CN102625899B - 干燥多毛细孔大量材料的方法和工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多毛细孔大量材料(主要是谷物)的真空干燥,其可以应用于农业、食品工业、木材加工业、化学和其它工业。所主张的方法包括预热材料,随后将其装入具有加热元件的真空干燥室并随后循环进行加热材料和创建真空:使用温度高达300℃的热介质加热喷床中的材料至材料温度,所述材料温度低于破坏温度;在快速真空脉冲作用模式下在0.1MPa至0.0001MPa的范围中以一次或多次分阶段地减小压力的方式创建真空,并随后将其曝露于真空直至材料温度稳定。所述循环重复直至获得所需的材料湿度。在同一干燥室内交替进行以喷床方式冷却和真空脉冲作用来执行材料冷却。本干燥方法在以下装置中实施,所述装置包括两个内装有加热元件的真空室,材料装载/卸载***,一个或多个与泵平行连接的容器并且通过具有快动阀门的真空管线***连接到干燥室入口。所述真空干燥室底部呈锥状,连接到用于喷床加热和冷却材料的热介质循环***并具有加热夹套。所述热介质真空处理和循环管线安装有热的旋流过滤器和具有冷凝箱的热交换冷凝器。本发明既有助于减少材料(谷物)所需的干燥时间又能提高干燥产品的品质。
Description
技术领域
本发明涉及一种多毛细孔大量材料(主要是谷物)的真空干燥,其可以应用于农业、食品工业、木材加工业、化学和其它工业。
背景技术
已知的用于干燥多毛细孔大量材料(包括谷物)的方法通常在流态化条件下使用预热后的干燥空气来与需要干燥的物料接触以达到除去湿雾的目的(申请RF N93028584,MPK,分类号:F26B17/10)。
这种方法的缺点是由于干燥介质高消耗的低工艺经济性、难以对既影响材料干燥时间又影响被干燥的材料数量的位于反应区的材料分离颗粒的材料加热温度以及暴露时间进行有组织的控制。
已知的多毛细孔大量材料(主要是谷物)的真空干燥方法包括使用真空室用于容纳要干燥的材料,并包括使用真空泵将该真空室的压力减少到10-30毫米汞柱。用于干燥需干燥谷物的热量来自外界大气和太阳辐射(专利RFN2163993,MPK,分类号F26B5/00,5/04,7/00;A01C1/00;B02B1/00)。
用于该谷物真空干燥方法的装置包括:由两个相互同轴且竖直地安装于开放空气中管制成的并与真空泵连接的真空室以及具有冷凝器和制冷器的制冷装置。
该方法和使用该方法的单元的主要缺点是该方法是低效的,其原因是对材料进行加热依赖于环境条件并且整个真空干燥工艺也变得依赖于这些条件,从而将该方法和单元的使用时间限制在特定的季节。
最接近他们技术精髓并选择作为原型的方法和装置是谷物的真空蒸发干燥法和用于该方法的装置(专利RF N2124294,MPK分类号A23B9/00,9/08)。将谷物装入具有加热元件并在其中产生真空的真空干燥室。需要干燥的材料在热介质的帮助下进行额外加热,所述热介质使用从干燥室的真空部分蒸发和来自室内其它部分的湿气的冷凝热量。通过去除从该干燥室出来的热介质的热量来冷却谷物,所述热量反过来用于在谷物装入干燥室前预热这些谷物。
此方法在用于真空干燥谷物的装置中起作用,该装置包括通过百叶面板分成蒸汽部分和谷物部分的真空干燥室、安装在谷物部分内的加热器、进口和出口旋转锁、真空泵和热交换制冷装置,所述热交换制冷装置具有通过一闭环***管线来预热谷物的热交换加热装置和热介质循环管路以及释放冷凝器。所述加热器具有在每个管上都具有入口环形喷嘴和出口分配器的管的面板,其中所述管束的面板位于与干燥室的蒸汽部分连接的壳中,所述管的入口与加热器的出口连接并且所述管的出口通过泵与其入口连接。将包括表面活性介质的水作为热介质。
这种方法的缺点是干燥工艺在平衡条件下进行,所述平衡条件处于低压并且既使对材料的热能共给复杂化又增加了干燥时间。此外,实现所述方法的装置设计复杂并需要相当多用于非标准装置(包括控制***)的材料费用。
发明内容
本发明的其中一个目的是减少干燥多毛细孔大量材料(主要是谷物)的干燥所需的时间,同时由于在随后的对流干燥工艺更强烈的加热和在脉冲真空工艺中的非平衡条件下的剧烈湿气移除而确保其高质量,从而使得在所主张的具有更简单设计的装置使用所述方法成为可能,进而减少投资成本和实际能量消耗。
上述任务通过在多毛细孔大量材料(主要是谷物)干燥方法中使用湿气移除来实现,所述方法包括预热材料,将材料装入具有加热元件的真空干燥室,使用热介质加热材料,在干燥室内创造真空,冷却并释放材料,其特征在于:所述使用热介质加热材料和创造真空是循环执行的,包括:使用温度高达300℃的热介质以喷床方式加热到材料温度,所述材料温度低于其破坏温度;以及在快速真空脉冲作用模式下在0.1MPa至0.0001MPa的范围中以一次或多次分阶段地减小压力的方式创建真空,并随后将其曝露于真空直至材料温度稳定,其中重复所述循环直至获得所需的材料湿度和在同一干燥室内交替进行以喷床方式冷却和真空脉冲作用来进一步冷却材料。
将材料通过使用真空脉冲作用的固态层真空传送装入干燥室以在同时实现预热。
基于材料特性,可以使用直到100%湿度的气态介质来做热介质。
如果需要,使用相对于材料具有化学惰性的热介质来加热多毛细孔大量材料。
真空脉冲作用的阶段的数量基于以下公式计算:
n=lg[(Pi-Pr)/(Pf-Pr)]/lg(k+1) 其中
Pi-真空室的初始压力,Pa(工艺初始压力)
Pr-容器产生的压力,Pa
Pf-真空室最终压力,Pa(工艺末端压力)
K-等于真空干燥室和容器容积比率的因数
本方法在用于干燥毛细多孔状大量材料的装置中应用,所述装置包括真空干燥室、安装于真空干燥室的加热器、材料装/卸***、真空泵、热交换器制冷装置和用于热介质循环和冷凝释放的管线***,其中所述装置具有一个或多个与真空管线平行连接的容器,并且所述真空泵通过具有快动阀门的真空管线与干燥室入口连接,并且所述装置还附加有与第一干燥室平行连接的第二干燥室,并且其中,每个真空干燥室的底部均为锥状,所述第二干燥室与既用于喷床加热又用于材料冷却的热介质循环***连接并具有加热夹套,所述热介质真空处理和循环管线具有加热的旋流过滤器和具有冷凝箱的热交换冷凝器(制冷器)。
可以使用真空脉冲作用的真空传送固体层材料给料***安装在干燥室的入口。
当大量材料需要干燥时,所述装置还包括一对或多对底部为锥体的干燥室,以用于加热或冷却喷床中的材料并装备有加热夹套且与第一干燥室平行安装。
在所述装置中使用并且与泵(真空干燥管线)平行连接的接收容器由于逐步真空给料(即先从第一容器然后从更为真空的第二容器给料)而使得减少干燥时间成为可能。
所述谷物的以喷床方式的加热(对流干燥)提供了除了停滞区域外的全体积均匀加热的优点,使得加热工艺的时间和体积变得可控。在喷床中,从热介质到材料的传热系数由于多毛细孔大量材料的循环运动而增大2-3倍,同样还由于在非平衡条件下剧烈的湿气移除而使得加热时间比通常的方法短。
所述用于干燥不同多毛细孔大量材料(包括谷物)的干燥方法在以下情形减少了干燥时间并提高了干燥后材料的质量:当预热材料时,并且特别地,当将其通过固体层真空传送装置送料到干燥器中和在喷床中剧烈加热其到不会导致所述材料破坏(变性)的温度(37-48℃)时,以及当通过在非平衡热动力条件使用脉冲真空作用和在喷床内的换热条件下利用目的为既蒸发湿气又冷却产品的内部热量使用脉冲真空来冷却材料以确保强烈的湿气去除。
附图说明
本发明由于附图(参见图1)而变得清晰,该附图给出了用于干燥多毛细孔大量材料(主要是谷物)的图示。
具体实施方式
所述装置包括:一对或多对装备有加热夹套17的真空室以及在真空室内的加热器18,其中图1给出了其中一对(两个加热真空室3.1和3.2),所述真空室具有上部盖15和下部盖16的开/关操作驱动器14;固体层真空传送器1;用于将需要干燥的材料分配到真空室的接收箱2;气态热介质加热器10;风机11;用于清洁热介质的两个加热旋流分离器4.1和4.2;热交换冷凝器5.1、5.2和5.3;用于干燥热介质和在干燥工艺中收集从材料中移除的不同的有价值的组分的冷凝液箱6.1、6.2和6.3;由两种真空泵8和9构成的产生不同压力的真空制造***;以及一个或多个容器7.1和7.2和具有快动阀12.3、13.1、13.2和13.3的用于真空***的热介质循环20的管线***19。
所述用于多毛细孔大量材料干燥方法和所述装置的操作方法开始于依次将材料进给至真空干燥室内。让我们依据一个干燥室的例子来考虑这个。将预热后的材料(图1未示)加载入分配箱2。来自接收箱2的材料通过上盖15成剂量地供给到真空室3.1并且随后盖子15紧密地闭合。将加热到300℃的气态热介质通过阀门12.1供应到真空室内下部分并通过阀门12.2从真空室内上部分排放出来。同时将热流体热介质供应到真空室内的干燥器18和干燥室夹套17。由于流经材料的气态热介质形成喷床,使得在真空室的中心形成将材料向上携带的密集区域,然后材料通过周边区域下降。在中央和周边区域均产生剧烈的热交换,包括将材料加热到所需的温度,该温度不会导致材料的破坏,而由于同时混合并且没有停滞区域,材料与气态热传递介质在特别指定的时间内接触。
从通过冷凝器5.1的气态热介质溶解的蒸汽被冷凝并收集在冷凝箱6.1中。为了防止气态热介质***的污染,其在旋流分离器中清洗掉外部物质,对所述旋流分离器4.1进行加热以避免蒸汽在旋流分离器中过早冷凝。在冷凝器5.1后,该热介质进入加热器10以允许气态热介质循环运动。
在达到需要的材料加热温度后,热介质不再供应到真空室3.1,阀门12.1和12.2关闭,并且快动阀门12.3和13.1开启。快动阀门12.3和13.1通过旋流分离器4.2将真空室3.1与热交换冷凝器5.2和5.3连接,真空管线***与容器7.1和7.2连接,在所述容器中,预先创建所需的具有压力Pr的稀薄化(真空)。在真空室内的材料承受快速(脉冲)真空作用导致在不平衡条件下强烈的湿气移除,并且从而导致降低的材料温度。通过冷凝器5.2和5.3的蒸汽-气体混合物从蒸气中释放并且它们的冷凝物收集到相应的冷凝箱6.2和6.3中。在真空处理管线中使用两个或者更多的热交换冷凝器使得通过它们不同的沸腾温度来将蒸汽分离成不同的组分成为可能。
所主张的用于容器7.1、7.2和真空泵8和9的连接关系图使得能应用逐步真空处理和在减少干燥时间的同时确保最有利干燥材料的条件。
在完成真空脉动且真空室3.1暴露于真空的5-10分钟后,阀门12.3和13.1关闭-从而第一干燥循环结束。基于承受干燥的材料特性和需要的干燥程度,可能需要多个干燥循环。
在干燥工艺结束后,干燥后的材料在干燥室3.1中使用在喷床中的气态介质冷却,其中加热器10关闭并且执行多个真空脉冲作用。在这种条件下,材料很快被冷却并准备好进行进一步的工艺。
使用第二干燥室以及多对干燥室使得有效利用工艺时间成为可能。
所主张的干燥装置的设计是基本上新的并且完全遵循该开发的干燥方法的定位。
Claims (8)
1.一种用于大量毛细多孔材料的干燥方法,所述大量毛细多孔材料主要为谷物,所述方法包括预热材料,将材料装入具有加热元件的真空干燥室,使用热介质加热材料,然后在真空干燥室内创造真空,冷却并释放材料,其特征在于所述使用热介质加热材料和创造真空是循环执行的,所述使用热介质加热材料和创造真空包括:使用温度高达300℃的热介质以喷床方式加热到低于材料的破坏温度的材料温度;以及通过容器在快速真空脉冲作用模式下在0.1MPa至0.0001MPa的范围中以一次或多次分阶段地减小压力的方式创建真空,并随后将所述材料暴露于真空直至材料温度稳定,其中,重复所述循环直至获得所需的材料湿度,然后在同一真空干燥室内交替进行以喷床方式冷却和真空脉冲作用来进一步冷却材料。
2.如权利要求1所述的大量毛细多孔材料的干燥方法,其特征在于:在将所述材料装载到真空干燥室内的同时预干燥所述材料,所述将所述材料装载到真空干燥室内是利用通过固体层真空传输产生的真空脉冲作用执行的。
3.如权利要求1所述的大量毛细多孔材料的干燥方法,其特征在于:使用具有湿度高达100%的气态介质作为所述热介质。
4.如权利要求1所述的大量毛细多孔材料的干燥方法,其特征在于:使用相对于所述材料具有化学惰性的热介质加热所述材料。
5.如权利要求1所述的大量毛细多孔材料的干燥方法,其特征在于:真空脉冲作用的阶段的次数通过以下公式计算:
n=lg[(Pi-Pr)/(Pf-Pr)]/lg(k+1),其中
Pi-真空干燥室的初始压力,以Pa为单位,Pa是压力的测量单位帕斯卡;
Pr-所述容器产生的压力,以Pa为单位,Pa是压力的测量单位帕斯卡;
Pf-真空干燥室最终压力,以Pa为单位,Pa是压力的测量单位帕斯卡;
k-等于真空干燥室和所述容器容积比率的因数。
6.一种用于干燥大量毛细多孔材料的装置,所述大量毛细多孔材料主要为谷物,所述装置包括真空干燥室、安装在真空干燥室内的加热器、谷物装载/卸载***、真空泵、热交换冷凝器、用于热介质循环和冷凝释放的管线***,其特征在于:所述装置设有一个或多个容器,所述真空泵并行地连接到所述容器,且所述真空泵通过具有快动阀门的真空管线***连接到真空干燥室入口,并且所述真空干燥室包括第一真空干燥室以及与第一真空干燥室并行安装的第二真空干燥室,并且其中,每个真空干燥室的底部是锥状并连接到用于以喷床方式加热和冷却材料的所述用于热介质循环和冷凝释放的管线***,并且每个真空干燥室具有加热夹套,并且所述用于热介质循环和冷凝释放的管线***以及所述真空管线***都具有热的旋流过滤器和带冷凝箱的热交换冷凝器。
7.如权利要求6所述的干燥大量毛细多孔材料的装置,其特征在于:真空传输固体层材料给料***安装在真空干燥室的入口,其中所述真空传输固体层材料给料***允许使用真空脉冲作用。
8.如权利要求6所述的干燥大量毛细多孔材料的装置,其特征在于:所述装置还另外地具有底部为锥状并具有加热夹套的一对或多对真空干燥室,所述一对或多对真空干燥室与第一真空干燥室并行安装。
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