CN104642713B - 玉米朊连续式真空滚筒干燥设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种玉米朊连续式真空滚筒干燥设备及方法，该设备包括主箱体系统、进料系统、滚筒刮板干燥系统、蒸汽供给系统、冷却出料系统、冷凝系统、水喷射泵系统和控制系统。所述冷却出料系统采用双级关风器出料，可以最大限度减少环境中空气进入主箱体内部，维持主箱体的真空度恒定，实现真空系统的密封，同时对乙醇进行高效回收，降低了生产成本及安全隐患。

Description

玉米朊连续式真空滚筒干燥设备及方法

技术领域

本发明涉及一种食品干燥设备和方法，尤其是一种玉米朊的真空滚筒干燥设备及方法。

背景技术

玉米朊是玉米主要储藏蛋白，占蛋白总量44～79％，由于其氮不平衡性和水溶性差，不能直接食用；但玉米朊具有优良的疏水性、成膜性等特点，可用于可食用包装、化妆品、药物包衣等领域，具有广阔的市场前景和应用价值。

玉米朊作为一种醇溶性蛋白，工业生产常采用乙醇溶液进行萃取，进而对萃取液进行干燥，最终获得玉米朊产品。目前，常用的玉米朊干燥方法有滚筒干燥法、真空干燥法和喷雾干燥法。然而，现有的干燥方法都存在一些不足之处。

滚筒干燥法是一种内加热传导型转动连续干燥设备。旋转的滚筒通过其下部料槽，黏附着一定厚度的料膜，热量通过管道输送至滚筒内壁，传导到滚筒外壁，再传导给料膜，使料膜中的湿度得到蒸发、脱湿，使含湿份的物料得到干燥。目前，滚筒干燥设备通常是敞开式的，不但不能实现溶剂的回收，而且筒壁温度较高，易造成热敏性物料的变性。

真空干燥法是目前文献中报道较多的玉米朊干燥方法。Ishigaki等(日本专利，公开号JP2004059537A)报道称，将萃取得到的玉米朊溶液于-10～-30℃条件下沉淀，对沉淀物进行真空干燥、粉碎，即可得到玉米朊产品。Carter等(美国专利，公开号US3535305A)报道称，将玉米朊萃取液低温沉淀(-10～-15℃)，沉淀物经真空干燥、粉粹，得到亮黄色的产品。目前文献中报道的玉米朊真空干燥方法并未详细地说明干燥方法与具体步骤，也没有对真空干燥设备的组成构造进行详尽的描述。此外，目前市场上连续式真空干燥设备所采用的料封结构，不能实现对真空系统的有效密封，由于气密性不好，往往会降低系统的生产效率和溶剂回收效率。

喷雾干燥法是通过机械作用，将需要干燥的物料分散成很细的像雾一样的微粒，与热空气接触，瞬间将大部分溶剂除去，将物料中的固体物质干燥成粉末。中国专利(公开号CN100571530C)对玉米朊浓缩液采用氮气为保护介质，经闭路喷雾干燥后得高纯度高品质α-玉米朊，同时实现乙醇的高效回收。但该干燥方法对技术和设备要求较高，存在产品耗能高和难以实现大规模生产的不足。

鉴于现有玉米朊干燥技术存在溶剂回收难、生产效率低和生产成本高等不足，并考虑到玉米朊产品干燥过程中的高附着性、易变性的特点，亟需一种运行成本低、溶剂回收易、安全高效的玉米朊干燥新设备和方法。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种运行成本低、溶剂回收易、安全高效的玉米朊连续式真空滚筒刮板干燥设备及方法。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种玉米朊连续式真空滚筒干燥设备，包括主箱体系统、进料系统、滚筒刮板干燥系统、蒸汽供给系统、冷却出料系统、冷凝系统、水喷射泵系统和控制系统，所述主箱体系统包括主箱体及安装在主箱体侧壁的放空阀；所述滚筒刮板干燥系统位于主箱体内部，包括主筒体和刮刀，所述刮刀安装在主筒体的外筒壁上；所述进料系统位于主筒体的上方，包括进料管道和位于进料管道末端的进料口，所述进料口靠近主筒体上方；所述冷却出料系统位于所述刮刀下方，包括并排设置在所述刮刀下方的冷却辊、破碎螺旋输送器，在所述破碎螺旋输送器的末端设置有储料罐，所述储料罐依次与二级关风器和一级关风器连接；所述蒸汽供给系统与主箱体系统连接，所述主箱体的抽真空口与冷凝系统通过管道连接，所述冷凝系统与水喷射泵系统通过管道连接。本发明所述的冷却出料系统中，冷却辊的一端输入冷却水，一端出水，采用循环水进行冷却，对干燥后的玉米朊及时冷却，冷却辊的作用是使经刮刀刮下的片状玉米朊及时冷却，防止玉米朊变性；破碎螺旋输送器的作用是在输送玉米朊的同时使片状玉米朊破碎，实现有序出料。

进一步地，所述滚筒刮板干燥系统还包括布料槽，所述布料槽安装在主筒体上、且位于进料口正下方，使液体从所述布料槽中流出后均匀分布至主筒体表面。

进一步地，所述布料槽与所述进料口的垂直距离为10～500mm。

进一步地，所述进料系统在进料管道上还安装有背压阀，所述背压阀位于进料泵与布料槽之间，在系统真空度发生变化时，维持进料泵压力恒定，从而保证进料流量恒定。

进一步地，所述主箱体上设置有侧开门，所述侧开门上还设置有观察视镜。

进一步地，所述主筒体的直径为500～1500mm、长度为1000～2000mm。

进一步地，所述主筒体采用耐热材料，防止受热变形，导致主筒体上物料不能被完全刮除。

一种玉米朊连续式真空滚筒干燥方法，包括但不限于以下步骤：

S1：启动滚筒刮板干燥系统，调整主筒体转速为R1；

S2：启动蒸汽供给装备，调节蒸气压力为P1，对主箱体进行预热；

S3：启动水喷射泵装备，调节箱体真空度为P2；

S4：打开进料系统，调节流量为Q，设置玉米朊萃取液的体积百分比浓度为C，使玉米朊萃取液从进料系统流入滚筒刮板干燥系统，蒸汽供给系统产生的循环蒸汽通过加热管道输送至主筒体内壁，再通过出水管道流回蒸汽供给系统；

S5：玉米朊萃取液随主筒体转动并被均匀干燥；干燥的玉米朊通过紧贴在主筒体正面下方的刮刀与主筒体分离，通过冷却辊冷却，在破碎螺旋输送器作用下通过出料管道进入储料罐，再通过与储料罐连接的二级关风器和一级关风器后出料，蒸发的乙醇经过管道、一级冷凝器、二级冷凝器进入到缓冲罐中被回收。

进一步地，所述主筒体的转速R1为0.1～5r/min，所述蒸汽压力P1为0.00～0.60MPa，所述真空度P2为0.0～1.0MPa，所述液体流量Q为0.1～3.5L/min，所述玉米朊萃取液的体积百分比浓度C为10～35％。

进一步地，所述主筒体的转速R1为0.8～1.5r/min，所述蒸汽压力P1为0.2～0.3MPa，所述真空度P2为0.001～0.005MPa，所述液体流量Q为0.8～1.8L/min，所述玉米朊萃取液的体积百分比浓度C为20～25％。

本发明的玉米朊连续真空滚筒干燥设备工作时，玉米朊萃取液经进料管道、背压阀、进料口输送至主筒体背面斜上方的布料槽，从布料槽中流出后均匀分布至转动的主筒体表面。玉米朊萃取液随主筒体转动并被均匀干燥；干燥的玉米朊通过紧贴在主筒体正面下方的刮刀与主筒体分离，通过冷却辊冷却，在破碎螺旋输送器作用下通过出料管道，再通过与储料罐连接的二级关风器和一级关风器后出料。蒸汽发生装置产生的蒸汽通过热蒸汽进入管道输送至主筒体内壁达到加热效果，再通过冷蒸汽排出管道流回蒸汽发生装置；水喷射泵系统通过连接管道营造主箱体系统的真空环境，同时蒸发的乙醇经过管道、一级冷凝器、二级冷凝器进入到缓冲罐中被回收。

本发明的玉米朊连续式真空滚筒干燥设备与方法，实现了密闭环境中集玉米朊干燥与乙醇高效回收为一体的安全生产模式，实现了玉米朊的连续生产，采用二级关风器和一级关风器串联形成双级关风器，由于关风器内外部环境存在压力差，可以最大限度减少环境中空气进入主箱体内部，维持主箱体的真空度恒定，实现真空系统的密封，同时对乙醇进行高效回收，降低了生产成本及安全隐患。冷却出料系统中由于采用并排设置在刮刀下方的冷却辊和破碎螺旋输送器，一方面冷却辊使经刮刀刮下的片状玉米朊及时冷却，防止玉米朊变性；另一方面破碎螺旋输送器在输送玉米朊的同时使片状玉米朊破碎，实现有序出料。

附图说明

图1为本发明所述玉米朊连续式真空滚筒干燥设备的结构图。

图2为本发明所述的一级关风器和二级关风器的结构示意图。

图3为本发明所述的冷却辊和破碎螺旋输送器的结构示意图。

附图标记说明如下：

1-主箱体，2-放空阀，3-观察视镜，4-进料管道，5-背压阀，6-进料口，7-主筒体，8-布料槽，9-刮刀，10-冷却辊，11-破碎螺旋输送器，12-储料罐，13-二级关风器，14-一级关风器，15-蒸汽发生装置，16-热蒸汽进入管道，17-冷蒸汽排出管道，18-管道，19-一级冷凝器，20-二级冷凝器，21-缓冲罐，22-水泵喷射系统，23-控制面板。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本实施例的玉米朊连续式真空滚筒干燥设备包括主箱体系统、进料系统、滚筒刮板干燥系统、蒸汽供给系统、冷却出料系统、冷凝系统、水喷射泵系统和控制系统。所述主箱体系统包括主箱体1及安装在主箱1体侧壁的放空阀2，为了便于检修和观察，所述主箱体1上设置有侧开门，所述侧开门上还设置有观察视镜3。所述滚筒刮板干燥系统位于主箱体1内部，包括主筒体7、刮刀9和布料槽8，所述主筒体7的直径为500～1500mm、长度为1000～2000mm，主筒体7采用耐热材料，通过铸铁浇注后进行车床车圆加工而成，防止因加热导致的失圆变形，导致物料刮除不彻底或损坏刮刀9。所述刮刀9安装在主筒体7的外筒壁上，所述布料槽8为下部开槽的圆柱筒体，安装在主筒体7上、且位于进料口6正下方，所述布料槽8底部开有宽度为0.5～1.0cm的缝隙。可以使液体从布料槽8中流出后均匀分布至主筒体7表面。为了使玉米朊溶液均匀分布的效果更好，所述布料槽8与进料口6的垂直距离为10～500mm。

所述进料系统位于主筒体7的上方，包括进料管道4和位于进料管道4末端的进料口6，所述进料口6靠近主筒体7上方，所述进料管道4中间还装有背压阀5，目的是确保持续、稳定的输送玉米朊溶液，管道中流速范围为0.2～3.5L/min，连续可调。所述冷却出料系统位于所述刮刀9下方，包括并排设置在所述刮刀9下方的冷却辊10和破碎螺旋输送器11，如图3所示。在所述破碎螺旋输送器11的末端设置有出料口，所述出料口通过出料管道与储料罐12连接，所述储物罐12依次与二级关风器13和一级关风器14连接，二级关风器13和一级关风器14之间还设置有料槽，如图2所示，物料通过与储料罐12连接的二级关风器13和一级关风器14后出料。在所述冷却辊10中通入冷水以便对玉米朊产品进行冷却，所述破碎螺旋输送器11在动力作用下将冷却的玉米朊输送至主箱体1外部的储料罐12，再经过二级关风器13和一级关风器14出料。由于玉米朊溶液经滚筒干燥后成片状结构，在破碎螺旋输送器11的作用下粉碎成颗粒状，无法采用减小密封结构的间隙来提高主箱体的真空度，而采用二级关风器和一级关风器串联形成双级关风器则很好的解决了这一难题，由于双级关风器内外部环境存在压力差，可以最大限度减少环境中空气进入主箱体内部，维持主箱体的真空度恒定，实现真空系统的密封，同时对乙醇进行高效回收，降低了生产成本及安全隐患。

所述蒸汽供给系统与主箱体系统真空密封连接，蒸汽发生装置15产生的蒸汽通过热蒸汽进入管道16输送至主筒体7内壁达到加热效果，再通过冷蒸汽排出管道17流回蒸汽发生装置15，实现蒸汽循环。所述冷凝系统包括一级冷凝器19、二级冷凝器20和缓冲罐21，所述主箱体的抽真空口与所述一级冷凝器19通过管道18连接，所述一级冷凝器19通过管道18与二级冷凝器20连接，所述二级冷凝器20与缓冲罐21采用管道18连接。所述冷凝系统与水喷射泵系统22采用管道18连接。水喷射泵系统22通过管道18营造主箱体系统的真空环境，同时蒸发的乙醇经过管道18、一级冷凝器19、二级冷凝器20进入到缓冲罐21中被回收。所述控制系统部分采用PLC设计，通过控制面板23上的参数设定，自动完成整个产品干燥、乙醇回收过程。

本发明所述的玉米朊连续式真空滚筒干燥设备的玉米朊干燥能力为每小时10～20kg，乙醇回收能力为每小时30～80kg，乙醇回收率达80％以上。通常情况下，玉米朊萃取液的体积百分比浓度为10～35％，一般为20～25％；玉米朊萃取液的流量为0.1～3.5L/min，一般为0.8～1.8L/min，根据玉米朊的浓度及流量，选择0.1～5r/min的主筒体转速，最佳转速为0.8～1.5r/min。蒸汽压范围控制在0.00～0.60MPa，最佳蒸汽压为0.2～0.3MPa；真空度范围为0.0～0.1MPa，最佳真空度为0.001～0.005MPa。主筒体转速过低或蒸汽压过高会导致玉米朊变性，转速过高或蒸汽压过低会导致玉米朊干燥不彻底，易与主筒体粘连而导致分离困难；真空度过高时乙醇回收率高，但玉米朊干燥不彻底，易与主筒体粘连而导致分离困难，真空度过低时乙醇回收率又会降低。

上述工艺条件是通过下面的控制手段来实现的。

(1)根据玉米朊浓度和流量的高低选择设定相应的主筒体转速。

(2)通过控制蒸汽压或者真空度达到控制干燥温度的目的。

(3)通过控制真空度达到控制乙醇回收率的目的。

采用本发明生产出来的玉米朊产品为片状，水分含量为6.5％左右，适用于食品和医药领域，乙醇的回收率达80％以上，并且回收的乙醇可再次用于玉米朊的萃取生产。

本发明中的连续式真空滚筒刮板干燥装置，一方面解决现有干燥方法干燥效率低、产品易变性的不足，另一方面突破性地提出了乙醇高效回收新方法。本发明的干燥装置稳定进料、连续生产、高效节能且同步回收乙醇，采用自动控制，操作简便。

实施例1

首先启动滚筒刮板干燥装备，调整转速为0.8r/min。启动蒸汽供给装备，调节蒸气压为0.20MPa，对主箱体进行预热。其次启动水喷射泵装备，调节箱体真空度为0.001MPa。打开进液系统，调节流量为0.8L/min。玉米朊萃取液体积百分比浓度为22％，所述萃取液通过进料管道4进入到主筒体7背面斜上方的布料槽8，从布料槽8流出后均匀分布到转动的主筒体7表面。蒸汽供给系统15产生的循环蒸汽通过热蒸汽进入管道16输送至主筒体7内壁，再通冷蒸汽排出管道17流回蒸汽供给系统15；玉米朊萃取液随主筒体7转动并被均匀干燥；干燥的玉米朊通过紧贴在主筒体正面下方的刮刀9与主筒体7分离，通过冷却辊10冷却，在破碎螺旋输送器11作用下通过出料管道进入储料罐12，物料再通过与储料罐12连接的二级关风器13和一级关风器14后出料。水喷射泵系统22通过管道18营造主箱体系统的真空环境，同时蒸发的乙醇经过管道18、一级冷凝器19、二级冷凝器20进入到缓冲罐21中被回收。

经检测，玉米朊产品为15.5kg/h，最终水分含量为6.5％；乙醇回收能力为41.2kg/h，回收率为80.3％。

实施例2

首先启动滚筒刮板干燥装备，调整转速为1.2r/min。启动蒸汽供给装备，调节蒸气压为0.25MPa，对主箱体进行预热。其次启动水喷射泵装备，调节箱体真空度为0.002MPa。打开进液系统，调节流量为1.3L/min。玉米朊萃取液体积百分比浓度为20％，所述萃取液通过进料管道4进入到主筒体7背面斜上方的布料槽8，从布料槽8流出后均匀分布到转动的主筒体7表面。蒸汽供给系统15产生的循环蒸汽通过热蒸汽进入管道16输送至主筒体7内壁，再通冷蒸汽排出管道17流回蒸汽供给系统15；玉米朊萃取液随主筒体7转动并被均匀干燥；干燥的玉米朊通过紧贴在主筒体7正面下方的刮刀9与主筒体7分离，通过冷却辊10冷却，在破碎螺旋输送器11作用下通过出料管道进入储料罐12，物料再通过与储料罐12连接的二级关风器13和一级关风器14后出料。水喷射泵系统22通过管道18营造主箱体系统的真空环境，同时蒸发的乙醇经过管道18、一级冷凝器19、二级冷凝器20进入到缓冲罐21中被回收。

经检测，玉米朊产品为15.1kg/h，最终水分含量为6.3％；乙醇回收能力为42.7kg/h，回收率为83％。

实施例3

首先启动滚筒刮板干燥装备，调整转速为1.5r/min。启动蒸汽供给装备，调节蒸气压为0.30MPa，对主箱体进行预热。其次启动水喷射泵装备，调节箱体真空度为0.002MPa。打开进液系统，调节流量为1.8L/min。玉米朊萃取液体积百分比浓度为25％，所述萃取液通过进料管道4进入到主筒体7背面斜上方的布料槽8，从布料槽8流出后均匀分布到转动的主筒体7表面。蒸汽供给系统15产生的循环蒸汽通过热蒸汽进入管道16输送至主筒体7内壁，再通冷蒸汽排出管道17流回蒸汽供给系统15；玉米朊萃取液随主筒体7转动并被均匀干燥；干燥的玉米朊通过紧贴在主筒体7正面下方的刮刀9与主筒体7分离，通过冷却辊10冷却，在破碎螺旋输送器11作用下通过出料管道进入储料罐12，物料再通过与储料罐12连接的二级关风器13和一级关风器14后出料。水喷射泵系统22通过管道18营造主箱体系统的真空环境，同时蒸发的乙醇经过管道18、一级冷凝器19、二级冷凝器20进入到缓冲罐21中被回收。

经检测，玉米朊产品为17.4kg/h，最终水分含量为6.7％；乙醇回收能力为45.4kg/h，回收率为82.4％。

该方法和装备同样适用于速溶营养米粉，速溶即食麦片、即食谷物早餐、马铃薯雪花全粉、各种预糊化α淀粉如小麦、马铃薯、木薯、玉米、红薯、芭蕉芋、大米、百合、莲藉等，各种奶粉及乳清粉、水果和蔬菜汁、鸡蛋等液体或较粘稠物料的干燥。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.玉米朊连续式真空滚筒干燥设备，包括主箱体系统、进料系统、滚筒刮板干燥系统、蒸汽供给系统、冷却出料系统、冷凝系统、水喷射泵系统和控制系统，主箱体系统包括主箱体（1）及安装在主箱体侧壁的放空阀（2）；滚筒刮板干燥系统位于主箱体（1）内部，包括主筒体（7）和刮刀（9），所述刮刀（9）安装在主筒体（7）的外筒壁上；进料系统位于主筒体（7）的上方，包括进料管道（4）和位于进料管道（4）末端的进料口（6），进料口（6）靠近主筒体（7）上方；蒸汽供给系统与主箱体系统连接，主箱体（1）的抽真空口与冷凝系统通过管道（18）连接，冷凝系统与水喷射泵系统通过管道（18）连接，冷凝系统包括一级冷凝器（19）、二级冷凝器（20）和缓冲罐（21）；其特征在于：

所述冷却出料系统位于刮刀（9）下方，包括并排设置在所述刮刀（9）下方的冷却辊（10）和破碎螺旋输送轴（11），在破碎螺旋输送轴（11）的末端设置有储料罐（12），储料罐（12）依次与二级关风器（13）和一级关风器（14）连接。

2.根据权利要求1所述的玉米朊连续式真空滚筒干燥设备，其特征在于：

滚筒刮板干燥系统还包括布料槽（8），布料槽（8）安装在主筒体（7）上、且位于进料口（6）正下方，使液体从所述布料槽（8）中流出后均匀分布至主筒体（7）表面。

3.根据权利要求2所述的玉米朊连续式真空滚筒干燥设备，其特征在于：

布料槽（8）与进料口（6）的垂直距离为10~500mm。

4.根据权利要求1~3任一项所述的玉米朊连续式真空滚筒干燥设备，其特征在于：

进料系统在进料管道（4）上还安装有背压阀（5）。

5.根据权利要求4所述的玉米朊连续式真空滚筒干燥设备，其特征在于：

主箱体（1）上设置有侧开门，侧开门上还设置有观察视镜（3）。

6.根据权利要求5所述的玉米朊连续式真空滚筒干燥设备，其特征在于：

主筒体（7）的直径为500~1500mm、长度为1000~2000mm。

7.根据权利要求6所述的玉米朊连续式真空滚筒干燥设备，其特征在于：

主筒体（7）采用耐热材料。

8.一种采用权利要求1所述的玉米朊连续式真空滚筒干燥设备干燥玉米朊的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：启动滚筒刮板干燥系统，调整主筒体转速为R1；

S2：启动蒸汽供给系统，调节蒸气压力为P1，对主箱体进行预热；

S3：启动水喷射泵系统，营造主箱体系统的真空环境，调节箱体真空度为P2；

S4：打开进料系统，调节液体流量为Q，设置玉米朊萃取液的体积百分比浓度为C，使玉米朊萃取液从进料系统流入滚筒刮板干燥系统，蒸汽供给系统产生的循环蒸汽通过加热管道输送至主筒体内壁，再通过出水管道流回蒸汽供给系统；

S5：玉米朊萃取液随主筒体转动并被均匀干燥；干燥的玉米朊通过紧贴在主筒体正面下方的刮刀（9）与主筒体（7）分离，通过冷却辊（10）冷却，在破碎螺旋输送轴（11）的作用下通过出料管道进入储料罐（12），再通过与储料罐（12）连接的二级关风器（13）和一级关风器（14）后出料，蒸发的乙醇经过管道（18）、一级冷凝器（19）、二级冷凝器（20）进入到缓冲罐（21）中被回收。

9.根据权利要求8所述的干燥玉米朊的方法，其特征在于：

所述主筒体的转速R1为0.1～5 r/min，所述蒸汽压力P1为0.00～0.60 MPa，所述真空度P2为0.0～1.0 MPa，所述液体流量Q为0.1~3.5 L/min，所述玉米朊萃取液的体积百分比浓度C为10～35 %。

10.根据权利要求8所述的干燥玉米朊的方法，其特征在于：

所述主筒体的转速R1为0.8～1.5 r/min，所述蒸汽压力P1为0.2～0.3MPa，所述真空度P2为0.001～0.005MPa，所述液体流量Q为0.8~1.8L/min，所述玉米朊萃取液的体积百分比浓度C为20～25 %。