CN111250028B - 一种大豆加工中精馏塔釜液再利用的美拉德反应器 - Google Patents

Abstract

一种大豆加工中精馏塔釜液再利用的美拉德反应器，包括蒸汽加热容器和设置在其内的若干组美拉德反应单元，每组美拉德反应单元包括一根反应管，反应管的两端分别设有穿出蒸汽加热容器两端部的釜液进液管和釜液排出管，在蒸汽加热容器内设有若干根辅料注入管，这些辅料注入管通过蒸汽将美拉德反应辅料沿分支管道送入到反应管内与釜液混合。本发明能够将精馏塔釜液与美拉德辅料进行充分反应，进而完成对釜液的处理，使其具有更好的风味，最后再经过喷雾干燥后得到可以直接用于食品中的添加剂，不仅实现了对于釜液中营养成分的利用，防止了营养成分的流失和浪费，而且变废为宝，节省了釜液处理成本的同时，实现了额外的经济创收。

Description

一种大豆加工中精馏塔釜液再利用的美拉德反应器

技术领域

本发明涉及到大豆加工豆油、多糖、膳食纤维领域中的废弃物利用，具体的说是一种大豆加工中精馏塔釜液再利用的美拉德反应器。

背景技术

现有技术中，利用大豆加工生产豆油、大豆蛋白、多糖和膳食纤维工艺中，不可避免的会产生豆渣，由于豆渣中还含有丰富的可溶性多糖、膳食纤维等，因此，现有技术中，对于豆渣一般也是再次加工利用的；

在豆渣加工利用中，豆渣组分约有30% 转化为可溶性多糖、30% 是转化为膳食纤维，剩下约40% 都在产品的醇洗精制过程中进入到了醇水废液中，继而在经过精馏系统回收乙醇后，这40%的豆渣组分就转移到了精馏塔的釜液中；

釜液在排放前必须进行处理净化、消解掉其中的有机物，达标排放，大大增加了企业的生产成本。而另一方面，该釜液的主要组分是中小分子量的多糖、肽类、膳食纤维等，是营养价值很高的有机质组分，具有很好的食品营养和保健功能，处理后排放就造成了营养成分的浪费。

发明内容

为了解决现有技术中对于大豆生产过程中精馏塔釜液处理后直接排放所导致的成本增加、营养成分的浪费问题，本发明提供了一种大豆加工中精馏塔釜液再利用的美拉德反应器，该美拉德反应器能够将精馏塔釜液与美拉德辅料进行充分反应，进而完成对釜液的处理，使其具有更好的风味，最后再经过喷雾干燥后得到可以直接用于食品中的添加剂，不仅实现了对于釜液中营养成分的利用，防止了营养成分的流失和浪费，而且变废为宝，节省了釜液处理成本的同时，实现了额外的经济创收。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种大豆加工中精馏塔釜液再利用的美拉德反应器，包括侧壁对称设置有蒸汽入口和蒸汽出口的封闭圆筒状蒸汽加热容器，在蒸汽加热容器内沿其轴向分布有若干组美拉德反应单元，每组所述美拉德反应单元包括一根贯通蒸汽加热容器轴向的反应管，相邻反应管之间具有间隙，以增大蒸汽与其接触面积，反应管的两端分别设有穿出蒸汽加热容器两端部的釜液进液管和釜液排出管，在蒸汽加热容器内设置有若干根辅料注入管，这些辅料注入管的一端与蒸汽源连通，并通过若干根分支管道与每一根反应管连通，以通过蒸汽将美拉德反应辅料沿分支管道送入到反应管内与精馏塔釜液混合，进而被蒸汽加热容器内的蒸汽加热发生美拉德反应。

作为上述美拉德反应器的一种优化方案，每组所述美拉德反应单元的反应管的内壁上分布有两排弧形引导板，这两排弧形引导板均与其轴向平行，每一块弧形引导板的凹面朝向釜液进液管一侧，自由端均倾斜朝向釜液排出管端，这两排中弧形引导板的数量一一对应，且两排中处于对应位置的两块弧形引导板位置错开，从而使其中一块弧形引导板的自由端朝向另一块弧形引导板的凹面中心。

作为上述美拉德反应器的另一种优化方案，所述若干组美拉德反应单元在蒸汽加热容器内排成至少3路美拉德反应单元串，每一路美拉德反应单元串均沿蒸汽加热容器的半径方向从中心向边缘辐射，且每一路美拉德反应单元串中均包括至少两组的美拉德反应单元；每组所述美拉德反应单元中还具有一根与反应管平行且等长的扩容管；

在蒸汽加热容器的两端对称设置有控制每组美拉德反应单元中的反应管和扩容管连通和断开的转换器，同时，在每根扩容管内设置有在反应管和扩容管连通后驱动反应管内釜液和美拉德反应辅料来回移动的蒸汽驱动装置。

作为上述美拉德反应器的另一种优化方案，每组所述转换器包括位于蒸汽加热容器一端中心的液压腔和若干根一端与液压腔连通另一端封闭的条形腔，且每根条形腔对应一路美拉德反应单元串，并位于釜液进液管或釜液排出管与反应管之间；所述液压腔通过一根液压接管与液压设备连通，以实现向液压腔内注入或抽出液压油；

每根条形腔包括断面为矩形的长条状封闭腔体，在每根条形腔的腔体与釜液进液管或釜液排出管连接的侧壁上分布有若干片液体通过孔区在腔体与反应管两端接触的侧壁上设置有第一开口，且每根反应管一侧的釜液进液管、该侧的第一开口和该侧条形腔的腔体上的液体通过孔区处于同一直线上，共同形成了釜液进入管路，每根反应管另一侧的釜液排出管、该侧的第一开口和该侧条形腔的腔体上的液体通过孔区处于同一直线上，共同形成了釜液排出管路；

所述腔体的内壁宽度不小于反应管和扩容管的直径，腔体位于反应管的端部在腔体内设置有与其对应的美拉德反应单元串中美拉德反应单元数量对应的滑块，且这些滑块之间通过连接杆连接为一体，并通过向液压腔内注入或抽出液压油，控制这些滑块在腔体内滑动；

每个滑块内均设置有连接通道，连接通道的两端开口均暴露在滑块朝向反应管的侧壁上；在所述扩容管的两端分别具有第二开口，且当液压腔内的液压油控制每根条形腔内的所有滑块处于初始位置时，滑块错开与其对应的反应管端部的第一开口，以使釜液进入管路和釜液排出管路畅通，进而打开釜液进液管并关闭釜液排出管后，向反应管内注入釜液；当向液压腔内注入液压油以控制每根条形腔内的所有滑块滑动至极限位置时，滑块的一侧将液体通过孔区完全遮蔽，同时，其内连接通道的两个开口分别与反应管两端的第一开口和扩容管两端的第二开口对齐，从而使反应管和扩容管连通。

作为上述美拉德反应器的另一种优化方案，所述滑块处于初始位置时，其内连接通道的两端开口均被遮蔽。

作为上述美拉德反应器的另一种优化方案，所述蒸汽驱动装置包括设置在扩容管的中部并将其轴向空间分隔成左右两部分的分隔块，在分隔块内设置有左蒸汽支管和右蒸汽支管，左蒸汽支管和右蒸汽支管的一端分别与左右两部分连通，当滑块处于极限位置时，通过在左蒸汽支管和右蒸汽支管内轮流注入蒸汽，从而推动反应管内的釜液和美拉德反应辅料混合物轮流向右侧移动和向左侧移动，使反应均匀，并避免产生焦糊味。

作为上述美拉德反应器的另一种优化方案，所述左蒸汽支管和右蒸汽支管的另一端分别与蒸汽包管内的两条蒸汽进气管连通，蒸汽包管穿出蒸汽加热容器。

作为上述美拉德反应器的另一种优化方案，所述若干组美拉德反应单元在蒸汽加热容器内排成6路、8路或12路美拉德反应单元串，每一路美拉德反应单元串中具有3组美拉德反应单元。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1）本发明的美拉德反应器能够将精馏塔釜液与美拉德辅料进行充分反应，进而完成对釜液的处理，使其具有更好的风味，最后再经过喷雾干燥后得到可以直接用于食品中的添加剂，不仅实现了对于釜液中营养成分的利用，防止了营养成分的流失和浪费，而且变废为宝，节省了釜液处理成本的同时，实现了额外的经济创收；

2）本发明的美拉德反应器是将釜液与美拉德反应辅助料在多组反应管内混合，而这些反应管是处于蒸汽加热容器内的，通过向蒸汽加热容器内注入蒸汽，利用蒸汽与反应管外壁接触传热，进而对釜液加热发生美拉德反应，与现有的其它加热方式发生的美拉德反应器相比，反应温度更可控，最大程度的避免了焦糊味的产生，而且蒸汽加热的成本也更低；

同时，由于美拉德反应辅料是通过蒸汽送入到反应管内的，在此过程中，蒸汽与辅料接触，预先对其加热，使其在进入釜液之前就产生了一定的香味，这样能够在加入到釜液中后，大大加快反应速率；

3）本发明中，通过在反应管内壁上设置两排特殊结构的弧形引导板，不仅能够增大传热面积，使内部的釜液加热更均匀，而且也能够使辅料与釜液混合更加均匀；

4）本发明中，通过设置与反应管等长的扩容管，并利用两端的转换器实现两者的连通或断开，在断开时，向反应管内注入釜液和辅料，之后反应管和扩容管连通，在扩容管内设置蒸汽驱动装置，蒸汽驱动装置的核心是两根蒸汽支管，通过在这两根蒸汽支管内轮流注入蒸汽，利用蒸汽推动釜液和辅料的混合物在反应管和扩容管连通后形成的管路内来回移动，不仅提高了加热效率和加热均匀度，防止产生焦糊味，而且，由于采用蒸汽驱动，实现了蒸汽对釜液的直接接触加热，进一步提高了反应效率。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图（滑块处于初始状态时）；

图2为本发明的整体结构示意图（滑块处于极限状态时）；

图3为美拉德反应单元在蒸汽加热容器内的排布示意图（以8路、每路3组美拉德反应单元为例）；

图4为每组美拉德反应单元的结构示意图（滑块处于初始状态时）；

图5为每组美拉德反应单元的结构示意图（滑块处于极限状态时）；

图6为转换器的结构示意图（滑块处于初始状态时）；

图7为转换器的结构示意图（滑块处于极限状态时）；

附图标记：1、蒸汽加热容器，101、蒸汽入口，102、蒸汽出口，2、反应管，201、弧形引导板，202、釜液进液管，203、釜液排出管，204、第一开口，3、扩容管，301、分隔块，302、第二开口，303、左蒸汽支管，304、右蒸汽支管，4、辅料注入管，401、分支管道，5、蒸汽包管，6、液压腔，601、液压接管，7、条形腔，701、腔体，702、滑块，703、连接通道，704、连接杆，705、液体通过孔区。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细阐述。

实施例1

如图1-3所示，一种大豆加工中精馏塔釜液再利用的美拉德反应器，包括侧壁对称设置有蒸汽入口101和蒸汽出口102的封闭圆筒状蒸汽加热容器1，在蒸汽加热容器1内沿其轴向分布有若干组美拉德反应单元，每组所述美拉德反应单元包括一根贯通蒸汽加热容器1轴向的反应管2，相邻反应管2之间具有间隙，以增大蒸汽与其接触面积，反应管2的两端分别设有穿出蒸汽加热容器1两端部的釜液进液管202和釜液排出管203，在蒸汽加热容器1内设置有若干根辅料注入管4，这些辅料注入管4的一端与蒸汽源连通，并通过若干根分支管道401与每一根反应管2连通，以通过蒸汽将美拉德反应辅料沿分支管道401送入到反应管2内与精馏塔釜液混合，进而被蒸汽加热容器1内的蒸汽加热发生美拉德反应。

本实施例中，在实际操作时，可以通过压力将美拉德辅料送入到蒸汽管道内，再由蒸汽将其吹送到反应管2内；

本实施例中，蒸汽加热容器1的蒸汽入口101位于高处，蒸汽出口102位于低处，便于蒸汽凝结产生的蒸馏水排出；

在本实施例中，反应管2的材质选用导热良好的金属制成，通过控制进入蒸汽加热容器1内的蒸汽压力、速度和流量，来控制反应管2内的温度为80-120℃，便于反应的进行。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上所做的一种改进方案，其主体结构与实施例1相同，改进点在于：如图1和2所示，每组所述美拉德反应单元的反应管2的内壁上分布有两排弧形引导板201，这两排弧形引导板201均与其轴向平行，每一块弧形引导板201的凹面朝向釜液进液管202一侧，自由端均倾斜朝向釜液排出管203端，这两排中弧形引导板201的数量一一对应，且两排中处于对应位置的两块弧形引导板201位置错开，从而使其中一块弧形引导板201的自由端朝向另一块弧形引导板201的凹面中心。

实施例3

本实施例是在实施例1的基础上所做的另一种改进方案，其主体结构与实施例1相同，改进点在于：如图1-3所示，所述若干组美拉德反应单元在蒸汽加热容器1内排成至少3路美拉德反应单元串，每一路美拉德反应单元串均沿蒸汽加热容器1的半径方向从中心向边缘辐射，且每一路美拉德反应单元串中均包括至少两组的美拉德反应单元；每组所述美拉德反应单元中还具有一根与反应管2平行且等长的扩容管3；

在蒸汽加热容器1的两端对称设置有控制每组美拉德反应单元中的反应管2和扩容管3连通和断开的转换器，同时，在每根扩容管3内设置有在反应管2和扩容管3连通后驱动反应管2内釜液和美拉德反应辅料来回移动的蒸汽驱动装置。

实施例4

本实施例是在实施例3的基础上所做的一种改进方案，其主体结构与实施例3相同，改进点在于：如图4-7所示，每组所述转换器包括位于蒸汽加热容器1一端中心的液压腔6和若干根一端与液压腔6连通另一端封闭的条形腔7，且每根条形腔7对应一路美拉德反应单元串，并位于釜液进液管202或釜液排出管203与反应管2之间；所述液压腔6通过一根液压接管601与液压设备连通，以实现向液压腔6内注入或抽出液压油；所述液压腔6实际上是封闭的空心圆盘状，所有的条形腔7一端与液压腔6内连通，另一端是封闭的；

每根条形腔7包括断面为矩形的长条状封闭腔体701，在每根条形腔7的腔体701与釜液进液管202或釜液排出管203连接的侧壁上分布有若干片液体通过孔区705，在腔体701与反应管2两端接触的侧壁上设置有第一开口204，且每根反应管2一侧的釜液进液管202、该侧的第一开口204和该侧条形腔7的腔体701上的液体通过孔区705处于同一直线上，共同形成了釜液进入管路，每根反应管2另一侧的釜液排出管203、该侧的第一开口204和该侧条形腔7的腔体701上的液体通过孔区705处于同一直线上，共同形成了釜液排出管路；液体通过孔区705的面积大小和形状与第一开口204的大小面积和形状对应；

所述腔体701的内壁宽度不小于反应管2和扩容管3的直径，腔体701位于反应管2的端部在腔体701内设置有与其对应的美拉德反应单元串中美拉德反应单元数量对应的滑块702，且这些滑块702之间通过连接杆704连接为一体，并通过向液压腔6内注入或抽出液压油，控制这些滑块702在腔体701内滑动；

每个滑块702内均设置有连接通道703，连接通道703的两端开口均暴露在滑块702朝向反应管2的侧壁上；在所述扩容管3的两端分别具有第二开口302，且当液压腔6内的液压油控制每根条形腔7内的所有滑块702处于初始位置时，滑块702错开与其对应的反应管2端部的第一开口204，以使釜液进入管路和釜液排出管路畅通，进而打开釜液进液管202并关闭釜液排出管203后，向反应管2内注入釜液；当向液压腔6内注入液压油以控制每根条形腔7内的所有滑块702滑动至极限位置时，滑块702的一侧将液体通过孔区705完全遮蔽，同时，其内连接通道703的两个开口分别与反应管2两端的第一开口204和扩容管3两端的第二开口302对齐，从而使反应管2和扩容管3连通。

实施例5

本实施例是在实施例3的基础上所做的另一种改进方案，其主体结构与实施例3相同，改进点在于：如图4-7所示，所述滑块702处于初始位置时，其内连接通道703的两端开口均被遮蔽。

实施例6

本实施例是在实施例3的基础上所做的另一种改进方案，其主体结构与实施例3相同，改进点在于：如图4-5所示，所述蒸汽驱动装置包括设置在扩容管3的中部并将其轴向空间分隔成左右两部分的分隔块301，在分隔块301内设置有左蒸汽支管303和右蒸汽支管304，左蒸汽支管303和右蒸汽支管304的一端分别与左右两部分连通，当滑块702处于极限位置时，通过在左蒸汽支管303和右蒸汽支管304内轮流注入蒸汽，从而推动反应管2内的釜液和美拉德反应辅料混合物轮流向右侧移动和向左侧移动，使反应均匀，并避免产生焦糊味。

实施例7

本实施例是在实施例6的基础上所做的一种改进方案，其主体结构与实施例6相同，改进点在于：如图4-7所示，所述左蒸汽支管303和右蒸汽支管304的另一端分别与蒸汽包管5内的两条蒸汽进气管连通，蒸汽包管5穿出蒸汽加热容器1。

实施例8

本实施例是在实施例3的基础上所做的又一种改进方案，其主体结构与实施例3相同，改进点在于：如图4-7所示，所述若干组美拉德反应单元在蒸汽加热容器1内排成6路、8路或12路美拉德反应单元串，每一路美拉德反应单元串中具有3组美拉德反应单元。

Claims (7)

1.一种大豆加工中精馏塔釜液再利用的美拉德反应器，包括侧壁对称设置有蒸汽入口（101）和蒸汽出口（102）的封闭圆筒状蒸汽加热容器（1），在蒸汽加热容器（1）内沿其轴向分布有若干组美拉德反应单元，其特征在于：每组所述美拉德反应单元包括一根贯通蒸汽加热容器（1）轴向的反应管（2），相邻反应管（2）之间具有间隙，以增大蒸汽与其接触面积，反应管（2）的两端分别设有穿出蒸汽加热容器（1）两端部的釜液进液管（202）和釜液排出管（203），在蒸汽加热容器（1）内设置有若干根辅料注入管（4），这些辅料注入管（4）的一端与蒸汽源连通，并通过若干根分支管道（401）与每一根反应管（2）连通，以通过蒸汽将美拉德反应辅料沿分支管道（401）送入到反应管（2）内与精馏塔釜液混合，进而被蒸汽加热容器（1）内的蒸汽加热发生美拉德反应；

所述若干组美拉德反应单元在蒸汽加热容器（1）内排成至少3路美拉德反应单元串，每一路美拉德反应单元串均沿蒸汽加热容器（1）的半径方向从中心向边缘辐射，且每一路美拉德反应单元串中均包括至少两组的美拉德反应单元；每组所述美拉德反应单元中还具有一根与反应管（2）平行且等长的扩容管（3）；

在蒸汽加热容器（1）的两端对称设置有控制每组美拉德反应单元中的反应管（2）和扩容管（3）连通和断开的转换器，同时，在每根扩容管（3）内设置有在反应管（2）和扩容管（3）连通后驱动反应管（2）内釜液和美拉德反应辅料来回移动的蒸汽驱动装置。

2.根据权利要求1所述的一种大豆加工中精馏塔釜液再利用的美拉德反应器，其特征在于：每组所述美拉德反应单元的反应管（2）的内壁上分布有两排弧形引导板（201），这两排弧形引导板（201）均与其轴向平行，每一块弧形引导板（201）的凹面朝向釜液进液管（202）一侧，自由端均倾斜朝向釜液排出管（203）端，这两排中弧形引导板（201）的数量一一对应，且两排中处于对应位置的两块弧形引导板（201）位置错开，从而使其中一块弧形引导板（201）的自由端朝向另一块弧形引导板（201）的凹面中心。

3.根据权利要求1所述的一种大豆加工中精馏塔釜液再利用的美拉德反应器，其特征在于：每组所述转换器包括位于蒸汽加热容器（1）一端中心的液压腔（6）和若干根一端与液压腔（6）连通另一端封闭的条形腔（7），且每根条形腔（7）对应一路美拉德反应单元串，并位于釜液进液管（202）或釜液排出管（203）与反应管（2）之间；所述液压腔（6）通过一根液压接管（601）与液压设备连通，以实现向液压腔（6）内注入或抽出液压油；

每根条形腔（7）包括断面为矩形的长条状封闭腔体（701），在每根条形腔（7）的腔体（701）与釜液进液管（202）或釜液排出管（203）连接的侧壁上分布有若干片液体通过孔区（705），在腔体（701）与反应管（2）两端接触的侧壁上设置有第一开口（204），且每根反应管（2）一侧的釜液进液管（202）、该侧的第一开口（204）和该侧条形腔（7）的腔体（701）上的液体通过孔区（705）处于同一直线上，共同形成了釜液进入管路，每根反应管（2）另一侧的釜液排出管（203）、该侧的第一开口（204）和该侧条形腔（7）的腔体（701）上的液体通过孔区（705）处于同一直线上，共同形成了釜液排出管路；

所述腔体（701）的内壁宽度不小于反应管（2）和扩容管（3）的直径，腔体（701）位于反应管（2）的端部在腔体（701）内设置有与其对应的美拉德反应单元串中美拉德反应单元数量对应的滑块（702），且这些滑块（702）之间通过连接杆（704）连接为一体，并通过向液压腔（6）内注入或抽出液压油，控制这些滑块（702）在腔体（701）内滑动；

每个滑块（702）内均设置有连接通道（703），连接通道（703）的两端开口均暴露在滑块（702）朝向反应管（2）的侧壁上；在所述扩容管（3）的两端分别具有第二开口（302），且当液压腔（6）内的液压油控制每根条形腔（7）内的所有滑块（702）处于初始位置时，滑块（702）错开与其对应的反应管（2）端部的第一开口（204），以使釜液进入管路和釜液排出管路畅通，进而打开釜液进液管（202）并关闭釜液排出管（203）后，向反应管（2）内注入釜液；当向液压腔（6）内注入液压油以控制每根条形腔（7）内的所有滑块（702）滑动至极限位置时，滑块（702）的一侧将液体通过孔区（705）完全遮蔽，同时，其内连接通道（703）的两个开口分别与反应管（2）两端的第一开口（204）和扩容管（3）两端的第二开口（302）对齐，从而使反应管（2）和扩容管（3）连通。

4.根据权利要求3所述的一种大豆加工中精馏塔釜液再利用的美拉德反应器，其特征在于：所述滑块（702）处于初始位置时，其内连接通道（703）的两端开口均被遮蔽。

5.根据权利要求1所述的一种大豆加工中精馏塔釜液再利用的美拉德反应器，其特征在于：所述蒸汽驱动装置包括设置在扩容管（3）的中部并将其轴向空间分隔成左右两部分的分隔块（301），在分隔块（301）内设置有左蒸汽支管（303）和右蒸汽支管（304），左蒸汽支管（303）和右蒸汽支管（304）的一端分别与左右两部分连通，当滑块（702）处于极限位置时，通过在左蒸汽支管（303）和右蒸汽支管（304）内轮流注入蒸汽，从而推动反应管（2）内的釜液和美拉德反应辅料混合物轮流向右侧移动和向左侧移动，使反应均匀，并避免产生焦糊味。

6.根据权利要求5所述的一种大豆加工中精馏塔釜液再利用的美拉德反应器，其特征在于：所述左蒸汽支管（303）和右蒸汽支管（304）的另一端分别与蒸汽包管（5）内的两条蒸汽进气管连通，蒸汽包管（5）穿出蒸汽加热容器（1）。

7.根据权利要求1所述的一种大豆加工中精馏塔釜液再利用的美拉德反应器，其特征在于：所述若干组美拉德反应单元在蒸汽加热容器（1）内排成6路、8路或12路美拉德反应单元串，每一路美拉德反应单元串中具有3组美拉德反应单元。

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