CN103256789A - 冷冻状颗粒物料用的干燥装置及其干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷冻状颗粒物料用的干燥装置及其干燥方法，它主要包括干燥仓、除湿器和换热器，干燥仓顶部设有进料风门、底部设有出料风门，出料风门与成品容器相通；除湿器一端通过湿氮气管道与干燥仓侧壁顶部相通，相通处设有过滤网，除湿器的另一端通过干氮气管道与换热器一端的壳程相通，换热器另一端的壳程通过干热氮气管道与干燥仓侧壁底部相通，换热器的管程通过水管与冷冻干燥系统中制冷设备的冷凝器壳程相连；在干燥仓仓体内下部设有网状的均流板，在干热氮气管管路上设有风机。本发明采用干热氮气可实现冷冻物料中的冰升华为水蒸气，从而达到干燥冷冻状物料的目的。

Description

冷冻状颗粒物料用的干燥装置及其干燥方法

技术领域

本发明涉及一用于对冷冻后的物料进行干燥的的干燥装置，特别是用于干燥冷冻状的颗粒状物料（如果蔬颗粒等），利用干热氮气气流的作用，使得冷冻后的颗粒物料在干燥仓体内形成悬浮状态，颗粒物料内的冰升华变为水蒸气以实现干燥，干燥过程无需抽真空且防止物料被氧化损坏。

背景技术

冷冻干燥，是将含水物料冷冻到冰点以下，使水转变为冰，然后在较高真空下将冰转变为蒸气而除去的干燥方法。传统的冷冻干燥过程一般分为在冷冻室内的物料冷冻过程以及在干燥室内的抽真空干燥过程。由于真空冷冻干燥在低压下水分直接升华，因此赋予产品许多特殊的性能。如真空冷冻干燥技术对热敏性物料亦能脱水比较彻底，且经干燥的物料十分稳定，便于长时间贮存。由于物料的干燥在冻结状态下完成，与其他干燥方法相比，物料的物理结构和分子结构变化极小，其组织结构和外观形态被较好地保存。在真空冷冻干燥过程中，物料不存在表面硬化问题，且其内部形成多孔的海绵状，因而具有优异的复水性，可在短时间内恢复干燥前的状态。由于干燥过程是在较低的温度下进行，而且基本隔绝了空气，因此有效地抑制了热敏性物质发生生物、化学或物理变化，并较好地保存了原料中的活性物质，以及保持了原料的色泽。

传统的冷冻干燥的干燥装置主要是一个有干燥箱，干燥箱内设置有隔架（放置被干燥物品）、干燥箱外壁面设置保温层，干燥箱上连接有真空泵。干燥时，打开干燥箱，将需冷冻干燥的物料放入干燥箱内的隔架上，打开真空泵开始真空干燥，待物料干燥后打开干燥箱取出物料即可。这种干燥装置的冷冻干燥工艺需要抽真空，目的是实现物料中的冰升华变为水蒸气的物理过程，已达到物料的干燥。冰升华为水蒸气除了抽真空使得冰所处的空气压力降低到水的三相点压力来实现外，还可通过只降低冰所处的气体中水蒸气分压力来实现，例如寒冷的冬季，在室外结冰的衣服会变干，此过程即为冰的升华过程，而此时室外空气压力为常压，只不过冬季干燥的空气中水蒸气分压力较低而已。

传统的冷冻干燥过程由真空泵来抽真空会消耗大量的电力，同时真空度的保持需要很高的技术要求。本发明所涉及的新型干燥装置可不用抽真空而实现冰冻物料的冰升华干燥，同时采用干热氮气作为干燥剂，可使得易氧化的物料（如果蔬物料）不被氧化损坏。

发明内容

为了克服现有冷冻状颗粒预料干燥过程需要抽真空而导致的耗电量大、技术要求高的缺陷，本发明提供一新型的冷冻状颗粒物料用的干燥装置，这种干燥装置可不用抽真空而实现冰冻物料的冰升华干燥，同时采用干热氮气作为干燥剂，可使得易氧化的物料（如果蔬物料）不被氧化损坏。

为实现上述目的，本发明干燥装置采取的技术方案是：

一种冷冻状颗粒物料用的干燥装置，其特征在于，它主要包括干燥仓、除湿器和换热器，干燥仓顶部设有进料风门、底部设有出料风门，出料风门与成品容器相通；除湿器一端通过湿氮气管道与干燥仓侧壁顶部相通，相通处设有过滤网，除湿器的另一端通过干氮气管道与换热器一端的壳程相通，换热器另一端的壳程通过干热氮气管道与干燥仓侧壁底部相通，换热器的管程通过水管与冷冻干燥系统中制冷设备的冷凝器壳程相连；在干燥仓仓体内下部设有网状的均流板，在干热氮气管管路上设有风机。

上述除湿器可采用液体除湿器或者固体除湿器。

利用本发明干燥装置对冷冻状颗粒物料进行干燥的方法，分为物料走向和干燥剂氮气的走向，具体如下：

第一步：首先关闭出料风门，打开进料风门，同时启动干热氮气管路的风机；

第二步：在风机的作用下，来在换热器的温度为45℃、水蒸气分压力接近于零的干热氮气，经由干热氮气管道被输送至干燥仓侧壁底部，经由均流板的网孔均匀地出流到干燥仓内；同时来自冷冻室的冷冻状颗粒物料通过进料风门进入干燥仓内，在干热氮气气流的作用下，干燥仓内的冷冻状颗粒物料呈悬浮状态，由于干热氮气内水蒸气分压力接近于零，冷冻状颗粒物料的冰吸取干热氮气的热量升华为水蒸气，被逐渐干燥；

在物料干燥过程中，吸收水蒸气、温度降低后的氮气被变为温度为30℃左右的湿氮气，湿氮气通过干燥仓侧壁顶部的出口流出经由湿氮气管被输送至除湿器，在除湿器内湿氮气中水蒸气被除去，重新变为干氮气；干氮气经由干氮气管道被输送至换热器，在换热器内，干氮气被来自制冷设备冷凝器的冷凝热加热，温度升高，重新变为干热氮气被风机再次输送至干燥仓内，依次循环，实现冷冻物料的干燥；

第三步：当物料干燥程度达到要求后，关闭风机，同时打开均流孔板及出料风门，被干燥后的物料颗粒在重力作用下，下落到成品容器内。

本发明由于采取以上技术方案及方法，其具有以下优点：

1、本发明采用干热氮气，由于氮气中水蒸气分压力极低（接近于零），可实现冷冻物料中的冰升华为水蒸气，从而达到干燥物料的目的。

2、本发明干燥仓内无需抽真空，干燥仓内氮气压力略高于大气压，可保证干燥仓内为正压，防止空气进入干燥仓。

3、本发明采用干热氮气来加热冷冻物料，可提供冰升华为水蒸气所需的升华热，无需再采用其它加热方式。

4、本发明采用氮气来干燥物料，可防止物料被氧化而损坏。

5、本发明干热氮气温度控制在45℃左右，温度不高，有利于果蔬物料中营养成分的保持。

6、本发明中换热器加热氮气所需的热量，可来自冷冻干燥系统中制冷设备所释放出的冷凝热，从而提高能量的利用效率。

本发明作为一种新型冷冻干燥用干燥装置，可用来干燥各种冷冻颗粒物料。

附图说明

图1为本发明干燥装置的原理图。

图中：1－干燥仓，2－湿氮气管道，3－除湿器，4－干氮气管道，5－换热器，6－风机，7－干热氮气管道，8－成品容器，9－进料风门，10－过滤网，11－网状的均流板，12－出料风门，13－物料，14－冷冻室，15－冷凝器，16－制冷设备。

具体实施方式

如图1所示的冷冻干燥装置，它主要包括干燥仓1、除湿器3和换热器5；干燥仓1顶部设有进料风门9，底部设有出料风门12，出料风门12与成品容器8相通，在干燥1仓体内下部设有网状的均流板11；从图中可以看出：除湿器3一端通过湿氮气管道2与干燥仓1侧壁顶部相通，相通处设有过滤网10，除湿器3的另一端通过干氮气管道4与换热器5一端的壳程相通；换热器5另一端的壳程通过干热氮气管道7与干燥仓1侧壁底部相通，换热器5的管程通过水管与干燥系统中制冷设备16中的冷凝器15的壳程相连；在干热氮气管管路上设有风机6。

本发明工作时，经冷冻室14冷冻后的果蔬颗粒物料13由干燥仓1顶部的进料风门9进入干燥仓1内，风机6开启，把干热氮气（温度为45℃，水蒸气分压力接近于零）经由干热氮气管7输送到干燥仓1下部，此时出料风门12关闭，干热氮气在均流孔板11作用下以一定流速均匀出流到干燥仓1内，在由于干热氮气的气流作用下，冷冻状果蔬颗粒物料13呈悬浮状态并充满整个干燥仓体，干热氮气充分与果蔬颗粒物料13接触，干热氮气加热冷冻状果蔬颗粒物料13，颗粒中冰升华为水蒸气，实现冷冻状果蔬颗粒的干燥。干热氮气由于在干燥仓1内吸收了水蒸气、释放出了热量，温度降低至30℃，湿度加大，变为湿氮气，湿氮气通过过滤网10，经由湿氮气管2被输送至除湿器3，在除湿器3内湿氮气中的水蒸气被去除，湿氮气变为干氮气，干氮气经由干氮气管4进入换热器5，在换热器5内干氮气被来自冷凝器15的冷凝热加热，温度升高为45℃，变为干热氮气，在风机6作用下，干热氮气重新进入干燥仓1循环干燥果蔬颗粒物料13。当果蔬颗粒干燥达到要求后，风机6关闭，均流孔板11及出料风门均向下打开，干燥的果蔬颗粒物料13落入成品容器8中，完成干燥过程。

本发明的上述实施例仅用于说明本发明的技术方案，其并不应限定本发明的保护范围，若对上述各实施例的技术方案作出的等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种冷冻状颗粒物料用的干燥装置，其特征在于，它主要包括干燥仓、除湿器和换热器，干燥仓顶部设有进料风门、底部设有出料风门，出料风门与成品容器相通；除湿器一端通过湿氮气管道与干燥仓侧壁顶部相通，相通处设有过滤网，除湿器的另一端通过干氮气管道与换热器一端的壳程相通，换热器另一端的壳程通过干热氮气管道与干燥仓侧壁底部相通，换热器的管程通过水管与冷冻干燥系统中制冷设备的冷凝器壳程相连；在干燥仓仓体内下部设有网状的均流板，在干热氮气管管路上设有风机。

2.如权利要求1所述的干燥装置，其特征在于，所述的除湿器为液体除湿器或者固体除湿器。

3.一种利用权利要求1或2所述的干燥装置对冷冻状颗粒物料进行干燥的方法，其特征在于，

第一步：首先关闭出料风门，打开进料风门，同时启动干热氮气管路的风机；

第二步：在风机的作用下，来在换热器的温度为45℃、水蒸气分压力接近于零的干热氮气，经由干热氮气管道被输送至干燥仓侧壁底部，经由均流板的网孔均匀地出流到干燥仓内；同时来自冷冻室的冷冻状颗粒物料通过进料风门进入干燥仓内，在干热氮气气流的作用下，干燥仓内的冷冻状颗粒物料呈悬浮状态，由于干热氮气内水蒸气分压力接近于零，冷冻状颗粒物料的冰吸取干热氮气的热量升华为水蒸气，被逐渐干燥；

在物料干燥过程中，吸收水蒸气、温度降低后的氮气被变为温度为30℃的湿氮气，湿氮气通过干燥仓侧壁顶部的出口流出经由湿氮气管被输送至除湿器，在除湿器内湿氮气中水蒸气被除去，重新变为干氮气；干氮气经由干氮气管道被输送至换热器，在换热器内，干氮气被来自制冷设备冷凝器的冷凝热加热，温度升高，重新变为干热氮气被风机再次输送至干燥仓内，依次循环，实现冷冻状颗粒物料的干燥；

第三步：当物料干燥程度达到要求后，关闭风机，同时打开均流孔板及出料风门，被干燥后的物料颗粒在重力作用下，下落到成品容器内。

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