CN108905253A - 一种改良的高效连续干燥方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改良的高效连续干燥方法，采用两级以上的加热器对物料进行干燥，物料在每级加热器内吸收热媒释放出来的数量，每级加热器的物料流通通径逐级放大。本发明还公开了一种实现上述改良的高效连续干燥方法的装置。相较于其他干燥设备，本发明有以下优点：生产过程连续性强，生产效率高，物料受热时间短，且物料受热均匀，产品品质均一，整个干燥过程在真空下进行，物料中的有效成分保存较好，设备结构紧凑，需要的安装空间小。

Description

一种改良的高效连续干燥方法及装置

技术领域

本发明涉及物料干燥技术领域，特别涉及一种用于制药、食品及化工领域的改良的高效连续干燥方法及装置，该方法适合应用于中药材有效成分的提取浓缩流程中的干燥阶段。

背景技术

在制药、食品及化工领域，需要经过干燥步骤除去浓缩后物料中残余的水或其他湿份。目前在干燥工段应用较为广泛的干燥设备有喷雾干燥塔、真空干燥箱、真空履带式干燥机等，这些设备均有诸多弊端，例如：

喷雾干燥塔：只能在常压下进行干燥，干燥时的温度较高，药物中的热敏性物质容易失活。干燥后得粉率仅有70％，浪费较为严重。热效率较低(一般为30％～40％)，蒸汽或耗电较大。同时体积较大，占地较多。

真空干燥箱：需要较高的浓缩液浓度，工业生产连续性差，只能单批干燥，干燥效率低，一般烘干时间在10小时以上。长时间烘干容易损伤物料中的有效成分。再就是托盘的装药量较少，一旦装药量超过托盘的1/3高度，干燥时物料就容易飞溅，造成浪费。

真空履带式干燥机：设备尺寸较大、较长，需要极大的占地面积。设备筒体为多层履带式结构，换批清洗即为困难，且很难清洗彻底。

发明内容

在一定温度下，任何含水(或其它湿份，以含水为例，下同)的湿物料都有一定的蒸汽压，当此蒸气压大于周围气体中的水汽分压时，水分将汽化。随着蒸发的进行，物料的含水量和蒸气压下降，管道内周围气体中的水汽分压会逐渐增大，蒸发的速率也会越来越慢，直到物料所含的水分蒸汽与气体中的水汽分压相等，系统达到平衡，蒸发将不再继续进行。

为此，本发明的目的之一在于针对现有物料干燥技术所存在的不足而提供一种改良的高效连续干燥方法。该方法旨在解决传统干燥设备的缺陷，降低水汽分压带来的影响，提高干燥的效率，减少残留，缩小安装空间，保持生产的连续性，缩短物料的受热时间，实现低浓度进料，连续得到品质均匀稳定的干燥物料。

本发明的目的之二在于提供一种实现上述改良的高效连续干燥方法的装置。

作为本发明第一方面的改良的高效连续干燥方法，其采用两级以上的加热器对物料进行干燥，物料在每级加热器内吸收热媒释放出来的数量，每级加热器的物料流通通径逐级放大。

在本发明的一个优选实施例中，所述物料行进至某一加热器内的某一点处，吸收到了足够的热量，物料中的液体变为饱和液体，随着物料和饱和液体继续在某一加热器或其它加热器内移动，物料中的饱和液体转变为饱和蒸汽，变为物料、饱和液体和饱和蒸汽的三相混合物；所述物料、饱和液体和饱和蒸汽的三相混合物经过扩大物流流通通径后的加热器后变为物料和饱和蒸汽两相混合物，所述物料和饱和蒸汽两相混合物进入到蒸发室内，干燥的物料由于重力作用向下掉落，饱和气体则跟随真空的吸引进入到冷凝系统中，实现物料和饱和蒸汽的分离，最终得到所需的干燥产品。

在本发明的一个优选实施例中，每一级加热器的热媒为温度相同的热媒或不同温度的热媒。优选为不同温度的热媒。

在本发明的一个优选实施例中，上一级加热器的热媒温度大于下一级加热器的热媒温度。

在本发明的一个优选实施例中，上一级加热器的物流流通通径为下一级加热器的物流流通通径的1～5倍。

在本发明一个优选实施例中，所述物料为稀物料或浓缩物料。

作为本发明的第二方面的实现上述改良的高效连续干燥方法的装置，包含串联使用的两级以上的加热器，每级加热器的物料流通通径逐级放大。

在本发明的一个优选实施例中，还包括一蒸发室、一冷凝系统和真空系统，所述蒸发室上设置有物料和饱和蒸汽两相混合物入口、饱和蒸汽出口、干燥物料出口，所述冷凝系统上设置有一饱和蒸汽入口、抽真空口和冷凝液排放口，所述蒸发室上的物料和饱和蒸汽两相混合物入口与最后一级加热器上的物料和饱和蒸汽两相混合物出口通过管道连接，所述蒸发室上的饱和蒸汽出口通过管道与冷凝系统中的饱和蒸汽入口连通，所述蒸发室上的干燥物料出口与干燥物料收集系统连接，所述冷凝系统中的抽真空口与真空系统连接，所述冷凝系统中的冷凝排放口与冷凝液收集系统连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述物料和饱和蒸汽两相混合物进入到蒸发室内，干燥的物料由于重力作用向下掉落，饱和气体则跟随真空的吸引进入到冷凝系统中，实现物料和饱和蒸汽的分离。

由于采用了如上的技术方案，本发明通过人为的将周围环境的水汽分压再次降低，从而降低了蒸发速率的衰减，保证了蒸发的顺利进行。

本发明多级递增物流流通通径的换热器可采用相同温度的热媒或不同温度的热媒，采用不同温度的热媒效果会更佳。物料处于上一级换热器时湿分含量高，因此上一级换热器采用温度较高的热媒，例如：工业蒸汽、过热水......等等，热媒和物料处于相对较大的传热温差，此时物料中的湿分蒸发速率高，且在物料含水量较高的情况下，吸收的热量主要用于水分的蒸发，物料的整体温度不会过高，因此不会对物料中的有效成分产生破坏。下一级的换热器采用温度较低的热媒，例如：负压蒸汽、热水......等等，热媒和物料处于相对较小的传热温差，此时物料中的含水量已然下降，物料占据较大的比重，采用温度较低的热媒不会使物料的整体温度过高，可以有效的避免物料中的有效成分被破坏。

相较于其他干燥设备，本发明有以下优点：生产过程连续性强，生产效率高，物料受热时间短，且物料受热均匀，产品品质均一，整个干燥过程在真空下进行，物料中的有效成分保存较好，设备结构紧凑，需要的安装空间小。

附图说明

图1为本发明的装置的原理示意图。

具体实施方式

下面具体实施方式是以两级加热器为例来详细说明本发明权利要求所要求保护的技术方案的，但是对于本领域技术人员而言，依据本发明说明书的记载，完全可以推广到两级以上的加热器。

参见图1，图中所示的实现上述改良的高效连续干燥方法的装置，包括串联使用的两级加热器100、200、一蒸发室300、一冷凝系统400和真空系统(图中未标注)，下一级加热器200的物料流通通径比上一级加热器100的物料流通通径大，当然也不排除，两级加热器100、200中的物料流通通径也是逐渐放大的。

作为本发明的一个较佳的实施例，上一级加热器100的物料流通通径为下一级加热器200的物料流通通径的1～5倍。

蒸发室300上设置有物料和饱和蒸汽两相混合物入口310、饱和蒸汽出口320、干燥物料出口330，冷凝系统400上设置有一饱和蒸汽入口410、抽真空口420和冷凝液排放口430，蒸发室300上的物料和饱和蒸汽两相混合物入口310与最后一级加热器200上的物料和饱和蒸汽两相混合物出口210通过管道连接，蒸发室300上的饱和蒸汽出口320通过管道与冷凝系统400中的饱和蒸汽入口410连通，蒸发室300上的干燥物料出口330与干燥物料收集系统连接，冷凝系统400中的抽真空口420与真空系统连接，冷凝系统400中的冷凝排放口430与冷凝液收集系统连接。

结合图1，本发明的改良的高效连续干燥方法，包括如下步骤：

A.稀物料(当然也可以是浓缩的物料)连续进入到加热器100内。该处可通过：泵、压差、高位差或者其他方式送料。

B.物料在加热器100、200内进行吸热，直到加热器100或/和加热器200内某一点处，物料内的液体吸收到足够的热量变为饱和液体，物料和饱和液体的混合物继续前进并吸热，部分饱和液体吸热转变为饱和蒸汽，变为物料、饱和液体和饱和蒸汽的三相混合物。随着蒸发的进行，物料的含水量和蒸汽压逐渐下降，而周围环境的水汽分压逐渐上升，经过扩大通径后的加热器100或/和加热器200，由于两级加热器100或/和加热器200的物流流通通径逐级放大，人为的将周围环境的水汽分压再次降低，从而降低了蒸发速率的衰减，保证了蒸发的顺利进行。最终物料、饱和液体和饱和蒸汽的三相混合物变为物料和饱和蒸汽两相混合物，物料和饱和蒸汽两相混合物进入到蒸发室300内。

C.在蒸发室300内，干燥的物料由于重力作用向下掉落，进入到蒸发室300下端的干燥物料出口330并由干燥物料出口330进入到与干燥物料出口330对接的干燥物料收集系统内，饱和蒸汽则跟随真空的吸引进入到冷凝系统400中，被冷凝回收，实现了物料和蒸汽的分离，最终得到所需的干燥产品。

本具体实施方式中的加热器100、200的换热面积，都是相对量，需要根据物料的具体情况确定，例如流量和浓度等。

本具体实施方式中的加热器100、200的类型和热媒的种类及温度不作特别的限定，但是本具体实施方式中的加热器100采用热媒的温度应该高于加热器200所采用热媒的温度，这是因为：物料处于上一级换热器100时湿分含量高，因此上一级换热器100采用温度较高的热媒，例如：工业蒸汽、过热水......等等，热媒和物料处于相对较大的传热温差，此时物料中的湿分蒸发速率高，且在物料含水量较高的情况下，吸收的热量主要用于水分的蒸发，物料的整体温度不会过高，因此不会对物料中的有效成分产生破坏。下一级的换热器200采用温度较低的热媒，例如：负压蒸汽、热水......等等，热媒和物料处于相对较小的传热温差，此时物料中的含水量已然下降，物料占据较大的比重，采用温度较低的热媒不会使物料的整体温度过高，可以有效的避免物料中的有效成分被破坏。

下面通过具体实施例来详细说明本发明的技术效果

实施例1

将中药提取液的一次浓缩液，含水量为30～70％，连续进入到加热器100内，物料在加热器100、200内进行吸热，加热器100采用热媒为120～143℃热媒，加热器200采用热媒为80～116℃热媒，直到加热器100或/和加热器200内某一点处，物料内的液体吸收到足够的热量变为饱和液体，物料和饱和液体的混合物继续前进并吸热，部分饱和液体吸热转变为饱和蒸汽，变为物料、饱和液体和饱和蒸汽的三相混合物。随着蒸发的进行，物料的含水量和蒸汽压逐渐下降，而周围环境的水汽分压逐渐上升，经过扩大通径后的加热器100或/和加热器200，由于两级加热器100或/和加热器200的物流流通通径逐级放大，人为的将周围环境的水汽分压再次降低，从而降低了蒸发速率的衰减，保证了蒸发的顺利进行。最终物料、饱和液体和饱和蒸汽的三相混合物变为物料和饱和蒸汽两相混合物，物料和饱和蒸汽两相混合物进入到蒸发室300内。蒸干燥的物料由于重力作用向下掉落，并由干燥物料出口330进入到与干燥物料出口330对接的干燥物料收集系统内，饱和蒸汽则跟随真空的吸引进入到冷凝系统400中，被冷凝回收，实现了物料和蒸汽的分离，最终得到含水量为2～10％的干燥产品。

实施例2

将天然调味料(鸡提取物、鱼贝类提取物、猪牛羊提取物等)的一次浓缩液(例如驴皮胶生产等)，含水量为30～70％，连续进入到加热器100内，物料在加热器100、200内进行吸热，加热器100采用热媒为120～143℃热媒，加热器200采用热媒为80～116℃热媒，直到加热器100或/和加热器200内某一点处，物料内的液体吸收到足够的热量变为饱和液体，物料和饱和液体的混合物继续前进并吸热，部分饱和液体吸热转变为饱和蒸汽，变为物料、饱和液体和饱和蒸汽的三相混合物。随着蒸发的进行，物料的含水量和蒸汽压逐渐下降，而周围环境的水汽分压逐渐上升，经过扩大通径后的加热器100或/和加热器200，由于两级加热器100或/和加热器200的物流流通通径逐级放大，人为的将周围环境的水汽分压再次降低，从而降低了蒸发速率的衰减，保证了蒸发的顺利进行。最终物料、饱和液体和饱和蒸汽的三相混合物变为物料和饱和蒸汽两相混合物，物料和饱和蒸汽两相混合物进入到蒸发室300内。干燥的物料由于重力作用向下掉落，并由干燥物料出口330进入到与干燥物料出口330对接的干燥物料收集系统内，饱和蒸汽则跟随真空的吸引进入到冷凝系统400中，被冷凝回收，实现了物料和蒸汽的分离，最终得到含水量为8～15％的干燥产品。

实施例3

将矿物提取物(如石膏、珍珠母、牡蛎等)的一次浓缩液，含水量为30～70％，连续进入到加热器100内，物料在加热器100、200内进行吸热，加热器100采用热媒为120～143℃热媒，加热器200采用热媒为80～116℃热媒，直到加热器100或/和加热器200内某一点处，物料内的液体吸收到足够的热量变为饱和液体，物料和饱和液体的混合物继续前进并吸热，部分饱和液体吸热转变为饱和蒸汽，变为物料、饱和液体和饱和蒸汽的三相混合物。随着蒸发的进行，物料的含水量和蒸汽压逐渐下降，而周围环境的水汽分压逐渐上升，经过扩大通径后的加热器100或/和加热器200，由于两级加热器100或/和加热器200的物流流通通径逐级放大，人为的将周围环境的水汽分压再次降低，从而降低了蒸发速率的衰减，保证了蒸发的顺利进行。最终物料、饱和液体和饱和蒸汽的三相混合物变为物料和饱和蒸汽两相混合物，物料和饱和蒸汽两相混合物进入到蒸发室300内。干燥的物料由于重力作用向下掉落，并由干燥物料出口330进入到与干燥物料出口330对接的干燥物料收集系统内，饱和蒸汽则跟随真空的吸引进入到冷凝系统400中，被冷凝回收，实现了物料和蒸汽的分离，最终得到含水量为2～7％的干燥产品。

实施例4

将化学工业液(氯化钠、催化剂、硫化剂、氨基酸等)的一次浓缩液，含水量为50～70％，连续进入到加热器100内，物料在加热器100、200内进行吸热，加热器100采用热媒为120～143℃热媒，加热器200采用热媒为80～116℃热媒，直到加热器100或/和加热器200内某一点处，物料内的液体吸收到足够的热量变为饱和液体，物料和饱和液体的混合物继续前进并吸热，部分饱和液体吸热转变为饱和蒸汽，变为物料、饱和液体和饱和蒸汽的三相混合物。随着蒸发的进行，物料的含水量和蒸汽压逐渐下降，而周围环境的水汽分压逐渐上升，经过扩大通径后的加热器100或/和加热器200，由于两级加热器100或/和加热器200的物流流通通径逐级放大，人为的将周围环境的水汽分压再次降低，从而降低了蒸发速率的衰减，保证了蒸发的顺利进行。最终物料、饱和液体和饱和蒸汽的三相混合物变为物料和饱和蒸汽两相混合物，物料和饱和蒸汽两相混合物进入到蒸发室300内。干燥的物料由于重力作用向下掉落，并由干燥物料出口330进入到与干燥物料出口330对接的干燥物料收集系统内，饱和蒸汽则跟随真空的吸引进入到冷凝系统400中，被冷凝回收，实现了物料和蒸汽的分离，最终得到含水量为5～10％的干燥产品。

实施例5

将食品工业液(如可可奶粉、代乳粉、蛋清等)一次浓缩液，含水量为50～70％，连续进入到加热器100内，物料在加热器100、200内进行吸热，加热器100采用热媒为120～143℃热媒，加热器200采用热媒为80～116℃热媒，直到加热器100或/和加热器200内某一点处，物料内的液体吸收到足够的热量变为饱和液体，物料和饱和液体的混合物继续前进并吸热，部分饱和液体吸热转变为饱和蒸汽，变为物料、饱和液体和饱和蒸汽的三相混合物。随着蒸发的进行，物料的含水量和蒸汽压逐渐下降，而周围环境的水汽分压逐渐上升，经过扩大通径后的加热器100或/和加热器200，由于两级加热器100或/和加热器200的物流流通通径逐级放大，人为的将周围环境的水汽分压再次降低，从而降低了蒸发速率的衰减，保证了蒸发的顺利进行。最终物料、饱和液体和饱和蒸汽的三相混合物变为物料和饱和蒸汽两相混合物，物料和饱和蒸汽两相混合物进入到蒸发室300内。干燥的物料由于重力作用向下掉落，并由干燥物料出口330进入到与干燥物料出口330对接的干燥物料收集系统内，饱和蒸汽则跟随真空的吸引进入到冷凝系统400中，被冷凝回收，实现了物料和蒸汽的分离，最终得到含水量为2～10％的干燥产品。

Claims (9)

1.改良的高效连续干燥方法，其特征在于，采用两级以上的加热器对物料进行干燥，物料在每级加热器内吸收热媒释放出来的数量，每级加热器的物料流通通径逐级放大。

2.如权利要求1所述的改良的高效连续干燥方法，其特征在于，所述物料行进至某一加热器内的某一点处，吸收到了足够的热量，物料中的液体变为饱和液体，随着物料和饱和液体继续在某一加热器或其它加热器内移动，物料中的饱和液体转变为饱和蒸汽，变为物料、饱和液体和饱和蒸汽的三相混合物；所述物料、饱和液体和饱和蒸汽的三相混合物经过扩大物流流通通径后的加热器后变为物料和饱和蒸汽两相混合物，所述物料和饱和蒸汽两相混合物进入到蒸发室内，干燥的物料由于重力作用向下掉落，饱和气体则跟随真空的吸引进入到冷凝系统中，实现物料和饱和蒸汽的分离，最终得到所需的干燥产品。

3.如权利要求2所述的改良的高效连续干燥方法，其特征在于，每一级加热器的热媒为温度相同的热媒或不同温度的热媒。

4.如权利要求3所述的改良的高效连续干燥方法，其特征在于，上一级加热器的热媒温度大于下一级加热器的热媒温度。

5.如权利要求1所述的改良的高效连续干燥方法，其特征在于，上一级加热器的物流流通通径为下一级加热器的物流流通通径的1～5倍。

6.如权利要求1所述的改良的高效连续干燥方法，其特征在于，所述物料为稀物料或浓缩物料。

7.一种实现权利要求1至6任一项权利要求所述的改良的高效连续干燥方法的装置，其特征在于，包含串联使用的两级以上的加热器，每级加热器的物料流通通径逐级放大。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括一蒸发室、一冷凝系统和真空系统，所述蒸发室上设置有物料和饱和蒸汽两相混合物入口、饱和蒸汽出口、干燥物料出口，所述冷凝系统上设置有一饱和蒸汽入口、抽真空口和冷凝液排放口，所述蒸发室上的物料和饱和蒸汽两相混合物入口与最后一级加热器上的物料和饱和蒸汽两相混合物出口通过管道连接，所述蒸发室上的饱和蒸汽出口通过管道与冷凝系统中的饱和蒸汽入口连通，所述蒸发室上的干燥物料出口与干燥物料收集系统连接，所述冷凝系统中的抽真空口与真空系统连接，所述冷凝系统中的冷凝排放口与冷凝液收集系统连接。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，在本发明的一个优选实施例中，所述物料和饱和蒸汽两相混合物进入到蒸发室内，干燥的物料由于重力作用向下掉落，饱和气体则跟随真空的吸引进入到冷凝系统中，实现物料和饱和蒸汽的分离。