CN204854168U - 一种用于液态物料超声波雾化脉冲微波真空干燥装置 - Google Patents

Abstract

一种用于液态物料超声波雾化脉冲微波真空干燥装置，属于化工、农业、食品行业液态物料微波真空干燥技术领域。本实用新型的液态物料通过超声波雾化器雾化成细小雾滴，经过雾化加热器加热到设定温度，通过脉冲供料阀进入真空干燥管。真空干燥管是液态物料雾滴干燥及流动的通道，光纤传感器安装在真空干燥管不同部位，测量雾滴下落过程中的干燥温度，真空干燥管下部与产品收集器连接。本实用新型液态物料雾化后在微波真空状态下干燥，采用该方法及装置可实现液态物料高效、节能、均匀及低温干燥，实现提升液态物料干燥产品品质的目的。

Description

一种用于液态物料超声波雾化脉冲微波真空干燥装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于液态物料超声波雾化脉冲微波真空干燥装置，属于化工、农业、食品行业液态物料微波真空干燥技术领域。

背景技术

喷雾干燥是一种已被工业界广泛接受的干燥工艺，其特点是把初始状态溶液、乳浊液、悬浮液或浆状物通过特殊设计的雾化器雾化后再与干燥介质接触,在短时间内完成蒸发干燥而获得干燥的产品。喷雾干燥产品具有很好的流动性、分散性及溶解性。目前，该技术已广泛应用于食品、制药和化工等行业。据不完全统计，到2006年底，全世界已安装投产的喷雾干燥设备超过25000套，干燥能力从每小时不足1kg到50吨。

然而，传统的喷雾干燥是基于随机的雾化过程，干燥介质采用热空气或过热蒸汽。因此，传统喷雾干燥存在如下一些缺点：

（1）单位产品的能耗大，设备的热效率低，只有30%~40%；

（2）容积干燥强度较小。容积传热系数低，干燥器的体积庞大、初期投资费用大；

（3）干燥介质消耗量大。为了维持液滴与干燥介质之间热量和质量的高速传递，需要不断更新干燥室内的干燥介质。所以，喷雾干燥的干燥介质消耗量很大；

（4）干燥产品品质下降。高温干燥介质带来产品营养成份的损失；

（5）产品的粒径分布范围广，质量参差不齐。

目前，干燥操作所消耗的能量已经占到我国总能耗的10%以上。由于世界能源日趋紧张，人们的环保意识及食品安全与营养意识日益增强，对高品质高效节能喷雾干燥技术问题研究已迫在眉睫。

杨连生、罗发兴（1997年）公开了“液体糖的微波、真空雾化干燥的方法及其装置”专利（专利授权申请号97104780）。该专利采用压力喷嘴方式在真空状态下进行物料雾化，雾化液滴存在不均匀及粘壁现象，同时液滴在雾化前初始温度高，带来产品热敏性营养成份的损失。再者，在微波源分布方面，采用直线分布，带来微波场强不均匀，微波功率不能连续调整。在真空系统设计方面，干燥仓内气体一直处于工作状态，容易抽去干燥物料。另外，喷嘴及雾化器微波屏蔽没有解决。本实用新型的不同之处为液态物料在干燥室外雾化，预加热后进入真空干燥管，能够保证雾滴的均匀性及不产生粘壁现象，也容易实现雾化器微波屏蔽及避免雾化器在真空状态下发生气体放电现象及喷嘴局部高温，阻塞喷嘴雾化；微波加热与真空干燥采用分离设计，微波源沿微波加热腔螺旋分布，实现微波真空干燥管内微波场的均匀性；微波控制器与水负载结合实现微波功率大范围内连续调节。另外，在干燥过程中进料与抽真空实现互锁，保证干燥物料不易被真空抽去。本实用新型干燥前对雾化液滴进行预加热，温度低，不影响干燥产品品质。

李华国（2004年）公开了“真空雾化微波干燥系统”专利（专利授权号ZL03259987.0）。该专利磁控管处于真空干燥室微波场中，容易发生低压气体放电；另外，喷嘴也处于微波场内，也容易发生气体放电及喷嘴局部产生高温，阻塞喷嘴雾化；因此，该专利不能保证喷雾真空干燥正常运行。本实用新型的不同之处为液态物料在干燥室外雾化，微波加热腔与干燥室分离，避免了低压气体放电发生，微波功率控制器与水负载结合降低微波功率强度，另外，进料与抽真空实现互锁，保证干燥物料不易被真空抽去。

董铁友、周冬菊、任发政、陈树兴、崔建云、葛克山、姜勇、何佳、赵启美（2009年）公开了“微波喷雾真空干燥机”实用新型专利（专利授权号ZL200720310413.5）。该专利喷嘴处于微波场内，容易发生气体放电及喷嘴局部产生高温，阻塞喷嘴雾化；微波源预先加热料液，影响微波的穿透性，降低真空干燥室内微波场电场强度，影响干燥效率；另外，真空系统连续工作也容易带走物料颗粒。本实用新型的不同之处为液态物料在干燥室外雾化，微波加热腔与干燥室分离，避免了低压气体放电发生，便于干燥管内物料清洁，微波源直接作用于干燥管，保证干燥室所需要微波功率。另外，进料与抽真空实现互锁，保证干燥物料不易被真空抽去。

李晟、刘刚（2008年）公开了“微波真空喷雾干燥设备”实用新型专利（专利授权号ZL200720031027.2）。该专利喷嘴处于微波场内，容易发生气体放电及喷嘴局部产生高温，阻塞喷嘴雾化、影响干燥效率；微波功率没有实现连续调节，带来真空干燥室微波场电场强度过高，影响干燥产品质量，真空干燥室与微波加热腔一体化设计容易带来干燥物料在微波馈口沉积，造成物料局部高温。本实用新型的不同之处为液态物料在干燥室外雾化，微波加热腔与干燥室分离，避免了低压气体放电发生，也便于物料清洁，微波功率控制器与水负载结合降低微波功率强度，提高产品干燥均匀度，另外，进料与抽真空实现互锁，保证干燥物料不易被真空抽去。

徐卫（2011年）公开了“一种微波喷雾干燥酯化装置”实用新型专利（专利授权号ZL201120183496.5）。该专利没有设计真空系统，属于常压喷雾，喷嘴安装在微波加热腔内，也容易带来使喷嘴局部产生高温，阻塞喷嘴雾化。本实用新型的不同之处为喷雾干燥是在负压下进行的，液态物料在干燥室外雾化，微波加热腔与干燥室分离，避免了低压气体放电发生，微波功率控制器与水负载结合降低微波功率强度，另外，进料与抽真空实现互锁，保证干燥物料不易被真空抽去。

陈瑞鹏、张燕、陈俊飞、高深、曹顺进行了“香蕉真空喷雾干燥装置的设计与应用效果”研究（贵州农业科学2014，42（8）：240～242）。该研究采用高压电场将香蕉液体分散形成粒径均匀微小雾滴，形成的均匀雾滴在真空干燥室内冻结到共晶点温度以下，然后在较高的真空条件下通过升华干燥除去物体中水分，最后在极短时间内将香蕉料液干燥成香蕉粉成品。该研究没有使用微波作为干燥介质，干燥方式为冻干。本实用新型的不同之处为喷雾干燥是在负压下进行的，液态物料在干燥室外雾化，微波作为干燥热源，微波加热腔与干燥室分离，微波功率控制器与水负载结合降低微波功率强度，另外，进料与抽真空实现互锁，保证干燥物料不易被真空抽去。

胡继强，以奶粉原料进行微波真空喷雾冷冻干燥技术与设备研究（中国乳品工业，2012，40（2）：42～44）。该研究采用的干燥方式为微波真空冷冻干燥，不是微波真空喷雾干燥技术，真空喷雾只是预冷雾化后的奶粉液滴。但本实用新型的不同之处为液态物料在干燥室外雾化，微波提供液态物料雾化后真空干燥热源，另外，进料与抽真空实现互锁，保证干燥物料不易被真空抽去。

杨连生、罗发兴以液体糖为原料，进行了不同糖液DE值、浓度及温度对微波真空喷雾干燥产品水分及密度的影响研究（食品工业科技，1997，5：73～75）。研究结果表明，微波喷雾干燥具有低温、低耗、快速、成品色泽浅、透光率高、复水性良好等优点。但是，该研究所用实验设备雾化器采用压力喷嘴方式，液滴存在不均匀及易粘壁现象；液滴初始温度高，微波功率不能连续调整，再者真空系统一直处于工作状态，容易抽去干燥物料。另外，喷嘴微波屏蔽没有解决。本实用新型的不同之处为液态物料在干燥室外雾化，容易实现屏蔽，微波功率控制器与水负载结合实现微波功率大范围内连续调节；另外，进料与抽真空实现互锁，保证干燥物料不易被真空抽去；再者，本实用新型对雾化液滴预加热，温度低，不影响物料的干燥品质，同时可以提高干燥效率。

总之，超声波雾化脉冲微波真空干燥方法与装置，在国内未见报导，在国外到目前为止也没有检索到这方面的论文和专利．本实用新型将是一种创新，是对国内这一技术空白的填补。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种在超声波雾化、微波及脉冲进料与抽气联合辅助条件下实现液态物料高效、均匀、低温、低成本微波喷雾真空干燥及提升液态物料传统喷雾干燥品质的装置。

本实用新型的技术方案，一种用于液态物料超声波雾化脉冲微波真空干燥装置，包括：超声波雾化器、雾化加热器、脉冲供料阀、真空干燥管、微波加热腔、水负载、产品收集器、脉冲真空阀、气-固分离器、卸料器、冷却器、制冷机组、真空泵机组和控制柜；

超声波雾化器与雾化加热器连接，雾化加热器与真空干燥管连接，真空干燥管与气-固分离器连接；气-固分离器一侧与冷却器连接，冷却器通过制冷机组及真空泵机组驱动连接；气-固分离器下部与卸料器连接；

所述雾化加热器与真空干燥管之间设有脉冲供料阀；真空干燥管和气-固分离器之间设有脉冲真空阀；真空干燥管下端设有产品收集器；所述真空干燥管位于微波加热腔内部，在微波加热腔内还设有水负载；通过控制柜控制系统运转。

所述真空干燥管与微波加热腔两者互相独立，真空干燥管垂直放置于微波加热腔内。所述真空干燥管的内径为200-1000mm，下部为锥形，还包括若干个光纤测温开口；材质为耐高温、微波吸收率低的玻璃材料。

所述微波加热腔是圆柱型容器，两端用封头密封，微波源沿螺旋方向均匀分布其四周。

所述用于液态物料超声波雾化脉冲微波真空干燥装置进行干燥的方法，步骤如下：

取待干燥的液体物料，进入超声波雾化器中雾化成液滴，打开超声波雾化器的电源开关，频率为1.0-10MHz；雾化速度根据微波功率在0-5L/min范围调节，然后通过雾化加热器在50-80℃进行预加热；当雾化加热器内部达到设定温度时，依次开启水负载，微波加热腔的微波源及制冷机组；

当真空干燥管内温度达到设定值时，开启真空泵机组及脉冲真空阀，当真空干燥管的真空度达到设定值时，启动脉冲供料阀；雾化后的物料通过脉冲供料阀以脉冲的方式进入真空干燥管内干燥；在干燥过程中产生的气体通过脉冲真空阀以脉冲方式排除；

雾化干燥结束后，停止真空泵机组，待真空干燥管内压力恢复到常压后，打开真空干燥管下部的阀门，干燥物料进入产品收集器。

通过控制柜设定脉冲供料阀开启时间间隔和开启时间。

所述脉冲真空阀与脉冲供料阀互锁；即脉冲供料阀工作时脉冲真空阀关闭，反之，脉冲供料阀关闭时脉冲真空阀打开。

本实用新型的有益效果：

1、降低产品干燥温度，提升产品品质：由于液态物料在真空条件下干燥，水分蒸发沸点低，同时，微波源沿加热腔按螺旋方向分布，及微波馈口面积大，真空干燥室内微波场分布均匀，与传统喷雾干燥相比产品干燥温度低及干燥均匀。

2、提高干燥效率、降低能量消耗：由于微波具有内热源加热特性，加热效率高，干燥室内雾化液滴内外同时受热，同时雾化液滴在真空状态下干燥，增加雾化液滴内外压差，与传统喷雾干燥相比干燥速度快，干燥效率高，无热量损耗。

3、无环境污染、投资小、操作方便：由于微波是清洁能源，且干燥管采用耐微波加热、微波吸收率低、耐高温、低温、摩擦系数低又廉价的玻璃材料制作，省去传统庞大的干燥腔体，与传统喷雾干燥设备相比，无工业废气、设备结构简单、投资小，操作方便。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

附图标记说明：1、超声波雾化器；2、雾化加热器；3、脉冲供料阀；4、真空干燥管；5、微波加热腔；6、水负载；7、产品收集器；8、脉冲真空阀；9、气-固分离器；10、卸料器；11、冷却器；12、制冷机组；13、真空泵机组；14、控制柜。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地描述。

实施例1

如图1所示，一种用于液态物料超声波雾化脉冲微波真空干燥的装置，包括：超声波雾化器1和雾化加热器2，还包括脉冲供料阀3、真空干燥管4、微波加热腔5、水负载6、产品收集器7、脉冲真空阀8、气-固分离器9、卸料器10、冷却器11、制冷机组12、真空泵机组13及控制柜14所构成。

超声波雾化器1连接雾化加热器2，脉冲供料阀3位于真空干燥管4上部，进出口通过管道分别与雾化加热器2、真空干燥管4进口连接，真空干燥管4垂直放置在微波加热腔5内，真空干燥管4下部与产品收集器7连接，微波加热腔5是圆柱型容器，两端用封头密封，微波源沿螺旋方向均匀分布其四周；脉冲真空阀8安装在微波加热腔5内真空干燥管4上部，并与气-固分离器9连接。气-固分离器9下部通过管道与卸料器10连接，上部与冷却器11连接，冷却器11与制冷机组12及真空泵机组13连接。水负载6安装在微波加热腔5内，并由水泵进行水循环。

由于液态物料在微波真空状态下雾化干燥，采用该方法及装置可实现液态物料高效节能均匀干燥，降低产品干燥温度，提高产品品质的目的。

超声波雾化器1是液态物料雾化成雾滴的装置，雾化加热器2用于提高干燥前物料的初始温度，脉冲供料阀3控制雾滴进入真空干燥管4内的雾化液滴的间隔时间，微波加热腔5提供雾滴在真空干燥管内干燥需要热量，真空干燥管4内微波场电场强度通过微波控制器与水负载6联合调节，脉冲真空阀8与脉冲供料阀3实现互锁，防止进料时雾滴被气体带走，干燥过程中物料颗粒产生的水蒸气经气-固分离器9在冷却器11降温，冷却器温度由制冷机组12控制，真空干燥管内真空压力由真空泵机组13维持。物料干燥结束后，打开阀门，物料颗粒从真空干燥管底部进入产品收集器7。

本实用新型采用超声波雾化，微波加热、进料脉冲控制方式实现液态物料在真空干燥管内雾化微波真空干燥，改变了传统喷雾干燥方式，提高雾滴物料干燥过程中换热效率及面积、降低雾滴的干燥温度，具有干燥均匀、品质高、效率高、投资少、能耗低、成本低等优点。

实施例2

取质量浓度为6%的麦芽糊精溶液500mL，放入超声波雾化器1中的雾化室内，打开超声波雾化器电源开关，调节雾化速度到100mL/min。开启雾化加热器2电源，温度设定60℃，当雾化加热器内部温度达到60℃时，依次开启水负载6、微波加热腔5微波源及制冷机组12，微波功率根据设定物料温度设定值自动调整，物料温度由光纤传感器进行检测，冷却器11的温度控制在-15-5℃范围内。

当真空干燥管4内温度达到设定值95℃时，开启真空泵机组13及脉冲真空阀8，当真空干燥管4内真空度达到设定值10KPa时，启动脉冲供料阀3，雾化液滴进入真空干燥管4内进行干燥。在控制柜14设定脉冲供料阀3开启时间间隔为10s，开启时间为1s，控制真空干燥管4内在液滴进入真空干燥管期间真空度值不超过20kPa。

脉冲真空阀8与脉冲供料阀3互锁，即脉冲供料阀3工作时脉冲真空阀8关闭，反之打开脉冲真空阀8。在干燥过程中每隔1min记录真空干燥管4内温度值、真空度值。雾化干燥结束后，停止真空泵机组13，待真空干燥管4内压力恢复到常压后，打开真空干燥管4下部阀门，干燥的麦芽糊精粉进入产品收集器7。

麦芽糊精超声波雾化脉冲微波真空干燥粉的粒度控制在5-100μm范围内。

实施例3茶叶提取物超声波雾化脉冲微波真空干燥方法

取质量浓度为15%的新鲜茶叶提取溶液500mL，放入超声波雾化器1中的雾化室内，打开超声波雾化器1电源开关，雾化速度调到80mL/min。开启雾化加热器2电源，温度设定50℃，当雾化加热器2内部温度达到50℃时，依次开启水负载6，微波加热腔5微波源，及制冷机组12，微波功率根据设定物料温度设定值自动调整，物料温度由光纤传感器进行检测，冷却器11的温度控制在-15-5℃范围内。

当真空干燥管4内温度达到设定值85℃时，开启真空泵机组13及脉冲真空阀8，当真空干燥管4内真空度达到设定值7kPa时，启动脉冲供料阀3，雾化液滴进入真空干燥管4内进行干燥。在控制柜14设定脉冲供料阀3开启时间间隔为6s，开启时间为1s，控制真空干燥管4内真空度在液滴进入真空干燥管4期间真空度值不超过15kPa。

脉冲真空阀8与脉冲供料阀3互锁，即脉冲供料阀3工作时脉冲真空阀8关闭，反之打开脉冲真空阀8。在干燥过程中每隔1min记录真空干燥管4内温度值、真空度值。雾化干燥结束后，停止真空泵机组13，待真空干燥管4内压力恢复到常压后，打开真空干燥管4下部阀门，干燥的茶叶提取粉进入产品收集器7。

茶叶提取物超声波雾化脉冲微波真空干燥粉的粒度控制在10-120μm范围内。

Claims (4)

1.一种用于液态物料超声波雾化脉冲微波真空干燥装置，其特征在于包括：超声波雾化器（1）、雾化加热器（2）、脉冲供料阀（3）、真空干燥管（4）、微波加热腔（5）、水负载（6）、产品收集器（7）、脉冲真空阀（8）、气-固分离器（9）、卸料器（10）、冷却器（11）、制冷机组（12）、真空泵机组（13）和控制柜（14）；

超声波雾化器（1）与雾化加热器（2）连接，雾化加热器（2）与真空干燥管（4）连接，真空干燥管（4）与气-固分离器（9）连接；气-固分离器（9）一侧与冷却器（11）连接，冷却器（11）通过制冷机组（12）及真空泵机组（13）驱动连接；气-固分离器（9）下部与卸料器（10）连接；

所述雾化加热器（2）与真空干燥管（4）之间设有脉冲供料阀（3）；真空干燥管（4）和气-固分离器（9）之间设有脉冲真空阀（8）；真空干燥管（4）下端设有产品收集器（7）；所述真空干燥管（4）位于微波加热腔（5）内部，在微波加热腔（5）内还设有水负载（6）；

通过控制柜（14）控制系统运转。

2.根据权利要求1所述用于液态物料超声波雾化脉冲微波真空干燥装置，其特征在于：所述真空干燥管（4）与微波加热腔（5）两者互相独立，真空干燥管（4）垂直放置于微波加热腔（5）内。

3.根据权利要求1所述用于液态物料超声波雾化脉冲微波真空干燥装置，其特征在于：所述真空干燥管（4）的内径为200-1000mm，下部为锥形，还包括若干个光纤测温开口；材质为耐高温的玻璃材料。

4.根据权利要求1所述用于液态物料超声波雾化脉冲微波真空干燥装置，其特征在于：微波加热腔（5）是圆柱型容器，两端用封头密封，微波源沿螺旋方向均匀分布其四周。