明胶冷冻浓缩与干燥的方法及装置.pdf

本发明属于明胶的制备领域，具体涉及一种明胶冷冻浓缩与干燥的方法及装置。本发明将液态的明胶溶液经低温处理完成由液态变为固态，使明胶与水共同形成冰体而成型，完成分子收缩，再将冰体放置在亲水的乙醇中，利用水与明胶融点的不同实现冰体成为水与明胶的分离，完成明胶浓缩。浓缩后的明胶利用离心过滤机和真空干燥机，去除明胶中残存的水和乙醇，实现明胶的最终提纯干燥。本发明更新了传统高温蒸发浓缩与干燥的工艺。使明胶溶液在浓缩过程中不受高温影响而破坏冻力，提高产品质量档次，同时节省了高温蒸发、干燥的煤耗。

1.  一种明胶冷冻浓缩与干燥的方法，其特征在于明胶溶液经换热器降温后进入速冻单冻机速冻成冰体，完成分子收缩，分子收缩后的冰体与乙醇混合进行融冰，冰体融化的水与乙醇溶合，明胶与水分离完成浓缩，与水分离后的明胶进入离心过滤机进行甩干，甩干后的明胶进入真空干燥机实现最终干燥。

2.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于明胶溶液经换热器降温到10℃～35℃。

3.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述乙醇的温度为-2℃～15℃。

4.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述真空干燥机的夹套中通入50～60℃的热水。

5.  一种明胶冷冻浓缩与干燥的装置，包括储胶罐，其特征在于储胶罐的出口通过明胶输送泵与换热器的管程进口连接，换热器的管程出口与速冻单冻机的进口连接，速冻单冻机的出口与输送绞龙下部的明胶入口连接，输送绞龙上部的明胶出口与离心过滤机的进口连接，离心过滤机的出胶口与真空干燥机的进口连接。

6.  根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述速冻单冻机的进口处设有滴胶槽，滴胶槽的下方设有冷滚，冷滚的表面分布有冷滚槽，冷滚的下方设有传送网带，传送网带与速冻单冻机的出口连接。

7.  根据权利要求5所述的装置，其特征在于输送绞龙上部设有进液口，下部设有出液口，输送绞龙的出液口与废液储存罐的进口连接，换热器的壳程进口通过废液输送泵与废液储存罐的出口连接，换热器的壳程出口与废液储存罐的进口连接，所述废液储存罐的另一出口与乙醇再生装置的进口连接，乙醇再生装置的乙醇排出口通过乙醇输送泵与输送绞龙的进液口连接。

8.  根据权利要求5所述的装置，其特征在于离心过滤机的出胶口与真空干燥机的进胶口之间设有振动流化床。

9.  根据权利要求5所述的装置，其特征在于离心过滤机的排液口与废液储存罐的另一进口连接，真空干燥机的排液口与乙醇再生装置的另一进口连接。

10.  根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述换热器为板式换热器或螺旋板换热器或列管换热器。

明胶冷冻浓缩与干燥的方法及装置
技术领域
本发明属于明胶的制备领域，具体涉及一种明胶冷冻浓缩与干燥的方法及装置。
背景技术
明胶是来自于动物的皮、骨经处理后抽提出来的天然蛋白质。其优良的理化性质被广泛应用于科学、生物材料和工业技术领域。明胶是热敏性蛋白质，在其生产工艺中，浓缩、干燥是明胶生产的重要工艺，其工艺条件的优劣，对明胶的物化性质影响极大。在传统的生产工艺中，明胶浓缩是用三效蒸发机蒸汽高温浓缩。此工艺高温蒸发对产品冻力造成破坏，高温可使产品损失20g冻力，严重影响产品质量档次，并且耗能高、生产成本高。
干燥是长网干燥机和平床。长网干燥机耗用蒸汽多、电耗高、干燥周期长。平床干燥用人工多、对产品造成二次污染、干燥周期长、耗用蒸汽多、电耗高、夏季停产，年停产时间3-4个月，现运行的干燥工艺生产成本高。
发明内容
本发明的目的是更新现行传统的明胶浓缩与干燥工艺。提供一种使明胶在低温速冻条件下成形浓缩，不受高温破坏冻力，减少生产环节，缩短生产周期，提高明胶冻力提高产品质量档次，降低生产成本的明胶冷冻浓缩与干燥的方法及装置。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
即一种明胶冷冻浓缩与干燥的方法，其特征在于明胶溶液经换热器降温后进入速冻单冻机速冻成冰体，完成分子收缩，分子收缩后的冰体与乙醇混合进行融冰，冰体融化的水与乙醇溶合，明胶与水分离完成浓缩，与水分离后的明胶进入离心过滤机进行甩干，甩干后的明胶进入真空干燥机实现最终干燥。
明胶溶液经换热器降温至10℃～35℃。
所述乙醇的温度为-2℃～15℃。
所述真空干燥机的夹套中通入50～60℃的热水。
一种明胶冷冻浓缩与干燥的装置，包括储胶罐，其特征在于储胶罐的出口通过明胶输送泵与换热器的管程进口连接，换热器的管程出口与速冻单冻机的进口连接，速冻单冻机的出口与输送绞龙下部的明胶入口连接，输送绞龙上部的明胶出口与离心过滤机的进口连接，离心过滤机的出胶口与真空干燥机的进口连接。
所述速冻单冻机包括与进口连接的滴胶槽，滴胶槽的下方设有冷滚，冷滚的表面分布有冷滚槽，冷滚的下方设有传送网带，传送网带与速冻单冻机的出口连接。
输送绞龙上部设有进液口，下部设有出液口，输送绞龙的出液口与废液储存罐的进口连接，换热器的壳程进口通过废液输送泵与废液储存罐的出口连接，换热器的壳程出口与废液储存罐的进口连接，所述废液储存罐的另一出口与乙醇再生装置的进口连接，乙醇再生装置的乙醇排出口通过乙醇输送泵与输送绞龙的进液口连接。
离心过滤机与真空干燥机之间设有振动流化床。
离心过滤机的排液口与废液储存罐连接，真空干燥机的排液口与乙醇再生装置的另一进口连接。
所述换热器为板式换热器或螺旋板换热器或列管换热器。
明胶是大分子量结构物质。大分子量物质的特性是在低温条件下会收缩，本发明依据此特性将明胶溶液进行低温处理完成大分子量明胶收缩小分子量水形成氢键结冰，达到水与明胶分离的目的。
本发明的原理如下：
1)分子收缩。由液态的明胶溶液经低温处理完成由液态变为固态，使明胶与水共同形成冰体而成型，完成分子收缩。
2)融冰。融冰是将冰体放置在亲水的乙醇中，利用水与明胶融点的不同实现冰体成为水与明胶的分离，完成明胶浓缩。
3提纯干燥。利用离心过滤机和真空干燥机，去除明胶中残存的水和乙醇，实现明胶的最终提纯干燥。
明胶溶液经板式换热器换热将50℃的明胶溶液换热至25℃，明胶溶液进入速冻单冻机的滴胶槽中，滴胶槽再将明胶液滴流到冷滚表面进行预冷成型。冷滚表面有多条冷滚槽，明胶液滴流至冷滚槽中就形成条状的明胶条，明胶液就这样由液态经冷滚变为固态的明胶条，明胶条由与冷滚匹配的铲刀铲下直接进入速冻单冻机的传送网带，明胶条在网带上面边输送边速冻。当明胶到速冻单冻机出口时就完成分子收缩工作即形成明胶与水共同存在的冰体。
融冰是明胶液冰体分解，实现浓缩。经冷冻收缩后的大分子量明胶和小分子量水共同存在于同一冰体中，达到浓缩就得使冰体中的水分解出来。根据明胶特性温度在20℃以下明胶成型后不会溶化，就得使用液态介质与冰体进行热交换达到冰体融化。乙醇具有亲水性又是良好的脱水介质，故本方案使用-2℃～15℃的乙醇作为与冰体进行热交换的介质，选用乙醇作为融冰介质的特点是：1)对产品不造成污染；2)不造成产品损失；3)对产品起到消毒、灭菌的作用。
融冰时以输送绞龙作为容器，即冰体从速冻单冻机输出直接进入输送绞龙与乙醇混合浸泡边输送边分解。乙醇与水混合后形成低度乙醇，通过输送绞龙的排液口流入废液储存罐，其中一部分废液在废液输送泵的作用下输送到换热器中与明胶溶液进行换热，另一部分废液进入乙醇再生装置循环再生流回输送绞龙继续使用。融冰后的胶含量由3.2％浓缩至50％，实现了浓缩的目的。
浓缩后的明胶仍含有自由水分，为了更好的将水与明胶分离，本发明使用离心过滤机在其离心力场的作用下将水分甩出机外实现明胶与水的分离。离心过滤机是全自动的它边进料边出料。经离心分离后的明胶含量达到80％，但由于使用乙醇作为融冰介质，故明胶体内含有乙醇残留，为了保证明胶中不含有乙醇，本方案使用了负压提纯的方法即真空干燥机。由于乙醇的沸点为78.2℃，明胶的融化点为80℃，故在真空干燥机的夹套中通入50～60℃的热水，利用负压使真空干燥机内部温度超出乙醇沸点，低于明胶的融化点。使明胶体内的乙醇残留完全蒸发，故明胶中不存在乙醇残留，实现明胶的最终干燥。
本发明更新了传统高温蒸发浓缩与干燥的工艺。使明胶溶液在浓缩过程中不受高温影响而破坏冻力，提高产品质量档次，同时节省了高温蒸发、干燥的煤耗，经实验，本发明煤耗为T胶/T煤，传统工艺为T胶/5T煤。作为融冰介质的乙醇可以循环再生，降低了生产成本，本发明不受高温季节影响，可全年生产同时降低了生产成本，增加了企业的经济效益。
附图说明
附图为本发明装置的结构示意图。
如图所示：1废液输送泵；2明胶输送泵；3储胶罐；4板式换热器；5冷滚；6滴胶槽；7冷滚槽；8速冻单冻机；9传送网带；10输送绞龙；11离心过滤机；12乙醇输送泵；13振动流化床；14真空干燥机；15乙醇再生装置；16废液储存罐；17铲刀。
具体实施方式
如附图所示，储胶罐3内设有熬制滤清后温度50℃、浓度3.2％的明胶溶液。明胶溶液在明胶输送泵2的作用下将明胶溶液输送到板式换热器4的管程中，板式换热器4的冷却介质是由废液输送泵1将废液储存罐15中分解后的废乙醇液输入到板式换热器4的壳程中。在板式换热器4的作用下，50℃明胶溶液冷却为25℃，预冷却后的明胶溶液在明胶输送泵2的作用下输入到滴胶槽6中，在重力作用下明胶溶液滴入冷滚5表面的冷滚槽6中，所述冷滚的温度为-4℃，这时明胶溶液在自身冻力和外部冷滚低温下凝聚成明胶胶条，从而实现胶液成型。成型后的胶冻液通过铲刀17铲下落到速冻单冻机8内的传送网带9上，胶条在传送网带9上边输送边速冻。胶条运动至速冻单冻机8的出料口时就已经完成了冻结，即完成明胶分子收缩，小分子量的水形成氢键膨胀成冰工作，此时明胶与水共同存在形成冰体，完成分子收缩工作。
完全冻结的冰体经速冻单冻机8的出料口进入输送绞龙10的下部的明胶进口，输送绞龙中的融冰介质为10℃的乙醇。此时冰体在输送绞龙中与乙醇混合在一起进行融冰，由于乙醇具有亲水性因此融化的水与乙醇混合形成低度乙醇，明胶是蛋白物质不溶于乙醇所以明胶就与水分离，完成了浓缩工作。
分离后的明胶含有自由水，为了更好去除自由水，输送绞龙10将分离后的明胶输送至上部通过明胶出口进入离心过滤机11，明胶进入离心过滤机11在离心力场的作用下使明胶形成滤渣排出，水在离心力场的作用下甩出机外经排水口排出，经离心分离后的明胶的含胶量由3.2％变为了80％，此时明胶仍含有结合水与残留乙醇，由于乙醇的沸点为78.2℃，明胶的融点为80℃，故在真空干燥机14的夹套中通入50～60℃的热水，利用负压使真空干燥机14内部温度超出乙醇沸点，低于明胶的融点，使明胶体内的乙醇残留完全蒸发，由于真空干燥机14是间隔式工作，所以浓缩后的明胶从离心过滤机11排出后暂存在振动流化床13上，振动流化床13既起到为真空干燥机14备料的作用，又在其风机的作用下起到预干燥的作用。预干燥后的明胶根据真空干燥机14的工作需要时便在其负压的作用下将明胶吸入真空干燥机14内进行去除明胶所含的结合水与残留乙醇，至此完成明胶的最终干燥。
本发明的输送绞龙10、离心过滤机11产生的乙醇废液均通过排液口与废液储存罐的进口连接，在废液输送泵2的作用下一部分废液作为换热介质进入板式换热器4为明胶溶液降温，另一部分废液和真空干燥机14中产生的乙醇废液进入乙醇再生装置15循环再生，乙醇再生装置15的乙醇排出口通过乙醇输送泵12输送到输送绞龙10上部的进液口，形成一个完整的循环再生使用系统。
本发明不局限于以上实施例，换热器还可以采用螺旋板换热器或列管式换热器，明胶溶液经换热器降温的温度不局限于25℃，可以在10℃～35℃之间根据不同的工艺条件来确定，作为融冰介质的乙醇的温度也不局限于10°，可以在-2℃～15℃之间选择。