CN106403514B - 对流传热方式在物料减压干燥过程中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对流传热方式在物料减压干燥过程中的应用。该方法的主要特征是在传统的减压干燥过程中当液态水(或其他溶媒)开始汽化时，通入适量的水蒸汽以对流传热的方式进行热交换，使液态水获得足够的显热而加速汽化；同时，水汽借助蒸汽瞬间膨胀而释放出的动能，迅速挣脱物料表面张力的束缚而逃离、排出干燥腔体，从而达到完全干燥以及缩短干燥时间的目的。

Description

对流传热方式在物料减压干燥过程中的应用

技术领域

本发明涉及干燥技术及其应用领域，具体涉及一种对流传热方式在物料减压干燥过程中的应用。

背景技术

物料的干燥方法一般有常压干燥、喷雾干燥以及减压干燥，本发明涉及其中的减压干燥法。

减压干燥法是目前比较流行的干燥方法，通过降低压力(大气压力以101325Pa为基准)，水分子由液态转化成汽态所需的潜热也大大降低，对于热敏性物质，或不容易干燥的样品，例如流膏或其他块状样品，使用减压干燥法可以有效缩短干燥时间，同时保证物料干燥后的品质。

因此，对于需要干燥时间较长、热敏性高的物料，用减压干燥是较佳的选择。与常压干燥法相比，减压干燥法虽然可大大缩短了干燥时间，但仍有压挤的空间，如流浸膏使用一般箱式减压干燥法干燥，通常也需要24-48小时才能得到水分低于5％的块状物；链带式减压干燥法也可以大大缩短干燥时间，但它是以牺牲物理空间为代价，如相同时间内要获得同样的产量，其设备外型尺寸远比箱式干燥法大，且内部结构繁杂，清洁不便，极不利应用于洁净生产。

中国专利申请03117185.0(公开号为CN 1431443A)公开了一种膏状物的干燥方法，将膏状物放置在减压加热罐内，并让膏状物从罐体的上部经筛板上的筛孔挤出、成条状药膏后，垂直通过罐体中部缓缓降至罐体下部，进行动态连续干燥。该干燥法主要利用对流方式进行热交换，以成倍增加待干燥膏状物的比表面积的方法，使膏状物中更多、甚至成数量级的水分子同时均匀地获得潜热而气化，从而达到缩短干燥时间的目的。

专利申请号201010271537.3“真空干燥设备”，提出了一种改进后的真空干燥设备，特征是具有空气循环系统、气体补充装置以及破真空装置。该发明专利也公开一种干燥方法，间接提示发明该装置的出发点是利用部分破坏真空的方法，即往箱体里充填少量空气，以克服“在真空下稀薄气体会出现热能传到不均匀现象，从而使待干燥物品温度上升不连续，出现受热不均匀的现象”。

实验用小型箱式减压干燥设备多利用热辐射方式来完成热传递，物料的加热过程是由表及里，因减压状态下空气稀薄，难以形成对流导热，热传递效率并不高；生产用箱式减压干燥设备多安装盘管或板层加热装置，物料加热主要靠热传导方式，加热过程是从接触底部向上；两种方式都可以令水分子运动加剧，但无法很好的解决运动中的水分子由液态转气态所需潜热的连续、及时迅速供给问题；减压微波干燥法是利用物料中水分子的介质损耗系数大可优先吸收微波能的特点，使水偶极分子产生高频往复运动，产生“内摩擦热”而使物料内外被同时加热、同时升温，水分子因而迅速汽化，能效高，这无疑也是一种解决方法，但是到目前为止还没有在工业上成功应用的例子，所以推广普及暂时受限。

发明内容

本发明的目的是提供一种对流传热方式物料干燥方法，其特征在于：在干燥的减压过程中，以对流方式同时通入蒸汽。

优选地，所述物料为无挥发性流膏；或含游离水的固体颗粒；或块状物、动植物性材料。

优选地，所述无挥发性的流膏，50℃时相对密度为1.05-1.50。

本发明所述对流传热方式的物料干燥方法包括以下步骤：

1)将物料分装至开口容器中，置于减压干燥柜板层上，密闭腔体；

2)启动加热装置，将加热板层的温度升至50-120℃；

3)在常压将物料温度升至50-80℃时，开启侧面的抽气阀门，自腔体内向外抽气；

4)当腔体真空度降至10～50Pa时，保持抽气阀门不关闭，继续抽气的同时，打开对侧腔体外的蒸汽阀门，通入蒸汽并调整通量使腔体真空度为50～5000Pa；

5)达到预定干燥时间后，关闭蒸汽阀门，打开同侧腔体上的气体阀门，通入气体并调整通量使腔体真空度维持在30～500Pa；

6)继续保持1～5小时，关闭抽气阀，完成干燥。

优选地，减压干燥步骤4)中所述蒸汽为水饱和蒸汽，绝对压力为0.10M Pa-0.60MPa。

优选地，减压干燥步骤5)所述气体为空气、氮气或氩气，绝对压力在0.10M Pa-0.60M Pa。

优选地，减压干燥时所用设备配备加热板层，采用热传导方式对物料进行加热，同时，腔体一侧接通抽气开关阀，其对侧腔体接通蒸汽开关阀及空气开关阀。

本发明提供的对流传热方式在物料减压干燥过程中的应用具有以下优点：

1、本发明在传统的减压干燥模式上，将对流传热方式引入减压干燥中。经过发明人的研究，发现饱和蒸汽内含的显热比干热空气大得多，可提供足够让水分子由液态转为汽态所需的汽化潜热(2.8kJ/g冰)，无需额外安装热泵对空气进行加热；同时，蒸汽减压膨胀时释放出的动能，足可以克服物料表面张力束缚而把水气带走，混合水汽经冷凝成水；由于没有额外增加不凝气体，真空泵无需增加功率就可以让腔体又维持在相对稳定的高负压状态；再者，水、汽是动态混合体，用水蒸汽代替干热气体作为传热介质，不会导致物料过热而结焦，又因水蒸汽几乎不含氧，物料在无氧条件下干燥不易变质，故保留了其良好外观与优良品质，又继承了便于洁净生产的优势。

本发明提出在传统减压干燥过程中增加对流传热方式。理论上，对流传热方式在真空环境下已经几乎是不可能实现，但本处人为创造一个对流方式传热的环境，使对流传热方式得以实现，大大提高了传热效率；首先，利用蒸汽以对流方式传热使物料上层的液态水优先获得足够的潜热而汽化，后配合板层的传导方式加热，使下部水也迅速获得足够的潜热而持续汽化，这样，热传导与热对流两种热传递方式优劣势得以互补。

2、干燥时间短。与现有箱式真空干燥技术相比，原干燥时间需要24-48小时，本发明干燥只需8-20小时即可达到相同的干燥效果，使原每1.5-2天只能生产一批提高为每天能生产一批，效率提高50％以上。另外，由于干燥时间缩短，能耗方面亦可节约50％以上的支出，有显著的经济效益和社会效益。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1：贝母流浸膏的减压干燥方法

1、将100Kg相对密度为1.05(50℃)的贝母流浸膏放入减压干燥设备腔体内的板层上，关门并关闭连接腔体的所有阀门，密闭腔体；

2、启动加热装置，将加热板层的温度升至50℃；

3、加热至物料温度升至50℃时，开启侧面的抽气阀门，自腔体内向外抽气；

4、当腔体真空度降至10Pa时，在保持抽气阀门不关闭、继续抽气的前提下，打开对侧腔体外的蒸汽阀门，通入蒸汽并调整通量使腔体真空度至50Pa；

5、当红外在线快速水分测定仪显示物料水分下降至3％时，关闭蒸汽阀门，打开同侧的气体阀门，通入空气并调整通量使腔体真空度维持在30Pa；

6、保持1小时，关闭抽气阀，结束干燥。

实施例2：蔗糖流膏的减压干燥方法

1、将100Kg相对密度为1.45(50℃)的蔗糖流膏放入减压干燥设备腔体内的板层上，关门并关闭连接腔体的所有阀门，密闭腔体；

2、启动加热装置，将加热板层的温度升至70℃；

3、加热至物料温度升至60℃时，开启侧面的抽气阀门，自腔体内向外抽气；

4、当腔体真空度降至20Pa时，在保持抽气阀门不关闭、继续抽气的前提下，打开对侧腔体外的蒸汽阀门，通入蒸汽并调整通量使腔体真空度至500Pa；

5、当红外在线快速水分测定仪显示物料水分下降至1％时，关闭蒸汽阀门，打开同侧的气体阀门，通入氮气并调整通量使腔体真空度维持在100Pa；

6、保持2小时，关闭抽气阀，结束干燥。

实施例3：中药饮片的减压干燥方法

1、将100Kg的鲜黄芪粗碎成10目平铺(厚度为2cm)在减压干燥设备腔体内的板层上，关门并关闭连接腔体的所有阀门，密闭腔体；

2、启动加热装置，将加热板层的温度升至85℃；

3、加热至物料温度升至70℃时，开启侧面的抽气阀门，自腔体内向外抽气；

4、当腔体真空度降至30Pa时，在保持抽气阀门不关闭、继续抽气的前提下，打开对侧腔体外的蒸汽阀门，通入蒸汽并调整通量使腔体真空度至1000Pa；

5、当红外在线快速水分测定仪显示物料水分下降至3％时，关闭蒸汽阀门，打开同侧的气体阀门，通入空气并调整通量使腔体真空度维持在200Pa；

6、保持3小时，关闭抽气阀，结束干燥。

实施例4：颗粒状木糖醇的减压干燥方法

1、将100Kg颗粒状木糖醇放入减压干燥设备腔体内的板层上，关门并关闭连接腔体的所有阀门，密闭腔体；

2、启动加热装置，将加热板层的温度升至90℃；

3、加热至物料温度升至70℃时，开启侧面的抽气阀门，自腔体内向外抽气；

4、当腔体真空度降至40Pa时，在保持抽气阀门不关闭、继续抽气的前提下，打开对侧腔体外的蒸汽阀门，通入蒸汽并调整通量使腔体真空度至3000Pa；

5、当红外在线快速水分测定仪显示物料水分下降至1％时，关闭蒸汽阀门，打开同侧的气体阀门，通入氮气并调整通量使腔体真空度维持在300Pa；

6、保持4小时，关闭抽气阀，结束干燥。

实施例5：粉末二氧化硅的减压干燥方法。

1、将100Kg粉末二氧化硅放入减压干燥设备腔体内的板层上，关门并关闭连接腔体的所有阀门，密闭腔体；

2、启动加热装置，将加热板层的温度升至105℃；

3、加热至物料温度升至75℃时，开启侧面的抽气阀门，自腔体内向外抽气；

4、当腔体真空度降至50Pa时，在保持抽气阀门不关闭、继续抽气的前提下，打开对侧腔体外的蒸汽阀门，通入蒸汽并调整通量使腔体真空度至4000Pa；

5、当红外在线快速水分测定仪显示物料水分下降至2％时，关闭蒸汽阀门，打开同侧的气体阀门，通入氩气并调整通量使腔体真空度维持在400Pa；

6、保持5小时，关闭抽气阀，结束干燥。

实施例6：牛肉块的减压干燥方法

1、将100Kg牛肉切成1厘米厚的条块平放在减压干燥设备腔体内的板层上，关门并关闭连接腔体的所有阀门，密闭腔体；

2、启动加热装置，将加热板层的温度升至120℃；

3、加热至物料温度升至80℃时，开启侧面的抽气阀门，自腔体内向外抽气；

4、当腔体真空度降至30Pa时，在保持抽气阀门不关闭、继续抽气的前提下，打开对侧腔体外的蒸汽阀门，通入蒸汽并调整通量使腔体真空度至5000Pa；

5、当红外在线快速水分测定仪显示物料水分下降至5％时，关闭蒸汽阀门，打开同侧的气体阀门，通入氩气并调整通量使腔体真空度维持在500Pa；

6、保持3小时，关闭抽气阀，结束干燥。

对比例1：牛肉块的减压干燥方法

1、将100Kg牛肉切成1厘米厚的条块平放在减压干燥设备腔体内的板层上，关门并关闭连接腔体的所有阀门，密闭腔体；

2、启动加热装置，将加热板层的温度升至120℃；

3、加热至物料温度升至80℃时，开启侧面的抽气阀门，自腔体内向外抽气至真空度降至30Pa；

4、当红外在线快速水分测定仪显示物料水分下降至5％时，关闭蒸汽阀门，打开同侧的气体阀门，通入氩气并调整通量使腔体真空度维持在500Pa；

5、保持1小时，关闭抽气阀，结束干燥。

实验例：干燥时间及干燥后物料品质分析结果比较

将实施例及对比例的减压干燥时间及干燥后物料品质情况进行分析汇总、比较，结果见表1：

表1：物料干燥时间及品质分析汇总表

	干燥时间(小时)	水分(％)	性状
				实施例1	10.5	1.5	质轻块状物
实施例2	9.5	0.7	质轻块状物
				实施例3	8.0	2.0	质轻干燥粗粉
实施例4	8.5	0.8	质轻颗粒物
				实施例5	9.0	1.7	质轻细粉
实施例6	8.5	2.8	质轻块状物
				对比例1	15.0	4.7	质硬干燥块状物

注：水分按《中华人民共和国药典》2010年版一部附录Ⅸ H第一法(烘干法)检测。

上表结果显示：本发明可用于工业化大生产，且操控性好；其中实施例6及对比例1的待干燥物料完全相同，但本发明制作出的牛肉干柔性更好，且干燥时间也显著低于对比例。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种对流传热方式的物料干燥方法，其特征在于：在干燥的减压过程中，以对流方式同时通入蒸汽；

包括以下步骤：

1）将物料分装至开口容器中，置于减压干燥柜板层上，密闭腔体；

2）启动加热装置，将加热板层的温度升至50-120℃；

3）在常压将物料温度升至50-80℃时，开启侧面的抽气阀门，自腔体内向外抽气；

4）当腔体真空度降至10～50Pa时，保持抽气阀门不关闭，继续抽气的同时，打开对侧腔体外的蒸汽阀门，通入蒸汽并调整通量使腔体真空度为50～5000Pa；

5）当物料的水分下降至1-5%时，关闭蒸汽阀门，打开同侧腔体上的气体阀门，通入气体并调整通量使腔体真空度维持在30～500Pa；

6）继续保持1～5小时，关闭抽气阀，完成干燥。

2.根据权利要求1所述的干燥方法，其特征在于：所述物料为无挥发性的流膏；或含游离水的固体颗粒；或块状物、动植物性材料。

3.根据权利要求2所述的干燥方法，其特征在于：所述无挥发性的流膏，50℃时相对密度为1.05-1.50。

4.根据权利要求1所述干燥方法，其特征在于，步骤4）中所述蒸汽为水饱和蒸汽，绝对压力为0.10M Pa-0.60M Pa。

5.根据权利要求1所述干燥方法，其特征在于，步骤5）所述气体为空气、氮气或氩气，绝对压力在0.10M Pa-0.60M Pa。