103 冷冻浓缩溶质夹带机理及新技术分析
界面渐进冷冻浓缩的基本过程是冰液界面处料液中形成微冰晶,微冰晶在低温表面上沉积形成冰层。
冰液界面处料液中形成的微冰晶可以为多种形态,如球形、枝晶状等,微冰晶在低温表面上沉积时,微冰晶之间的空隙内会充有料液,微冰晶被冻成冰层时,空隙中的料液也被冻入其中(且冰液界面处料液中溶质浓度高于主体料液),料液中的溶质也被冻入其中,从而导致冰中形成溶质夹带,这是界面渐进冷冻浓缩溶质夹带的基本原因之一。
此外,料液中形成的冰从料液中取出时,料液表面附着的料液也会带走一部分溶质进入冰中,这是冷冻浓缩溶质夹带的另一个原因。
基于上述冷冻浓缩过程和溶质夹带基本原因,降低溶质夹带的努力方向可有如下几方面:
简单立方堆积
体心立方堆积
六方最密堆积
三种空间排列的空隙率分别约为48%、32%、26%,而直径不同的微冰晶球排列时,小球会填充入大球形成的空隙中,总体空隙率会显著减小,可降至10%以下。
采用超声波、激振、扰动等措施,使冰液界面处料液形成适当扰动,使微冰晶形成球状且紧密排列,且减小界面处料液的浓差极化。
●外场辅助
采用外加电场、磁场等措施,减少溶质在冰液界面处的聚集,且促使冰晶规则化紧密排列。
●冰表面料液附着控制
通过机械擦除、强风吹除、融冰水淋除等清除冰液分离时冰表面的料液附着。
●冰晶夹带料液控制
通过控制过程温度,使微冰晶间夹带料液呈液态或再微融等状态,结合强力空气吹除技术,将微冰晶空隙内的料液清除。
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