界面渐进冷冻分离装置的研究

发布时间：2017-08-23 12:18

  本文关键词：界面渐进冷冻分离装置的研究

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【摘要】：冷冻分离技术具有常压、低温、低能耗浓缩分离料液等特点,这项技术广泛应用于食品、化工、生物、制药等领域。界面渐进冷冻分离装置是一种料液在低温表面上形成片状冰实现料液的浓缩分离装置,结构简单,冰片处理方便,对料液的适应性好。本文对该类装置进行了较系统的理论分析和实验研究。论文给出了可实现界面渐进冷冻分离的三种技术方案:盘管式、管式、刮片式,分析了其工作原理和基本特点,并对其成本、能耗、料液适应性等进行了综合对比,表明盘管式冷冻分离装置适用于小规模料液处理的场合,管式和刮片式冷冻分离装置则应用于中、大规模料液处理时具有较好的综合优势。针对盘管式冷冻分离装置工况变化复杂的特点,论文对盘管式冷冻分离装置的变工况性能进行了理论研究,建立了其物理模型和数学模型。通过计算,分析了结冰速率、融冰速率随制冷剂蒸发温度、冷凝温度、料液温度、冰层厚度等参数的变化规律。结果表明,通过合理的调控盘管式冷冻分离装置在结冰融冰过程中工艺参数的变化,可以获得适宜的结冰速率和融冰速率。以上述工作为指导,设计并搭建了盘管式冷冻分离实验装置,分别进行了预冷、结冰、融冰实验。结果表明:预冷阶段,采用料液循环可较好地避免料液降温过程中的后期温度局部回升;结冰阶段,当料液温度3.3℃,冰水温度16.7℃,10min平均结冰速率可达0.003mm/s,对溶质去除率可达85%,但随着料液浓度的增大和蒸发温度的降低,冰层中的溶质夹带会增加;融冰阶段,靠近盘管侧融冰速率远高于冰水侧的融冰速率,且融冰后期冰层可从盘管上脱落使融冰过程显著强化。
【关键词】：冷冻分离 浓缩 盘管式 结冰速率 融冰速率
【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.8
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 前言10-27
• 1.1 适于冷冻分离的典型料液简介10-14
• 1.1.1 果蔬汁10-11
• 1.1.2 啤酒11
• 1.1.3 药液11-12
• 1.1.4 废水12-13
• 1.1.5 淡化海水13-14
• 1.2 料液浓缩分离技术概述14-19
• 1.2.1 蒸发浓缩分离14-15
• 1.2.2 膜浓缩分离15-16
• 1.2.3 冷冻浓缩分离16-19
• 1.3 冷冻分离技术研究及其应用现状19-26
• 1.3.1 冷冻浓缩分离技术的基础理论研究19
• 1.3.2 冷冻浓缩分离设备研究19-23
• 1.3.3 冷冻浓缩分离技术的应用研究23-25
• 1.3.4 冷冻浓缩分离技术现存问题及发展方向25-26
• 1.4 本文主要工作26-27
• 2 界面渐进冷冻分离装置的技术方案分析27-40
• 2.1 盘管式冷冻分离装置27-28
• 2.2 管式冷冻分离装置28-30
• 2.3 刮片式冷冻分离装置30-31
• 2.4 三种技术方案综合对比31-40
• 3 盘管式冷冻分离装置变工况性能的理论研究40-54
• 3.1 盘管式冷冻分离装置的物理模型40-41
• 3.2 盘管式冷冻分离装置的基本方程41-48
• 3.2.1 制冷机单元的基本方程41-43
• 3.2.2 结冰和融冰过程的基本方程43-48
• 3.3 盘管式冷冻分离装置的性能变化规律48-54
• 4 界面渐进冷冻分离装置实验研究54-67
• 4.1 实验目的54
• 4.2 实验装置简介54-57
• 4.3 实验方法及步骤57-58
• 4.3.1 实验方法57
• 4.3.2 实验步骤57-58
• 4.4 实验结果及其分析58-67
• 4.4.1 预冷阶段58-59
• 4.4.2 结冰阶段59-64
• 4.4.3 融冰阶段64-67
• 5 结论与展望67-68
• 5.1 结论67
• 5.2 展望67-68
• 6 参考文献68-74
• 7 攻读硕士学位期间论文发表情况74-75
• 8 致谢75

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本文编号：725008