CN204466826U - 一种快速脱水式气流膨化设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种快速脱水式气流膨化设备。该设备真空罐设有捕水器，捕水器的冷凝管呈“S”形状铺设于真空罐内，在真空罐的下面通过泄气阀与集水器相连，集水器下端设有排水阀，排掉集水器中的冷凝水。本实用新型设备工作时，膨化罐中的大量物料因急速卸压而大量闪发的热蒸汽在穿过捕水器时，由于和制冷盘管发生充分的热交换，热蒸汽温度迅速下降并冷凝成水，并通过管道汇集到集水器中再排出机外。真空罐中捕水器在真空状态下将大量的热蒸汽相变成液态水后再排出，保持膨化干燥所需的真空度，并降低后端真空泵机组的工作负荷，大大增加物料干燥速率，提高干制品品质，有利于实现气流膨化技术工业化规模生产。

Description

一种快速脱水式气流膨化设备

技术领域

本实用新型涉及一种膨化设备，特别是一种快速脱水式的气流膨化设备。

背景技术

气流膨化是一种新型、环保、节能的非油炸膨化干燥技术，是将经预处理的果蔬原料，放置于变温压差膨化罐中升温加压，保温一段时间后瞬间泄压，物料内部水分瞬间汽化蒸发，物料瞬间膨胀并在真空状态下脱水干燥。该技术吸纳了热风干燥和真空冷冻干燥的优点，克服了真空低温油炸等干制技术的缺点。膨化产品质地蓬松、口感酥脆、携带方便，具有广阔的市场前景。

气流膨化干燥过程中物料内部水分汽化后需要通过真空泵抽出去，目前的气流膨化设备都将真空罐的体积设置成为物料罐体积的五六倍，这样才能较快的抽走汽化出的水蒸汽。1g水在100Pa、-20℃的环境下汽化后体积为1.2m³，当物料量增加，物料含水量增加的情况下，真空状态下汽化出的水蒸汽体积大大增加，真空泵无法快速将汽化出来的大量体积的水蒸汽抽走，严重影响真空罐内压力的降低和干燥速率，造成气流膨化技术脱水干燥时间长，只能实验室小批量加工，很难实现大规模化生产，成为气流膨化技术产业化应用的瓶颈。

目前已有关于气流膨化设备专利的相关报道。专利ZL201310068397.3报道了一种旋转料筐式果蔬气流膨化设备，该设备包括膨化罐和真空罐，在膨化罐内部设置有放置料筐的支架，可放置料筐。

专利ZL201320845786.8报道了一种加热型气流膨化设备，该设备解决了在加热和翻转过程中不需要人工近距离操作，可以远程操控。这两个专利都是针对膨化罐设备进行改进，并且都是通过真空泵来抽出物料汽化的水蒸汽，去除水蒸汽速度较慢，严重影响干燥速率。

专利ZL201320598065.1报道了一种水果脆片膨化设备，该设备包括一个膨化罐和若干个真空罐，真空罐与膨化罐通过连接管路相连通。同时该专利还要求真空罐的容积应是膨化罐的4-5倍。该专利是通过增加真空罐的体积4-5倍和真空罐数量若干个的方式，即增加物料罐与膨化罐之间足够量的体积差，来达到快速除去汽化产生的水分，随着真空罐的增加，水蒸汽抽出效率也增加，但增加真空罐的同时也要随之增加真空泵，而且占地空间也增加，使得气流膨化设备的体积非常庞大，因此真空罐增加的数量是有限的，水蒸汽抽出效率也是有限的。

发明内容

技术问题

本实用新型的目的在于提供一种快速脱水式气流膨化设备，解决目前气流膨化设备抽去水蒸汽能力有限，严重影响干燥速率，脱水干燥时间长，难以实现规模化生产的问题。

技术方案

本实用新型所采用的技术方案：一种快速脱水式气流膨化设备，由膨化罐(1)机组和真空罐(5)机组组成，膨化罐(1)与真空罐(5)之间通过连接管路相连通，连接管路上设有泄压阀(4)，其特征在于：

所述真空罐(5)设有捕水器(6)，捕水器(6)由制冷盘管(7)与制冷机(14)组成，制冷盘管(7)位于真空罐(5)内腔，制冷盘管(7)两端伸出真空罐(5)外与制冷机(14)相连；真空罐(5)下方连有集水器(12)。所述的制冷盘管(7)呈“S”形状铺设于真空罐(5)内腔。

所述真空罐(5)底部后端通过压力转换阀(13)与集水器(12)固连，真空罐(5)的底部呈倾斜状，前高后低，集水器(12)的上端设有泄气阀(10)，下端设有排水阀(11)，当集水器(12)中的水达到一定高度，关闭压力转换阀(13)，开启泄气阀(10)，打开排水阀(11)，排掉集水器(12)中的水。

通过捕水器(6)工作将真空罐(5)中的温度降至-15～-20℃。

有益效果

本实用新型设备涉及一种膨化设备，特别是一种快速脱水式的气流膨化设备。该设备由膨化罐机组、真空罐机组组成。膨化罐与真空罐通过泄压阀相连。与现有技术相比，本实用新型真空罐设有捕水器，捕水器的制冷盘管呈“S”形状铺设于真空罐内，在真空罐的下面通过压力转换阀与集水器相连，集水器上端设有泄压阀，卸掉集水器中真空度，下端设有排水阀，排掉集水器中的冷凝水。

本实用新型设备工作时，制冷机通过制冷循环，使捕水器中的制冷盘管温度保持在-20℃以下，膨化罐中的大量物料由于急速卸压而大量闪发的热蒸汽在穿过捕水器时，由于和制冷盘管发生充分的热交换，热蒸汽温度迅速下降并冷凝成水，并通过管道汇集到集水器中。真空罐中捕水器的功能可以理解为一个抽速非常强大的真空泵组，在真空状态下将大量的热蒸汽相变成液态水后再排出机外，保持膨化干燥所需的真空度，并降低后端真空泵机组的工作负荷，大大增加物料干燥速率，提高干制品品质，有利于实现气流膨化技术工业化规模生产。

本实用新型用于果蔬加工，摒弃了传统的“预干燥-均湿-气流膨化”果蔬脆片加工工艺方法，另辟蹊径。以加工黄桃原料为例，本实用新型快速脱水式气流膨化设备，大大提高水果脆片气流膨化加工效率、节省能耗、降低生产成本，提高技术经济性，有效推进果蔬气流膨化干燥技术产业化应用进程，促进我国果蔬休闲食品加工技术进步和产业快速健康发展。试验证明，现有技术热风联合气流膨化干燥工艺涵盖热风预干燥、均湿和气流膨化三个工序，耗时长达20h。而本实用新型快速脱水式气流膨化设备干燥工艺仅有一道工序，耗时为4.5h，耗时不到现有气流膨化设备的1/4。

现有专利ZL201320598065.1报道了一种水果脆片膨化设备是通过增加真空罐的体积5-10倍和真空罐数量若干个的方式，增加真空罐的同时也要随之增加真空泵，而且占地空间也增加，使得气流膨化设备的体积非常庞大。本实用新型所要求的真空罐容积只是膨化罐的2倍，一只即可，成本低，脱水效率高，时间短，耗时不到现有气流膨化设备的1/4，适合规模化生产。

现有设备技术采有热风联合气流膨化黄桃丁的菱角膨化较差，出现硬边的现象。本实用新型设备用于循环脉冲气流快速脱水膨化黄桃丁桃面和菱角的膨化效果都较好，没有较硬的菱角，黄桃丁的膨化率明显高于热风联合气流膨化，同时避免了热风预干燥对黄桃色泽、营养成分的损失，提高了黄桃脆丁的口感品质。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图中：1-膨化罐，2-电控箱，3-蒸汽发生器，4-泄压阀，5-真空罐，6-捕水器，7-制冷盘管，8-水环泵，9-罗茨泵，10-泄气阀，11-排水阀，12-集水器，13-压力转换阀，14-制冷机，15-空气压缩机，16-机架。

具体实施方式：

(一)快速脱水式气流膨化设备。

现有气流膨化设备如QDPH-5型电加热式气流膨化设备、专利ZL201310068397.3、专利ZL201320845786.8、专利ZL201320598065.1等均是由膨化罐机组和真空罐机组组成，膨化罐与真空罐之间通过连接管路相连通，连接管路上设有泄压阀。

现有气流膨化设备以QDPH-5型电加热式气流膨化设备(天津市勤德新材料科技有限公司)为例，如图1所示，由膨化罐1机组和真空罐5机组组成，膨化罐1与真空罐5之间通过连接管路相连通，连接管路上设有泄压阀4，膨化罐1与真空罐5上分别设有压力表；膨化罐1和真空罐5分别位于机架16上；

其中：

真空罐5与水环泵8、罗茨泵9相连，两个水环泵8机组作为两个罗茨泵9机组的前级泵，共同构成真空罐5机组；

所述膨化罐1与空气压缩机15、压力控制阀、蒸汽发生器3、温度计、电控箱2构成膨化罐1机组：

膨化罐1和真空罐5上均设有温度计，温度计感应端分别设置在膨化罐1和真空罐5内；

膨化罐1上安装了压力控制阀通过与膨化罐1相连的空气压缩机15提高膨化罐中压力；

膨化罐1内设有蒸汽管道，呈隔盘状排列，膨化罐1内的下段蒸汽管道和上段蒸汽管道分别与蒸汽发生器3相连，通过上、下段蒸汽管道加热使物料温度升高。

膨化罐上加热开关、泄压阀开关、观察窗照明灯开关等控制的线路连接于电控箱中，统一在电控箱上操作控制。

在现有气流膨化设备(如QDPH-5型电加热式气流膨化设备、专利ZL201310068397.3、专利ZL201320845786.8或专利ZL201320598065.1等)基础上，如图1所示，本实用新型所述真空罐5设置捕水器6，捕水器6由制冷盘管7与制冷机14组成，制冷盘管7位于真空罐5内腔，制冷盘管7两端伸出真空罐5外与制冷机14相连；真空罐5下方连有集水器12。所述的制冷盘管7呈“S”形状铺设于真空罐5内腔。通过捕水器6的制冷盘管7工作将真空罐中的温度降至-15～-20℃。

真空罐5下方连有集水器12。所述真空罐5底部后端通过压力转换阀13与集水器12固连，真空罐5的底部呈倾斜状，前高后低，集水器12的上端设有泄气阀10，下端设有排水阀11，当集水器12中的水达到一定高度，关闭压力转换阀13，开启泄气阀10，打开排水阀11，排掉集水器12中的水。

其工作原理如下：

物料在膨化罐1中，加热升温，并通过空气压缩机15使膨化罐1与600L真空罐5间达到一定压力差，同时打开制冷机14通过捕水器6的制冷盘管7工作将真空罐中的温度降至-15～-20℃，开启水环泵8和罗茨泵9，真空罐5机组同时工作。

此时打开膨化罐1与真空罐5中间的泄压阀，物料中的水分瞬间闪蒸，进入真空罐5中，真空罐5内捕水器6的制冷盘管7迅速捕集大量水蒸汽，冷凝成水，流至真空罐5的后端，汇集至集水器12中，抽真空、捕水器同时工作达到快速脱水效果。

当集水器12中水分达到一定高度，集水器12满水报警装置启动，关闭压力转换阀13，打开集水器12上端的泄气阀10，当集水器12内压力达到常压后，打开集水器12低端的排水阀11，排出集水器12中的水，然后再打开集水器12与真空罐5间的压力转换阀13，与真空罐5连通，继续收集冷凝下来的水分。

(二)本实用新型快速脱水式气流膨化设备用于干燥黄桃参数测定：

1.循环脉冲快速脱水气流膨化脉冲膨化次数的确定

将前处理好的黄桃丁使用快速脱水式气流膨化设备进行循环脉冲快速脱水气流膨化，脉冲压差膨化6次，每次抽空捕水20min，测定每次脉冲膨化后黄桃丁的水分含量，观察外观膨化情况，确定较佳的脉冲膨化次数。

从表1可以看出，黄桃丁原料含水量较高，达到91.91％，当脉冲膨化第1次、第2次和第3次后，黄桃丁中水分都瞬间闪蒸汽化，快速脱除水分，并保持较好的膨胀状态，当脉冲膨化第4次、第5次和第6次后，黄桃丁的每个面都不能保持原有的膨胀状态，表面皱缩越来越严重。综上所述，采用脉冲气流膨化，脉冲膨化次数小于3次，黄桃丁的水分含量在74.89％以上，瞬间降压膨化仍然可以保持其膨胀状态，脉冲膨化次数大于3次，当水分含量低于74.89％，黄桃丁中的水在瞬间膨化时产生的膨化力不足以保持黄桃丁膨化骨架的形成，造成黄桃丁表面塌陷，皱缩严重。

表1脉冲不同次数黄桃水分含量和膨化效果的变化

2.热风联合气流膨化干燥和循环脉冲快速脱水气流膨化干燥工艺和耗时的比较

热风联合气流膨化黄桃丁加工工艺包括将前处理的黄桃丁60℃热风干燥至水分含量60％左右，均湿15h，然后进行气流膨化，膨化罐升温至105℃保10min，80℃抽空120min。循环脉冲快速脱水气流膨化干燥加工工艺包括将前处理的黄桃丁放入膨化罐，脉冲膨化3次，每次膨化均保温90℃抽空20min，然后保温75℃抽空180min。

从表2可以看出，热风联合气流膨化干燥工艺涵盖热风预干燥、均湿和气流膨化三个工序，耗时长达20h。而循环脉冲快速脱水气流膨化干燥工艺仅有一道工序，耗时为4.5h。不论从工序的复杂程度，还是耗费时间上，循环脉冲快速脱水气流膨化干燥技术都明显优于热风联合气流膨化干燥技术。

表2热风联合气流膨化干燥和循环脉冲快速脱水气流膨化干燥工艺和耗时比较

3.热风联合气流膨化干燥和循环脉冲快速脱水气流膨化干燥过程中水分含量变化

热风联合气流膨化和脉冲气流膨化干燥过程中每隔30min监测黄桃丁水分含量的变化。如表3所示，热风干燥3h，黄桃丁的水分含量由原料91.9％降至62.09％，而循环脉冲快速脱水气流膨化干燥3h，黄桃丁的水分含量由原料91.9％降至32.84％。热风联合气流膨化干燥在气流膨化阶段需要2h使得黄桃丁水分含量基本能达到5％以下，循环脉冲快速脱水气流膨化也需要了2h将黄桃丁水分含量由56.8％降至5％以下。可以看出热风干燥后均湿促使黄桃丁内部的水分扩散至表面，达到黄桃丁水分内外一致而提高干燥速率的效果并没有突显。因此，循环脉冲快速脱水气流膨化通过一道工序完成了三道工序的工艺要求。

表3热风联合气流膨化干燥和循环脉冲快速脱水气流膨化干燥过程中水分含量变化％

4.热风联合气流膨化干燥和循环脉冲快速脱水气流膨化干燥产品品质比较

对热风联合气流膨化和循环脉冲快速脱水气流膨化干燥产品的品质进行比较。结果见表4，热风联合气流膨化黄桃丁的硬度明显大于循环脉冲快速脱水气流膨化，这与热风联合气流膨化黄桃丁菱角膨化较差，出现硬边的现象一致。两种干燥技术产品色泽相差不大。循环脉冲快速脱水气流膨化黄桃丁桃面和菱角的膨化效果都较好，没有较硬的菱角，黄桃丁的膨化率明显高于热风联合气流膨化，。因此循环脉冲快速脱水气流膨化黄桃丁的产品品质更优。

表4热风联合气流膨化干燥和循环脉冲快速脱水气流膨化干燥产品品质比较

(三)实施例

实施例1

选用罐桃14(市场购买)鲜黄桃品种为原料，选择九成熟的果实，用清水将黄桃果实表面清洗干净，去皮，去核，将黄桃切成底部宽度为2cm，上面宽度为1cm，长度为3cm，高度为2cm的梯形丁块。将黄桃丁块放入浓度10％预热至95℃的糖溶液中煮5min，40℃保温浸渍75min，浸渍冷却后在-18℃下冷冻12h。

将冷冻黄桃丁3kg放在室温解冻，完全解冻后沥干黄桃丁表面水分，均匀地放在物料盘上。将放有黄桃丁的物料盘物料盘放入300L膨化罐1中，加热升温至100℃，停滞15min保温100℃，并通过空气压缩机15使膨化罐1与600L真空罐5间的压力差为150kPa；同时打开制冷机14，通过捕水器的制冷盘管7工作将真空罐中的温度降至-15～-20℃，所述的制冷机14制冷功率为9kw，制冷盘管7规格为换热面积为12m²；并开启真空罐机组同时工作。打开膨化罐1与真空罐5中间的泄压阀4，瞬间降压进行第一次膨化，抽真空捕水30min，物料中的水分瞬间闪蒸，进入真空罐5中，真空罐5中的捕水器6的制冷盘管7迅速捕集大量水蒸汽，冷凝成水，流至真空罐5的后端，汇集至集水器12中，期间膨化罐一直保持温度90℃。

关闭泄压阀4，使膨化罐自然回升压力至-70kPa，再次打开膨化罐1与真空罐5中间的泄压阀4，瞬间降压进行第二次膨化，抽真空捕水30min；期间膨化罐一直保持温度90℃。

再关闭泄压阀4，使膨化罐自然回升压力至-70kPa，再次泄压阀4瞬间降压进行第三次膨化，抽真空捕水30min，整个脉冲膨化期间一直保持温度90℃；

然后将温度降至70℃，抽真空捕水干燥150min，最后关闭泄压阀4，取出产品，分拣充氮包装。

当集水器12中水分达到一定高度，集水器12满水报警装置启动，关闭压力转换阀13，打开集水器12上端的泄气阀10，当集水器12内压力达到常压后，打开集水器12低端的排水阀11，排出集水器12中的水，然后再打开集水器12与真空罐5间的压力转换阀13，与真空罐5连通，继续收集冷凝下来的水分。

实施例2

选用金童8号(市场购买)鲜黄桃品种为原料，选择九成熟的果实3kg，用清水将桃果实表面清洗干净，去皮，去核，将黄桃切成切底部宽度为2cm，上面宽度为1cm，长度为3cm，高度为2cm的梯形丁块。将黄桃丁块放入浓度8％预热至98℃的糖溶液中煮3min，50℃保温浸渍60min，浸渍冷却后在-18℃下冷冻15h。

将冷冻黄桃丁3kg放在室温解冻，完全解冻后沥干黄桃丁表面水分，均匀地放在物料盘上。将放有黄桃丁3kg的物料盘物料盘放入300L膨化罐中，加热升温至105℃，停滞10min保温105℃，膨化罐与600L真空罐间的压力差为120kPa，同时打开制冷机14将真空罐中的温度降至-15～-20℃和开启真空罐机组同时工作；打开泄压阀4，瞬间降压进行第一次膨化，抽真空捕水20min。关闭泄压阀，使膨化罐自然回升压力至-70kPa，再次瞬间降压进行第二次膨化，抽真空捕水20min，关闭泄压阀，使膨化罐自然回升压力至-70kPa，再次瞬间降压进行第三次膨化，抽真空捕水50min，整个脉冲膨化期间一直保持温度85℃，然后将温度降至75℃，抽真空捕水干燥180min。取出产品，分拣充氮包装。

Claims (5)

1.一种快速脱水式气流膨化设备，由膨化罐（1）机组和真空罐（5）机组组成，膨化罐（1）与真空罐（5）之间通过连接管路相连通，连接管路上设有泄压阀（4），其特征在于：

所述真空罐（5）设有捕水器（6），捕水器（6）由制冷盘管（7）与制冷机（14）组成，制冷盘管（7）位于真空罐（5）内腔，制冷盘管（7）两端伸出真空罐（5）外与制冷机（14）相连；真空罐（5）下方连有集水器（12）。

2.根据权利要求1所述的一种快速脱水式气流膨化设备，其特征在于：

所述的制冷盘管（7）呈“S”形状铺设于真空罐（5）内腔。

3.根据权利要求1或2所述的一种快速脱水式气流膨化设备，其特征在于：

   真空罐（5）底部后端通过压力转换阀（13）与集水器（12）固连，真空罐（5）的底部呈倾斜状，前高后低，集水器（12）的上端设有泄气阀（10），下端设有排水阀（11），当集水器（12）中的水达到一定高度，关闭压力转换阀（13），开启泄气阀（10），打开排水阀（11），排掉集水器（12）中的水。

4.根据权利要求1或2所述的一种快速脱水式气流膨化设备，其特征在于：

通过捕水器（6）工作将真空罐（5）中的温度降至-15~-20℃。

5.根据权利要求3所述的一种快速脱水式气流膨化设备，其特征在于：

通过捕水器（6）工作将真空罐（5）中的温度降至-15~-20℃。