CN1138118C - 从粒状固体材料中去除液体成分的装置和工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种从粒状固体食品中去除湿气的装置，包括：壳体(9)；将壳体(1)隔成二个腔(3，4)的孔板(2)；位于孔板(2)下方的气体入口(5，6)；位于孔板(2)上并具有可移动插塞(9)的出口(8)；用于加热气体的加热器(15，18)。本发明还涉及一种从固体小颗粒中去除湿气的方法，将这些微粒在环状流化床中热处理一段特定的时间。

Description

从粒状固体材料中去除液体成分的装置和工艺
技术领域
本发明涉及一种去除液体成分的装置，尤其涉及从粒状固体材料特别是固体颗粒的食品材料中去除湿气的装置。本发明还涉及一种通过本发明的装置从这些材料中去除液体成分的方法。
背景技术
在美国专利第4033555号中公布了一种调节流化床中的颗粒或粒状材料的装置。根据此专利，通过形成材料如沙子的流化床以及将沙子送到给定流型的空气流中进行循环和混合材料，可以去除沙子中的湿气。所公布的装置具有一筛板，筛板上设有特定形状的开口，流化气体通过开口引入装置。这些开口促进了循环并在壁的附近形成了材料的可控制的分枝，通过这种方式实现了流化床中的材料内部循环，可防止粒状材料粘在一起。这就使得此系统也可以应用到非自由流动的粒状材料，如湿沙。
然而，这种装置无法用于从粒状固体食品材料中去除湿气。这是因为这些材料在处理过程中很容易受到损伤，由于过热使得在材料外观上产生黑点。而且，由于没有设置机构来取下已处理过的材料，因而这种装置无法用于半连续的处理中。还有，由于没有指示器显示流化气体如何被加热，和/或废气中剩余热量如何在处理中重新利用，因而气体热量不能有效地利用。另外，由于气体不具有明确的轴向和切向分量，因而通过筛板的底部引入的流化气体不是非常有效。上述筛板中的开口必须要有十分特殊的形状。
美国专利第4875435号中公布了一种装置，可以用于医药材料的复合干燥和涂敷。上述专利中的装置具有用于涂敷的喷射装置。虽然流化床形成在筛板的上方，而且所引入的气体对流化床中的固体材料提供轴向分量，但是对这些材料提供切向分力的气体仍从筛板的上方引入。已经发现，提供切向分力的气体的这种引入不会带来良好的效果。此专利公布的系统还有其它一些缺点，如在处理腔内筛板上方的区域没有达到最佳的流化效果，这就导致了不卫生的状况，这在食品处理中是不允许的。在处理中还会出现热点，使得食品局部过热，因而导致了无法接受的产品。另外，在半连续生产中，食品无法从系统中取下。
美国专利第4532155号中公布了一种类似的装置。因此如上所述，这种装置具有相同的缺点。
根据美国专利第3908045号，提出了一种用于涂敷清洁剂颗粒的装置，其具有孔板，流化气体通过此孔板引入，使得流体化的物质在流化床内被涂敷。虽然引入的空气对颗粒提供切向分量，但不清楚空气是从孔板之上还是之下引入。
根据美国专利第4866858号或日本专利第54040480号，如果流化气体作为连续气流引入的话(从而产生一种脉动气流)，流化床的热交换可以提高。
在如美国专利第4640023号中公布了一种方法，其采用位于中心的开口，以便从流化床系统中取下反应产品。
发明内容
发明人进行了研究，尝试研制一种新型的装置和方法，可以从粒状材料尤其是粒状食品中去除液体成分尤其是湿气，同时避免现有技术中的上述问题。通过研究得到了本发明的装置和方法。因此，本发明首先涉及一种从粒状固体材料中去除液体成分的新型装置，其包括：
壳体(1)；
将壳体隔成两个腔(3)和(4)的孔板(2)，腔(3)作为气体引入腔，腔(4)作为反应/干燥腔，由此
腔(3)具有两个间隔开的气体入口(5)和(6)；
气体入口(5)位于腔(3)的底部(7)，提供气体的轴向分量，和
气体入口(6)位于板(2)下方，提供气体的切向分量；
孔板(2)具有出口(8)，设有用于打开和闭合出口(8)的可移动插塞(9)；
用于将固体粒状材料输送到腔(4)中的机构(10)；
用于从腔(4)中排出气体的气体出口系统(17)。
为了使颗粒材料得到有效的流化作用，颗粒具有轴和和切向速度分量，同时颗粒材料在处理中保持在孔板(2)的上方，发明人发现，如果孔板(2)具有直径在0.5mm和4mm之间的穿孔(11)，其效果最好。如果板(2)上的穿孔的总表面占板的总表面10％到30％，最好是15％到25％，那么可以得到最优效果。
为了达到流化床成为流化颗粒的环状床形式，同时可以方便地取下成品的目的，发明人发现，如果孔板(2)具有锥形或锅形形状，同时出口(8)位于锥形或锅形的最低点，可带来有利的效果。
板(2)的厚度和孔的大小影响切向引入的气体分量的速度，因而影响流化床的形成。因此，最好采用这样一种板，其板(2)的厚度(t)和板(2)的孔(11)直径(d)的比值，即t/d＝0.2到1.6。
用于引入气体的气体入口(6)的位置影响形成流化床的效率。发明人发现，如果气体入口(6)位于比壳体(1)的底部高0.4h，最好高0.5h的位置，可以得到最好的效果，h为腔(3)的高度。
为了控制反应腔(4)中的温度，在腔(3)中设置了热传感器(12)，最好在腔(4)中也设置热传感器(13)。热传感器产生的信号通过调节元件(14)控制入口(5)和(6)的气流温度，从而对这些气流的加热进行调节。
可以采用脉动器来得到流化床中的有效热交换，其最好设置在通过入口(6)引入的气流中。由于气流的速度发生波动，使得在处理过程中流化床中的各个颗粒之间的距离发生变化。此脉动的幅度最好在0.25Hz和10Hz之间。
为了实现半连续的处理，发明人发现，在板(2)上设置开口(8)可以得到十分好的效果。因此，最好采用一种装置，其中在柱塞(19)中连接了一插塞(9)，插塞(9)对应于板(2)上的开口(8)的形状和大小，开口直径为100mm到200mm。
为达到合理的能耗，发明人发现，如果在气体排出系统(17)中，为腔(4)设置一个间接热交换器(15)，出口(17)中的气体和通过入口(5)和/或(6)引入系统的新鲜气体(21)发生间接热交换，其效果特别有利。流出热交换器(15)的气体可以通过热交换器(15)内的阀(16)分成二股，这两股气流通过入口(5)和(6)引入到系统中。通过入口(5)和(6)引入的气流比例可由阀(16)的位置来控制。
本发明还涉及一种从反应器中的粒状固体材料中去除液体成分的方法，其中固体粒状材料被对固体颗粒提供轴向速度分量的预热气体和对固体颗粒提供切向速度分量的预热气体驱动而流动，使得在热处理过程中，固体颗粒形成了颗粒的流化环状床，其保持的温度和时间足以去除液体成分而不会使固体颗粒材料过热，因此处理过的固体颗粒材料作为成品从反应器中脱离，之后必须去除液体成分的新鲜的固体颗粒材料又被引入进反应器之中。
当提供切向速度分量的气体从形成了处理气体的引入腔和反应腔之间的阻碍物的孔板下方引入到反应器中时，可以得到最佳效果。
流化气体上的速度可以在大于0.5m/s、最好是大于1.5m/s到小于50m/s、最好是小于10m/s的范围内变化。当提供轴向速度分量的气体和提供切向速度分量的气体以比率Vax∶Vtang＝0.1∶10进入引导腔时，可以得到最佳效果，其中Vax代表提供轴向分量的气体的速度，Vtang代表提供切向分量的气体的速度。气体引入反应器时的速度应使得从孔板上方引入的固体颗粒材料以固体颗粒的环状流化床形式保持在孔板的上方。
反应腔(4)中所采用的温度应小心地控制在一特定范围内，通过使从孔板(2)正下方引入到反应器中的气体的温度在180℃到350℃，最好在200℃到300℃的范围内，就可以达到这个目的。
如果引入反应器的气体温度由反应器引导腔内的温度传感器发出的信号来控制，此信号传给引入的新鲜气体和从反应器排出的气体发生间接热交换的间接热交换器，就可以达到最有效的能耗。如果信号来自第二热传感器，但同时也使用位于反应腔内的传感器的信号，那么可以得到更有效的温度控制。
粒状材料在反应器中的停留时间可有效地在15秒到90秒的范围内，最好是在20秒到60秒的范围内。
虽然所有种类的粒状食品都可以采用根据本发明尤其是采用本发明的装置的处理方法，但是如果食品材料是米粒且所要去除的液体成分是水分的话，可以实现非常好且超乎意料的效果。气流可以从所有的惰性气体和食品级气体中选择，但最好采用空气或氮气作为上述气体。
附图说明
图1示意性地显示了根据本发明的装置。
随着对本发明的装置和方法进行说明，将更具体地讨论附图和附图所示装置的使用。
具体实施方式
需进行干燥的材料如米粒从料斗(10)中输送到反应器的反应腔(4)中，反应器包括带有穿孔板(2)的壳体(1)，穿孔板(2)为锅形并具有大小约为2mm的穿孔(11)，穿孔板(2)将壳体(1)分隔成气体引入腔(3)和反应/干燥腔(4)。流化的气体以15m/s的速度通过腔(3)底部(7)上的气体入口(5)引入，这股气流带给腔(4)内的颗粒轴向分量。同时另一股气体以35m/s的速度从板(2)的正下方通过气体入口(6)引入。这股气体带给腔(4)中的固体颗粒切向分量。通过这种方式，固体颗粒材料在腔(4)内形成了环状流化床。通过开口(5)和(6)引入的气体在热交换器(15)内和从出口(17)排出系统的气体发生间接热交换以进行预热，然后再在加热器(18)中加热。通过开口(5)和(6)引入的气体的温度由分别位于腔(3)和腔(4)中的热传感器(12)和(13)控制。热传感器产生信号，并传给与加热器(18)相连的热调节元件(14)以及位于加热器(18)中的阀(16)。为了能中断处理并从反应器中取下已干燥的产品，在板(2)中设置了出口(8)，出口(8)具有和出口的形状及大小均相对应的插塞(9)，当处于干燥过程时此插塞关闭出口(8)，而在中断供应给系统的气体后，此插塞可通过栓塞(19)而抬起。干燥的产品通过和隔离器(20)相连的导管取出，产品在隔离器中冷却并与剩余气体分开。通过出口(17)排出的废气被引入到隔离器(24)中，隔离器(24)最好是一旋风收尘器，在这里灰尘和气体分开，这样气体被引入热交换器(15)中，而新鲜气体也通过入口(21)引入热交换器(15)中。风扇(22)用来传送气体。阀(16)用来将来自风扇(22)的气体分成二股具有所需比例的气流(5)和(6)。

Claims (23)

1.一种从粒状固体材料中去除液体成分的装置，包括：
壳体(1)；
将所述壳体隔成两个腔(3)和(4)的孔板(2)，所述腔(3)作为气体引入腔，所述腔(4)作为反应/干燥腔，由此：
所述腔(3)具有两个间隔开的气体入口(5)和(6)；
所述气体入口(5)位于所述腔(3)的底部(7)，提供所述气体的轴向分量，和
所述气体入口(6)位于所述板(2)的下方，提供所述气体的切向分量；
所述孔板(2)具有出口(8)，所述出口(8)具有用于打开和闭合所述出口(8)的可移动插塞(9)；
将所述固体颗粒材料输送到所述腔(4)中的机构(10)；
从所述腔(4)中排出所述气体的排气系统(17)；
对通过所述气体入口(5)和(6)引入的气体进行加热的加热元件(15，18)。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述孔板(2)具有直径在0.5mm到4mm之间的穿孔(11)。
3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述板(2)的所述穿孔的总表面占所述板的总表面的10％到30％，最好为15％到25％。
4.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述板(2)具有锅形形状，在所述锅形的最低点处设有出口(8)。
5.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述板(2)的厚度(t)和所述板(2)的所述穿孔(11)直径(d)的比值t/d＝0.2到1.6。
6.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述气体入口(6)位于比所述壳体(1)的底部高0.4h，最好高0.5h的位置，h为所述腔(3)的高度。
7.根据权利要求1所述装置，其特征在于，在所述腔(3)中设有热传感器(12)。
8.根据权利要求7所述装置，其特征在于，在所述腔(4)中也设有热传感器(13)。
9.根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述热传感器(12)或所述热传感器(12)和(13)与调节元件(14)相连，从而调节送往所述入口(5)和(6)的气流的加热。
10.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述气体入口(6)具有可脉动通过所述入口(6)的气流的元件。
11.根据权利要求1所述装置，其特征在于，在柱塞(19)上连接了一插塞(9)，所述插塞(9)对应于所述板(2)上的所述出口(8)的形状和大小，所述出口的直径为100mm到200mm。
12.根据权利要求1所述装置，其特征在于，在所述气体出口系统(17)中，为所述排出腔(4)设置一个间接热交换器(15)，而所述出口(17)中的气体与通过所述入口(5)和/或(6)引入所述系统的新鲜气体(21)发生间接热交换。
13.根据权利要求1所述装置，其特征在于，在所述气体系统中，为热交换器(15)设有阀(16)，用于将引入的气体分开到所述入口(5)和(6)中。
14.一种用于在反应器中从粒状固体材料中去除液体成分的工艺，其特征在于，固体颗粒材料受到对所述固体颗粒提供轴向速度分量的预热气体和对所述固体颗粒提供切向速度分量的预热气体的驱动而流动，所述气体从形成了处理气体的引入腔和反应腔之间的阻碍物的孔板的下方引入到所述反应器中，使得在热处理过程中，所述固体颗粒形成了颗粒的环状液化床，保持的温度和时间足以去除所述液体成分而不使所述固体颗粒材料过热，因此，处理过的所述固体颗粒材料作为成品与反应器脱离，后面必须去除液体成分的新鲜的固体颗粒材料又引进所述反应器之中。
15.根据权利要求14所述工艺，其特征在于，提供轴向速度分量的气体和提供切向速度分量的气体以比率Vax∶Vtang＝0.1∶10进入所述引入腔，其中Vax代表提供轴向分量的气体的速度，Vtang代表提供切向分量的气体的速度。
16.根据权利要求14所述工艺，其特征在于，所述气体引入所述反应器时的速度应使得从所述孔板上方引入的所述固体颗粒材料以固体颗粒的环状流化床形式保持在所述孔板的上方。
17.根据权利要求14所述工艺，其特征在于，从所述孔板的正下方引入到所述反应器中的气体的温度在180℃到350℃的范围内，最好在200℃到300℃的范围内。
18.根据权利要求14所述工艺，其特征在于，引入所述反应器的气体温度由所述反应器引入腔内的所述温度传感器发出的信号来控制，所述信号传给引入的新鲜气体和从所述反应器排出的气体发生间接热交换的间接热交换器。
19.根据权利要求14所述工艺，其特征在于，所述粒状材料在所述反应器中的停留时间在15秒到90秒的范围内，尤其是在20秒到60秒的范围内。
20.根据权利要求14所述工艺，其特征在于，在所述反应器的处理腔中设有带有插塞的栓塞，所述插塞的形状及大小和所述孔板上最低部分的开口相对应，在处理完一批所述粒状固体材料后，所述栓塞抬起，使得已处理完的成品利用所述腔中的剩余压力排出所述反应腔。
21.根据权利要求14所述工艺，其特征在于，对所述固体颗粒提供切向速度分量的气体引入所述反应器中，同时以0.25秒到10Hz的幅度脉动。
22.根据权利要求14所述工艺，其特征在于，所述粒状固体材料为食品，尤其是米粒，要去除的所述液体成分为水分。
23.根据权利要求14所述工艺，其特征在于，所用的气体是惰性气体，最好是空气或氮气。
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