芳香回收系统及方法
【专利摘要】本发明公开了芳香回收系统及方法,该系统具有平衡罐、接于平衡罐的预热器；接收来自预热器所预热料液的分馏塔，该分馏塔底部安装有盘管加热器；接于分馏塔的精馏塔；接于精馏塔顶部所设芳香气体输出口的一级管式冷却器；接于一级管式冷却器的二级冷却器，所述一级管式冷却器和二级冷却器之间的连接管路通过泵II、控制阀而连接于精馏塔；接于二级冷却器的香液罐，其输出端接有控制阀和泵IV；将系统进行抽真空作业的真空泵，其接于香液罐，芳香回收方法参见说明书。本系统设计合理，芳香回收效果显著，本系统同样可以用在苹果、菠萝、葡萄、桃、西番莲等果汁及茶、牛奶在浓缩时的芳香回收。
【专利说明】芳香回收系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种苹果、菠萝、葡萄、桃、西番莲等果汁及茶、牛奶在浓缩时的芳香回 收系统及方法。
【背景技术】
[0002] 我国水果品种繁多，产量越来越大，浓缩果蔬汁的出现，有效的解决了果蔬产品的 季节性问题，同时又大大降低了原料的储存和运输费用。近年来，随着国际原料市场对浓缩 果蔬汁需求的增加，越来越多的企业加入到浓缩果蔬汁生产的行业中来。
[0003] 但美中不足的是还原后的果蔬汁和原汁相比，在品质上有较大差异，尤其是芳香 物质的损失，使还原后的果蔬汁达不到原汁的风味，而香味又是评定果汁品质的一个重要 指标之一，尤其是咖啡、茶等。
[0004] 果蔬的香味是由其本身所含的各种不同的芳香物质决定的,芳香物质包括水溶性 芳香和挥发性油，不同的果蔬具有不同的香气成分，一种果蔬的香气成分多达几十种乃至 上百种，如咖啡其含有的芳香物质就有300种以上，对芳香起主要作用的是碳水化合物、 醇、酮、酯、醛这几大类物质。目前生产浓缩果汁的主要设备是降膜蒸发器，由于是在真空状 态下操作，同时又对物料进行了加热，是整个加工过程中芳香物质损失最为严重的环节，所 以有必要在果汁浓缩前或浓缩过程中对香气成分加以回收，然后添加到浓缩液中，最大程 度上保持浓缩果汁的原有风味。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种芳香回收系统，其在果汁浓缩前 或浓缩过程中对香气成分加以回收，然后添加到浓缩液中，最大程度上保持浓缩果汁的原 有风味。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] 芳香回收系统，其特征在于，该系统具有：
[0008] 接收料液且平衡系统压力的平衡罐（1);
[0009] 对料液进行预热的预热器（3)，其通过离心泵（2)、控制阀而接于平衡罐；
[0010] 接收来自预热器所预热料液的分馏塔（4)，其内设多组作为汽液相互接触元件的 层流板，所述层流板安装有泡罩，该分馏塔底部安装有盘管加热器，所述分馏塔经过提纯后 的料液由泵I (5)、控制阀而输送至蒸发器进行浓缩处理；
[0011] 精馏塔￠)，其接于分馏塔顶部的芳香气体输出口，所述精馏塔内设由不锈钢鲍尔 环制成的填料，该精馏塔的冷凝水通过控制阀、泵111(11)排出系统；
[0012] 接于精馏塔顶部所设芳香气体输出口的一级管式冷却器（7);
[0013] 接于一级管式冷却器（7)的二级冷却器（9)，所述一级管式冷却器和二级冷却器 之间的连接管路通过泵II (8)、控制阀而连接于精馏塔（6);
[0014] 接于二级冷却器的香液罐（10)，其输出端接有控制阀和泵IV(12);
[0015] 将系统进行抽真空作业的真空泵（13)，其接于香液罐。
[0016] 进一步，所述一级管式冷却器的冷媒为25°C ±2°C的水。
[0017] 进一步，所述二级冷却器的冷媒为2°C ±0. 5°C的冰水。
[0018] 进一步，所述系统包括PLC和接于PLC的人机界面，所述PLC接于离心泵（2)、泵 I (5)、泵 II (8)、泵 III (11)、泵 IV(12)、真空泵（13)。
[0019] 芳香回收方法，其包括如下步骤：
[0020] 步骤一，将料液输送至平衡罐（1);
[0021] 步骤二，由离心泵⑵将平衡罐内的料液输送至预热器⑶进行预热，预热温度为 90°C ±5°C ;
[0022] 步骤三，将预热后的料液输送至分馏塔（4)中，分馏塔内部设有多组层流板，层流 板安装有泡罩，每组层流板为一个汽液相互接触元件，汽相芳香物质依靠负压的作用穿过 层流板上的泡罩升至上一层层流板，液相料液则自上而下流至下一层层流板，汽相芳香物 质在上升过程中不断与液相料液接触，汽相芳香物质中所含的重组分向液相料液传递，而 液相料液中的轻组分向汽相芳香物质传递，如此不断交换，使汽相中的芳香物质浓度不断 提高，从而起到分馏作用，分馏塔底部安装有盘管加热器，该盘管加热器对提纯后的料液进 行再加热，控制蒸汽量为进料量的10%，该进料量为预热器输送至分馏塔的料液量，由分馏 塔顶部排出的芳香气体的量控制在总进料量的10 %，提纯后的料液送至蒸发器进行浓缩处 理；
[0023] 步骤四，在负压作用下，芳香气体进入精馏塔（6)进行二次提纯，进料量控制在精 馏塔容量的50 %，该精馏塔的填料采用不锈钢鲍尔环，所述精馏塔顶部所设芳香气体输出 口连接有一级管式冷却器（7)，所述一级管式冷却器（7)连接有二级冷却器（9)，所述二级 冷却器（9)连接有香液罐（10)，所述香液罐（10)连接有将系统进行抽真空作业的真空泵 (13)，所述香液罐（10)输出端接有控制阀和泵IV(12);
[0024] 其中，所述一级管式冷却器和二级冷却器之间的连接管路通过泵II (8)、控制阀而 连接于精馏塔（6);
[0025] 芳香气体由下向上穿过鲍尔环，与由泵11(8)送回的回流液气、液相接触，使排出 精馈塔的香气浓度进一步提商，提香后的冷凝水由接于精馈塔的控制阀、栗III (11)排出， 芳香气体从精馏塔塔顶排出进入一级管式冷却器（7)，冷却至45-50°C，冷媒为25°C ±2°C 的水，将芳香气体冷凝变成液态，控制出液量的10%进入二级冷却器（9)，冷却至5-10°C， 冷媒为2°C ±0. 5°C的冰水，余下介质由泵11(8)送回精馏塔（6)进行气、液相再交换；
[0026] 步骤五，由二级冷却器（9)输出的芳香液体即为高纯度的芳香液，留存备用即可。
[0027] 该芳香回收方法的系统真空度控制在-0. 05Mpa。
[0028] 本发明具有如下有益效果：
[0029] (1)本系统设计合理，芳香回收效果显著。
[0030] (2)本系统同样可以用在苹果、菠萝、葡萄、桃、西番莲等果汁及茶、牛奶在浓缩时 的芳香回收。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 图1为芳香回收系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0032] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体图示，进一步阐述本发明。
[0033] 下面以咖啡为例详述本发明。
[0034] 参见图1，芳香回收系统，包括平衡罐1、离心泵2、预热器3、分馏塔4、泵15、精馏 塔6、一级管式冷却器7、泵118、二级冷却器9、香液罐10、泵11111、泵IV12以及真空泵13。 为提高整个系统的智能化程度，增设PLC和人机界面。
[0035] 接收料液且平衡系统压力的平衡罐1，其上部设置55-60°C咖啡液（12-18 %固形 物）的入口，下部则呈锥状，并在下部设置咖啡液的出口。
[0036] 对料液进行预热的预热器3,其通过离心泵2、控制阀而接于平衡罐，离心泵前后 分别设置有控制阀，控制阀的类型包括但不限于手动控制阀，也可采用便于智能控制的电 磁阀，如果选择电磁阀，则该处电磁阀、离心泵2的启动与关闭通过PLC进行控制（当然，控 制阀选择手动控制阀则单独由人工进行控制）。
[0037] 接收来自预热器所预热料液（料液温度为85_95°C)的分馏塔4,其内设多组作为 汽液相互接触元件的层流板，所述层流板安装有泡罩，该分馏塔底部安装有盘管加热器，所 述分馏塔经过提纯后的料液由泵15、控制阀（可选择手动控制阀、电磁阀等）而输送至蒸发 器进行浓缩处理，所述泵15前后均设置控制阀。该处的泵15则接于PLC，如果控制阀选择 电磁阀，则电磁阀同样由PLC控制启停。
[0038] 该系统的精馏塔6,其接于分馏塔顶部的芳香气体输出口，所述精馏塔内设由不锈 钢鲍尔环制成的填料，该精馏塔的冷凝水通过控制阀、泵III11排出系统，该控制阀选择手 动控制阀或者便于智能化控制的电磁阀，而泵III11通过接于PLC而控制其开启与关闭。
[0039] 该系统具有接于精馏塔顶部所设芳香气体输出口的一级管式冷却器7,其冷媒为 25°C ±2°C的水，在一级管式冷却器7的冷媒输送管路设置有控制阀以便于根据实际需要 进行关闭与开启操作。
[0040] 该系统具有接于一级管式冷却器7的二级冷却器9,所述一级管式冷却器和二 级冷却器之间的连接管路通过泵118、控制阀而连接于精馏塔6,这里的控制阀选择手动 控制阀或者便于智能化控制的电磁阀，所述泵118接于PLC，所述二级冷却器的冷媒为 2 °C ± 0. 5 °C的冰水，该冷媒输送管路设置有控制阀。
[0041] 该系统具有接于二级冷却器的香液罐10,其输出端接有控制阀和泵IV12,此处控 制阀选择手动控制阀或者便于智能化控制的电磁阀，而泵IV12接于PLC。
[0042] 将系统进行抽真空作业的真空泵13,其接于香液罐，以便于保持系统的真空度，该 真空泵13接于PLC并由其进行控制。
[0043] 该系统操作时为保持流量、温度、压力、液位保持稳定，故而设定由PLC和人机界 面构成的自动控制系统。
[0044] 其中，所述系统包括的PLC和接于PLC的人机界面均可采用现有技术加以实现，在 此不加以赘述。
[0045] 所述PLC接于系统的离心泵2、泵15、泵118、泵11111、泵IV12、真空泵13,而系统 的控制阀根据需要进行功能性选择，手动控制阀或者电磁阀均可满足需要。
[0046] 下面针对咖啡芳香回收的具体流程进行描述（其成果应用于菲律宾URC公司的咖 啡生产线上）：
[0047] 芳香回收方法，其采用二级精馏法开发，具体而言，其包括如下步骤：
[0048] 步骤一，咖啡经过萃取过滤后，其浓度一般在12-18% (固形物），温度55_60°C，将 咖啡料液输送至平衡罐1。
[0049] 步骤二，由离心泵2将平衡罐内的料液输送至预热器3进行预热，通过实验，咖啡 料液在升温至90°C左右时，其气、液相分离较为理想，所以把预热温度界定为90°C ±5°C。
[0050] 步骤三，将预热后的咖啡料液输送至分馏塔4中，分馏塔内部设有多组层流板，层 流板安装有泡罩，每组层流板为一个汽液相互接触元件，芳香物质（汽相）依靠负压的作用 穿过层流板上的泡罩升至上一层层流板，料液（液相）则自上而下流至下一层层流板，芳香 物质（汽相）在上升过程中不断与料液（液相）接触，芳香物质（汽相）中所含的重组分向 料液（液相）传递，而料液（液相）中的轻组分向芳香物质（汽相）传递，如此不断交换， 使汽相中的芳香物质浓度不断提高，从而起到分馏作用，分馏塔底部安装有盘管加热器，该 盘管加热器对提纯后的料液进行再加热，一般控制蒸汽量为进料量的10%左右即可（该进 料量为预热器输送至分馏塔的料液量，单位选择体积单位），其沸腾产生的蒸汽作为芳香物 质的载体，同时也对遗留的香气进行回收，由分馏塔顶部排出的芳香气体的量控制在总进 料量的10%，提纯后的料液送至蒸发器进行浓缩处理。
[0051] 步骤四，在负压作用下，芳香气体进入精馏塔6 (又称洗涤塔）进行二次提纯，进料 量控制在精馏塔容量的50 %，该精馏塔的填料采用不锈钢鲍尔环，所述精馏塔顶部所设芳 香气体输出口连接有一级管式冷却器7,所述一级管式冷却器7连接有二级冷却器9,所述 二级冷却器9连接有香液罐10,所述香液罐10连接有将系统进行抽真空作业的真空泵13， 所述香液罐10输出端接有控制阀和泵IV12 ;其中，所述一级管式冷却器和二级冷却器之间 的连接管路通过泵118、控制阀而连接于精馏塔6。
[0052] 芳香气体由下向上穿过鲍尔环，与由泵118送回的回流液气、液相接触，使排出精 馏塔的香气浓度进一步提高，提香后的冷凝水由接于精馏塔的控制阀、泵III11排出，芳香 气体从精馏塔塔顶排出进入一级管式冷却器7,冷却至45-50°C，冷媒为25°C ±2°C的水，将 芳香气体冷凝变成液态，控制出液量的10%进入二级冷却器9 ( 一级管式冷却器7的出液 量），冷却至5-KTC，冷媒为2°C ±0.5°C的冰水，余下介质（自一级管式冷却器排出而除开 进入二级冷却器的物质）由泵118送回精馏塔6进行气、液相再交换。
[0053] 步骤五，由二级冷却器9输出的芳香液体即为高纯度的芳香液，留存备用即可，由 于通过二次10%提纯，其得到的即使100倍芳香液，存于香液罐而由泵IV12送出和咖啡浓 缩液混合。
[0054] 系统是在真空状态下完成操作的，由真空泵13来实现，通过实验，该芳香回收方 法的系统真空度控制在-〇. 〇5Mpa，此时的提取效果最理想。
[0055] 系统在操作时要求流量、温度、压力、液位保持温度（需要的情况下，于系统中相 应设备处安装液位传感器），配备自动控制系统是较为合适的，该自动控制系统选择PLC和 人机界面来实现控制。
[0056] 以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方 式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而 言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范 围。
【权利要求】
1. 芳香回收系统，其特征在于，该系统具有： 接收料液且平衡系统压力的平衡罐（1); 对料液进行预热的预热器（3)，其通过离心泵（2)、控制阀而接于平衡罐； 接收来自预热器所预热料液的分馏塔（4)，其内设多组作为汽液相互接触元件的层流 板，所述层流板安装有泡罩，该分馏塔底部安装有盘管加热器，所述分馏塔经过提纯后的料 液由泵I (5)、控制阀而输送至蒸发器进行浓缩处理； 精馏塔￠)，其接于分馏塔顶部的芳香气体输出口，所述精馏塔内设由不锈钢鲍尔环制 成的填料，该精馏塔的冷凝水通过控制阀、泵111(11)排出系统； 接于精馏塔顶部所设芳香气体输出口的一级管式冷却器（7); 接于一级管式冷却器（7)的二级冷却器（9)，所述一级管式冷却器和二级冷却器之间 的连接管路通过泵II (8)、控制阀而连接于精馏塔（6); 接于二级冷却器的香液罐（10)，其输出端接有控制阀和泵IV(12); 将系统进行抽真空作业的真空泵（13)，其接于香液罐。
2. 根据权利要求1所述的芳香回收系统，其特征在于，所述一级管式冷却器的冷媒为 25°C ±2°C 的水。
3. 根据权利要求1所述的芳香回收系统，其特征在于，所述二级冷却器的冷媒为 2°C ±0. 5°C 的冰水。
4. 根据权利要求1所述的芳香回收系统，其特征在于，所述系统包括PLC和接于PLC 的人机界面，所述PLC接于离心泵（2)、泵I (5)、泵II (8)、泵III (11)、泵IV(12)、真空泵 (13)。
5. 芳香回收方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一，将料液输送至平衡罐（1); 步骤二，由离心泵（2)将平衡罐内的料液输送至预热器（3)进行预热，预热温度为 90°C ±5°C ; 步骤三，将预热后的料液输送至分馏塔（4)中，分馏塔内部设有多组层流板，层流板安 装有泡罩，每组层流板为一个汽液相互接触元件，汽相芳香物质依靠负压的作用穿过层流 板上的泡罩升至上一层层流板，液相料液则自上而下流至下一层层流板，汽相芳香物质在 上升过程中不断与液相料液接触，汽相芳香物质中所含的重组分向液相料液传递，而液相 料液中的轻组分向汽相芳香物质传递，如此不断交换，使汽相中的芳香物质浓度不断提高， 从而起到分馏作用，分馏塔底部安装有盘管加热器，该盘管加热器对提纯后的料液进行再 加热，控制蒸汽量为进料量的10%，该进料量为预热器输送至分馏塔的料液量，由分馏塔顶 部排出的芳香气体的量控制在总进料量的10%，提纯后的料液送至蒸发器进行浓缩处理； 步骤四，在负压作用下，芳香气体进入精馏塔（6)进行二次提纯，进料量控制在精馏塔 容量的50%，该精馏塔的填料采用不锈钢鲍尔环，所述精馏塔顶部所设芳香气体输出口连 接有一级管式冷却器（7)，所述一级管式冷却器（7)连接有二级冷却器（9)，所述二级冷却 器（9)连接有香液罐（10)，所述香液罐（10)连接有将系统进行抽真空作业的真空泵（13)， 所述香液罐（10)输出端接有控制阀和泵IV(12); 其中，所述一级管式冷却器和二级冷却器之间的连接管路通过泵II (8)、控制阀而连接 于精馏塔（6); 芳香气体由下向上穿过鲍尔环，与由泵11(8)送回的回流液气、液相接触，使排出精馏 塔的香气浓度进一步提高，提香后的冷凝水由接于精馏塔的控制阀、泵111(11)排出，芳香 气体从精馏塔塔顶排出进入一级管式冷却器（7)，冷却至45-50°C，冷媒为25°C ±2°C的水， 将芳香气体冷凝变成液态，控制出液量的10%进入二级冷却器（9)，冷却至5-10°C，冷媒为 2°C ±0. 5°C的冰水，余下介质由泵11(8)送回精馏塔（6)进行气、液相再交换； 步骤五，由二级冷却器（9)输出的芳香液体即为高纯度的芳香液，留存备用即可。
6.根据权利要求5所述的芳香回收方法，其特征在于，该芳香回收方法的系统真空度 控制在-0. 05Mpa。
【文档编号】C11B9/02GK104046515SQ201410273298
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】陈黎明 申请人:杭州方盛轻工机械制造有限公司