐进冷冻浓缩装置介绍

2.2 向下单向渐进冷冻浓缩装置的调试及优化

2.3 结果和讨论

2.4 小结

第三章 糖汁向下单向渐进冷冻浓缩过程的研究

3.1 材料与方法

3.2 结果与分析

3.3 小结

第四章 苹果汁在冷冻浓缩与热蒸发浓缩应用中的比较

4.1 实验材料及设备

4.2 实验方法

4.3 结果与分析

4.4 能耗计算及比较

4.5 小结

第五章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 研究展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢