一種用于液態(tài)物料超聲波霧化脈沖微波真空干燥裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于液態(tài)物料超聲波霧化脈沖微波真空干燥裝置，屬于化工、農(nóng)業(yè)、食品行業(yè)液態(tài)物料微波真空干燥技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]噴霧干燥是一種已被工業(yè)界廣泛接受的干燥工藝，其特點(diǎn)是把初始狀態(tài)溶液、乳濁液、懸浮液或漿狀物通過特殊設(shè)計(jì)的霧化器霧化后再與干燥介質(zhì)接觸，在短時(shí)間內(nèi)完成蒸發(fā)干燥而獲得干燥的產(chǎn)品。噴霧干燥產(chǎn)品具有很好的流動(dòng)性、分散性及溶解性。目前，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于食品、制藥和化工等行業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到2006年底，全世界已安裝投產(chǎn)的噴霧干燥設(shè)備超過25000套，干燥能力從每小時(shí)不足Ikg到50噸。
[0003]然而，傳統(tǒng)的噴霧干燥是基于隨機(jī)的霧化過程，干燥介質(zhì)采用熱空氣或過熱蒸汽。因此，傳統(tǒng)噴霧干燥存在如下一些缺點(diǎn):
[0004](I)單位產(chǎn)品的能耗大，設(shè)備的熱效率低，只有30%~40% ；
[0005](2)容積干燥強(qiáng)度較小。容積傳熱系數(shù)低，干燥器的體積龐大、初期投資費(fèi)用大；
[0006](3)干燥介質(zhì)消耗量大。為了維持液滴與干燥介質(zhì)之間熱量和質(zhì)量的高速傳遞，需要不斷更新干燥室內(nèi)的干燥介質(zhì)。所以，噴霧干燥的干燥介質(zhì)消耗量很大；
[0007](4)干燥產(chǎn)品品質(zhì)下降。高溫干燥介質(zhì)帶來產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)成份的損失；
[0008](5)產(chǎn)品的粒徑分布范圍廣，質(zhì)量參差不齊。
[0009]目前，干燥操作所消耗的能量已經(jīng)占到我國(guó)總能耗的10%以上。由于世界能源日趨緊張，人們的環(huán)保意識(shí)及食品安全與營(yíng)養(yǎng)意識(shí)日益增強(qiáng)，對(duì)高品質(zhì)高效節(jié)能噴霧干燥技術(shù)問題研究已迫在眉睫。
[0010]楊連生、羅發(fā)興(1997年)公開了 “液體糖的微波、真空霧化干燥的方法及其裝置”專利(專利授權(quán)申請(qǐng)?zhí)?7104780)。該專利采用壓力噴嘴方式在真空狀態(tài)下進(jìn)行物料霧化，霧化液滴存在不均勻及粘壁現(xiàn)象，同時(shí)液滴在霧化前初始溫度高，帶來產(chǎn)品熱敏性營(yíng)養(yǎng)成份的損失。再者，在微波源分布方面，采用直線分布，帶來微波場(chǎng)強(qiáng)不均勻，微波功率不能連續(xù)調(diào)整。在真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，干燥倉內(nèi)氣體一直處于工作狀態(tài)，容易抽去干燥物料。另外，噴嘴及霧化器微波屏蔽沒有解決。本實(shí)用新型的不同之處為液態(tài)物料在干燥室外霧化，預(yù)加熱后進(jìn)入真空干燥管，能夠保證霧滴的均勻性及不產(chǎn)生粘壁現(xiàn)象，也容易實(shí)現(xiàn)霧化器微波屏蔽及避免霧化器在真空狀態(tài)下發(fā)生氣體放電現(xiàn)象及噴嘴局部高溫，阻塞噴嘴霧化；微波加熱與真空干燥采用分離設(shè)計(jì)，微波源沿微波加熱腔螺旋分布，實(shí)現(xiàn)微波真空干燥管內(nèi)微波場(chǎng)的均勻性；微波控制器與水負(fù)載結(jié)合實(shí)現(xiàn)微波功率大范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。另外，在干燥過程中進(jìn)料與抽真空實(shí)現(xiàn)互鎖，保證干燥物料不易被真空抽去。本實(shí)用新型干燥前對(duì)霧化液滴進(jìn)行預(yù)加熱，溫度低，不影響干燥產(chǎn)品品質(zhì)。
[0011]李華國(guó)(2004年)公開了“真空霧化微波干燥系統(tǒng)”專利(專利授權(quán)號(hào)ZL03259987.0)。該專利磁控管處于真空干燥室微波場(chǎng)中，容易發(fā)生低壓氣體放電；另外，噴嘴也處于微波場(chǎng)內(nèi)，也容易發(fā)生氣體放電及噴嘴局部產(chǎn)生高溫，阻塞噴嘴霧化；因此，該專利不能保證噴霧真空干燥正常運(yùn)行。本實(shí)用新型的不同之處為液態(tài)物料在干燥室外霧化，微波加熱腔與干燥室分離，避免了低壓氣體放電發(fā)生，微波功率控制器與水負(fù)載結(jié)合降低微波功率強(qiáng)度，另外，進(jìn)料與抽真空實(shí)現(xiàn)互鎖，保證干燥物料不易被真空抽去。
[0012]董鐵友、周冬菊、任發(fā)政、陳樹興、崔建云、葛克山、姜勇、何佳、趙啟美(2009年)公開了 “微波噴霧真空干燥機(jī)”實(shí)用新型專利(專利授權(quán)號(hào)ZL200720310413.5)。該專利噴嘴處于微波場(chǎng)內(nèi)，容易發(fā)生氣體放電及噴嘴局部產(chǎn)生高溫，阻塞噴嘴霧化；微波源預(yù)先加熱料液，影響微波的穿透性，降低真空干燥室內(nèi)微波場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度，影響干燥效率；另外，真空系統(tǒng)連續(xù)工作也容易帶走物料顆粒。本實(shí)用新型的不同之處為液態(tài)物料在干燥室外霧化，微波加熱腔與干燥室分離，避免了低壓氣體放電發(fā)生，便于干燥管內(nèi)物料清潔，微波源直接作用于干燥管，保證干燥室所需要微波功率。另外，進(jìn)料與抽真空實(shí)現(xiàn)互鎖，保證干燥物料不易被真空抽去。
[0013]李晟、劉剛(2008年)公開了“微波真空噴霧干燥設(shè)備”實(shí)用新型專利(專利授權(quán)號(hào)ZL200720031027.2)。該專利噴嘴處于微波場(chǎng)內(nèi)，容易發(fā)生氣體放電及噴嘴局部產(chǎn)生高溫，阻塞噴嘴霧化、影響干燥效率；微波功率沒有實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，帶來真空干燥室微波場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度過高，影響干燥產(chǎn)品質(zhì)量，真空干燥室與微波加熱腔一體化設(shè)計(jì)容易帶來干燥物料在微波饋口沉積，造成物料局部高溫。本實(shí)用新型的不同之處為液態(tài)物料在干燥室外霧化，微波加熱腔與干燥室分離，避免了低壓氣體放電發(fā)生，也便于物料清潔，微波功率控制器與水負(fù)載結(jié)合降低微波功率強(qiáng)度，提高產(chǎn)品干燥均勻度，另外，進(jìn)料與抽真空實(shí)現(xiàn)互鎖，保證干燥物料不易被真空抽去。
[0014]徐衛(wèi)(2011年)公開了 “一種微波噴霧干燥酯化裝置”實(shí)用新型專利(專利授權(quán)號(hào)ZL201120183496.5)。該專利沒有設(shè)計(jì)真空系統(tǒng)，屬于常壓噴霧，噴嘴安裝在微波加熱腔內(nèi)，也容易帶來使噴嘴局部產(chǎn)生高溫，阻塞噴嘴霧化。本實(shí)用新型的不同之處為噴霧干燥是在負(fù)壓下進(jìn)行的，液態(tài)物料在干燥室外霧化，微波加熱腔與干燥室分離，避免了低壓氣體放電發(fā)生，微波功率控制器與水負(fù)載結(jié)合降低微波功率強(qiáng)度，另外，進(jìn)料與抽真空實(shí)現(xiàn)互鎖，保證干燥物料不易被真空抽去。
[0015]陳瑞鵬、張燕、陳俊飛、高深、曹順進(jìn)行了 “香蕉真空噴霧干燥裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用效果”研究(貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)2014，42 (8):240?242)。該研究采用高壓電場(chǎng)將香蕉液體分散形成粒徑均勻微小霧滴，形成的均勻霧滴在真空干燥室內(nèi)凍結(jié)到共晶點(diǎn)溫度以下，然后在較高的真空條件下通過升華干燥除去物體中水分，最后在極短時(shí)間內(nèi)將香蕉料液干燥成香蕉粉成品。該研究沒有使用微波作為干燥介質(zhì)，干燥方式為凍干。本實(shí)用新型的不同之處為噴霧干燥是在負(fù)壓下進(jìn)行的，液態(tài)物料在干燥室外霧化，微波作為干燥熱源，微波加熱腔與干燥室分離，微波功率控制器與水負(fù)載結(jié)合降低微波功率強(qiáng)度，另外，進(jìn)料與抽真空實(shí)現(xiàn)互鎖，保證干燥物料不易被真空抽去。
[0016]胡繼強(qiáng)，以奶粉原料進(jìn)行微波真空噴霧冷凍干燥技術(shù)與設(shè)備研究(中國(guó)乳品工業(yè)，2012,40 (2):42?44)。該研究采用的干燥方式為微波真空冷凍干燥，不是微波真空噴霧干燥技術(shù)，真空噴霧只是預(yù)冷霧化后的奶粉液滴。但本實(shí)用新型的不同之處為液態(tài)物料在干燥室外霧化，微波提供液態(tài)物料霧化后真空干燥熱源，另外，進(jìn)料與抽真空實(shí)現(xiàn)互鎖，保證干燥物料不易被真空抽去。
[0017]楊連生、羅發(fā)興以液體糖為原料，進(jìn)行了不同糖液DE值、濃度及溫度對(duì)微波真空噴霧干燥產(chǎn)品水分及密度的影響研究(食品工業(yè)科技，1997，5:73?75)。研究結(jié)果表明，微波噴霧干燥具有低溫、低耗、快速、成品色澤淺、透光率高、復(fù)水性良好等優(yōu)點(diǎn)。但是，該研究所用實(shí)驗(yàn)設(shè)備霧化器采用壓力噴嘴方式，液滴存在不均勻及易粘壁現(xiàn)象；液滴初始溫度高，微波功率不能連續(xù)調(diào)整，再者真空系統(tǒng)一直處于工作狀態(tài)，容易抽去干燥物料。另外，噴嘴微波屏蔽沒有解決。本實(shí)用新型的不同之處為液態(tài)物料在干燥室外霧化，容易實(shí)現(xiàn)屏蔽，微波功率控制器與水負(fù)載結(jié)合實(shí)現(xiàn)微波功率大范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)；另外，進(jìn)料與抽真空實(shí)現(xiàn)互鎖，保證干燥物料不易被真空抽去；再者，本實(shí)用新型對(duì)霧化液滴預(yù)加熱，溫度低，不影響物料的干燥品質(zhì)，同時(shí)可以提高干燥效率。
[0018]總之，超聲波霧化脈沖微波真空干燥方法與裝置，在國(guó)內(nèi)未見報(bào)導(dǎo)，在國(guó)外到目前為止也沒有檢索到這方面的論文和專利.本實(shí)用新型將是一種創(chuàng)新，是對(duì)國(guó)內(nèi)這一技術(shù)空白的填補(bǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本實(shí)用新型的目的是提供一種在超聲波霧化、微波及脈沖進(jìn)料與抽氣聯(lián)合輔助條件下實(shí)現(xiàn)液態(tài)物料高效、均勻、低溫、低成本微波噴霧真空干燥及提升液態(tài)物料傳統(tǒng)噴霧干燥品質(zhì)的裝置。
[0020]本實(shí)用新型的技術(shù)方案，一種用于液態(tài)物料超聲波霧化脈沖微波真空干燥裝置，包括:超聲波霧化器、霧化加熱器、脈沖供料閥、真空干燥管、微波加熱腔、水負(fù)載、產(chǎn)品收集器、脈沖真空閥、氣-固分離器、卸料器、冷卻器、制冷機(jī)組、真空栗機(jī)組和控制柜；
[0021]超聲波霧化器與霧化加熱器連接，霧化加熱器與真空干燥管連接，真空干燥管與氣-固分離器連接；氣-固分離器一側(cè)與冷卻器連接，冷卻器通過制冷機(jī)組及真空栗機(jī)組驅(qū)動(dòng)連接；氣-固分離器下部與卸料器連接；
[0022]所述霧化加熱器與真空干燥管之間設(shè)有脈沖供料閥；真空干燥管和氣-固分離器之間設(shè)有脈沖真空閥；真空干燥管下端設(shè)有產(chǎn)品收集器；所述真空干燥管位于微波加熱腔內(nèi)部，在微波加熱腔內(nèi)還設(shè)有水負(fù)載；通過控制柜控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0023]所述真空干燥管與微波加熱腔兩者互相獨(dú)立，真空干燥管垂直放置于微波加熱腔內(nèi)。所述真空干燥管的內(nèi)徑為200-1000mm，下部為錐形，還包括若干個(gè)光纖測(cè)溫開口 ；材質(zhì)為耐高溫、微波吸收率低的玻璃材料。
[0024]所述微波加熱腔是圓柱型容器，兩端用封頭密封，微波源沿螺旋方向均勻分布其四周。
[0025]所述用于液態(tài)物料超聲波霧化脈沖微波真空干燥裝置進(jìn)行干燥的方法，步驟如下:
[0026]取待干燥的液體物料，進(jìn)入超聲波霧化器中霧化成液滴，打開超聲波霧化器的電源開關(guān)，頻率為1.0-1OMHz ;霧化速度根據(jù)微波功率在0-5L/min范圍調(diào)節(jié)，然后通過霧化加熱器在50-80°C進(jìn)行預(yù)加熱；當(dāng)霧化加熱器內(nèi)部達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，依次開啟水負(fù)載，微波加熱腔的微波源及制冷機(jī)組；
[0027]當(dāng)真空干燥管內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，開啟真空栗機(jī)組及脈沖真空閥，當(dāng)真空干燥管的真空度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)脈沖供