CN114061269A - 一种冻干机负压除霜、水回收成套***及工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于一种冻干机负压除霜及水回收成套***，包括负压除霜及水回收***中的储水箱，其特征在于负压蒸汽发生器的管接口1用管路四通、三通分别与加热***中的加热板组加热阀一端、冻干仓的管接口1、换热器的管接口3、热媒泵出口和负压发生器加热阀一端连通，冻干仓管接口2用管路与加热板组加热阀另一端连通；换热器的管接口1用管路与蒸汽调节阀一端连通，真空机组由罗茨真空泵和旋片真空泵用管路串联组成，冷阱上端与分液头一端连通，分液头另一端接有冻干仓的管接口8，其工艺方法采取a、b、c、d四个步骤。该发明提高了设备效率，节约除霜的水源和能源，减少了废水废气排放对环境的污染，特别是使真空冷冻干燥产生大量凝华水得到回收和利用。

Description

一种冻干机负压除霜、水回收成套***及工艺方法
技术领域
本发明属于水回收***，特别涉及一种冻干机负压除霜、水回收成套***及工艺方法。
背景技术
伴随着社会的发展、时代的进步和人民生活水平的提高，食品工业正朝着营养、健康、功能、便捷、易保存的方向迈进。近年来，真空冷冻干燥工艺（以下简称FDP）被食品工业广泛地应用，可谓是方兴未艾。
冻干食品（以下简称FDF）技术是先将含水食品物料急速冷冻到其共晶点温度以下，使其中的水分冻结成冰，然后在合适的温度和真空度下，使冰升华为汽体从物料中逸出，再利用冷阱（冰汽捕集器）将冰汽凝华成冰，从而获得干燥食品的技术。FDF工序每次完成以后，在冷阱上会凝华大量的冰，在下一次工作前需要将冰彻底去除。目前绝大多数冻干机是用水去除，偶有用锅炉蒸汽去除，但都要耗费大量的水源和能源，还会产生大量的废水和废气排放，造成环境污染，更可惜的是大量的凝华水，被白白地浪费掉了。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种由负压除霜及水回收***、以及冻干机加热***、真空***和制冷***组成，完成FDP负压除霜与凝华水回收，并实现单仓或多仓共用的一种冻干机负压除霜、水回收成套***及工艺方法。
本发明解决问题所采用的技术方案是：一种冻干机负压除霜、水回收成套***及工艺方法，包括负压除霜及水回收***1中的储水箱，其特征在于负压蒸汽发生器的管接口1用管路三通分别与加热***中的换热器的管接口3、冻干仓的管接口1连通；热媒泵出口用管路、三通分别与负压蒸发器加热阀一端和加热板组加热阀一端连通；管接口2用管路与负压蒸汽阀一端连通，负压蒸汽阀的另一端与冻干仓管接口9连通；管接口3用管路与负压蒸汽补水阀一端连通；管接口4用管路与负压发生器加热阀另一端连通；负压蒸汽补水阀的另一端用管路和三通分别与储水箱进水阀一端和排水泵出口连通；储水箱进水阀另一端用管路与储水箱的管接口1连通；排水泵入口用管路与流量开关一端连通；流量开关另一端用管路和三通分别与多仓***、排水阀一端和排污阀一端连通，排水阀的另一端和冻干仓管接口10连通，排污阀另一端排下水；储水箱的管接口2与储水箱出水阀一端连通；储水箱出水阀另一端与净化水***连通。
所述的加热***，由冻干仓中的加热板组、换热器、蒸汽调节阀、热媒泵和加热板组加热阀组成；冻干仓管接口2（4）用管路与加热板组加热阀另一端连通；换热器的管接口1用管路与蒸汽调节阀一端连通，管接口2用管路与回锅炉出口连通，管接口4用管路与热媒泵入口连通；蒸汽调节阀另一端与锅炉蒸汽连通。
所述的真空***，由真空机组、抽真空阀、破真空阀、罗茨真空泵和旋片真空泵组成；真空机组由罗茨真空泵和旋片真空泵用管路串联组成；罗茨真空泵的入口用管路与抽真空阀一端连通；抽真空阀的另一端与冻干仓的管接口6连通；破真空阀一端放空，另一端与冻干仓的管接口5连通。
所述的制冷***，由冻干仓中的冷阱、分液头、电子膨胀阀、制冷机供液口、制冷机回气口组成；冷阱上端与分液头一端连通，分液头另一端接有冻干仓的管接口8，管接口8与电子膨胀阀一端连通，电子膨胀阀另一端与制冷机供液口连通；管接口7，即冷阱下端接口，与制冷机回气口连通。
所述的一种冻干机负压除霜、水回收成套***及工艺方法，采用以下步骤：
a、在FDF过程结束、干物料出冻干仓、冻干仓门复位后，开启负压除霜及水回收***，在真空薄膜规数显预先设定好负压除霜真空度3000Pa、再预先设定好PLC温度模块数显：负压蒸发器加热温度90℃、负压除霜时间30 ~60 min的前提下，负压除霜及水回收***自动启动真空***：即关闭破真空阀、锁紧冻干仓仓门、开启真空机组及抽真空阀，对冻干仓***抽空；
b、同时启动加热***：即关闭加热板组加热阀、启动热媒泵、蒸汽调节阀开度100%，开启负压蒸发器加热阀，为负压蒸汽发生器加热；在冻干仓***达到设定的负压除霜真空度3000Pa，PLC温度模块数显：实时值3000Pa、负压蒸发器加热温度90℃，PLC温度模块数显：实时值90℃时，负压除霜及水回收***自动关闭真空***的真空机组及抽真空阀，开启负压蒸汽阀，同时，负压蒸汽发生器的加热及加热***都进入自动控温模式，负压除霜及水回收***开始倒计时30 ~60 min，PLC控制模块数显：实时值30 ~60 min减负压除霜；
c、在负压除霜时间减至0 min，PLC控制模块数显：实时值0 min时，除霜完成，负压除霜及水回收***自动关闭加热***：即蒸汽调节阀开度0%、热媒泵关闭，同时关闭负压蒸发器加热阀、打开破真空阀；
d、待***压力达到排水泵规定压力60~90kPa时，负压除霜及水回收***自动启动排水阀、排水泵及负压蒸发器补水阀，为负压蒸汽发生器补水；待补水达到设定的液位时，电子水液位传感器：绿灯，负压除霜及水回收***自动关闭负压蒸发器补水阀、打开储水槽进水阀，将剩余凝华水全部排入储水箱；待凝华水排水流量低于流量开关规定值时，负压除霜及水回收***自动关闭排水泵、储水箱进水阀、负压蒸汽阀，打开排污阀，解除冻干仓仓门锁紧，至此FDP负压除霜及凝华水回收过程结束。
本发明的有益效果是：该发明充分发挥了真空冷冻干燥设备自身冻干仓、真空、加热、制冷***的功效，提高了设备效率，节约除霜的水源和能源，减少了废水废气排放对环境的污染，特别是使真空冷冻干燥产生大量凝华水得到回收和利用。
附图说明
以下结合附图，以实施例具体说明。
图1是一种冻干机负压除霜、水回收成套***及工艺方法的原理图。
图中：1-负压除霜及水回收***；1-1-负压蒸汽发生器；1-2-储水箱；1-3-排水泵；1-4-流量开关；1-5-排水阀；1-6-排污阀；1-7-负压蒸发器补水阀；1-8-负压蒸发器加热阀；1-9-储水箱进水阀；1-10-负压蒸汽阀；1-11-储水箱出水阀；1-12-冻干仓；2-加热***；2-1-加热板组；2-2-换热器；2-3-蒸汽调节阀；2-4-锅炉蒸汽；2-5-回锅炉；2-6热媒泵；2-7-加热板组加热阀；3-真空***；3-1-真空机组；3-2-罗茨真空泵；3-3-旋片真空泵；3-4-抽真空阀；3-5-破真空阀；4-制冷***；4-1-电子膨胀阀；4-2-制冷机供液口；4-3-分液头；4-4-制冷机回气口；4-5-冷阱；5-多仓***。
具体实施方式
实施例，参照附图，包括负压除霜及水回收***1中的储水箱1-2，其特征在于负压蒸汽发生器1-1的管接口1用管路三通分别与加热***2中的换热器2-2的管接口3、冻干仓1-12的管接口1连通；热媒泵2-6出口用管路、三通分别与负压蒸发器加热阀1-8一端和加热板组加热阀2-7一端连通；管接口2用管路与负压蒸汽阀1-10一端连通，负压蒸汽阀1-10的另一端与冻干仓1-12管接口9连通；管接口3用管路与负压蒸汽补水阀1-7一端连通；管接口4用管路与负压发生器加热阀1-8另一端连通；负压蒸汽补水阀1-7的另一端用管路和三通分别与储水箱进水阀1-9一端和排水泵1-3出口连通；储水箱进水阀1-9另一端用管路与储水箱1-2的管接口1连通；排水泵1-3入口用管路与流量开关1-4一端连通；流量开关1-4另一端用管路和三通分别与多仓***5、排水阀1-5一端和排污阀1-6一端连通，排水阀1-5的另一端和冻干仓1-12管接口10连通，排污阀1-6另一端排下水；储水箱1-2的管接口2与储水箱出水阀1-11一端连通；储水箱出水阀1-11另一端与净化水***连通。
所述的加热***2，由冻干仓1-12中的加热板组2-1、换热器2-2、蒸汽调节阀2-3、热媒泵2-6和加热板组加热阀2-7组成；冻干仓1-12管接口2（4）用管路与加热板组加热阀2-7另一端连通；换热器2-2的管接口1用管路与蒸汽调节阀2-3一端连通，管接口2用管路与回锅炉2-5出口连通，管接口4用管路与热媒泵2-6入口连通；蒸汽调节阀2-3另一端与锅炉蒸汽2-4连通。冻干仓1-12的管接口1所接的器件也可接到管接口3，同样接到冻干仓1-12的管接口2所接的器件也可接到管接口4上。
所述的真空***3，由真空机组3-1、抽真空阀3-4、破真空阀3-5、罗茨真空泵3-2和旋片真空泵3-3组成；真空机组3-1由罗茨真空泵3-2和旋片真空泵3-3用管路串联组成；罗茨真空泵3-2的入口用管路与抽真空阀3-4一端连通；抽真空阀3-4的另一端与冻干仓1-12的管接口6连通；破真空阀3-5一端放空，另一端与冻干仓1-12的管接口5连通。
所述的制冷***4，由冻干仓1-12中的冷阱4-5、分液头4-3、电子膨胀阀4-1、制冷机供液口4-2、制冷机回气口4-4组成；冷阱4-5上端与分液头4-3一端连通，分液头4-3另一端接有冻干仓1-12的管接口8，管接口8与电子膨胀阀4-1一端连通，电子膨胀阀4-1另一端与制冷机供液口4-2连通；管接口7，即冷阱4-5下端接口，与制冷机回气口4-4连通。
一种冻干机负压除霜、水回收成套***及工艺方法，采用以下步骤：
a、在FDF过程结束、干物料出冻干仓1-12、冻干仓门复位后，开启负压除霜及水回收***1，在真空薄膜规数显预先设定好负压除霜真空度3000Pa、再预先设定好PLC温度模块数显：负压蒸发器1-1加热温度90℃、负压除霜时间30 ~60 min的前提下，负压除霜及水回收***1自动启动真空***3：即关闭破真空阀3-5、锁紧冻干仓1-12仓门、开启真空机组3-1及抽真空阀3-4，对冻干仓1-12***抽空；
b、同时启动加热***2：即关闭加热板组加热阀2-7、启动热媒泵2-6、蒸汽调节阀开度100%，开启负压蒸发器加热阀1-8，为负压蒸汽发生器1-1加热；在冻干仓1-12***达到设定的负压除霜真空度3000Pa，PLC温度模块数显：实时值3000Pa、负压蒸发器1-1加热温度90℃，PLC温度模块数显：实时值90℃时，负压除霜及水回收***1自动关闭真空***3的真空机组3-1及抽真空阀3-4，开启负压蒸汽阀1-10，同时，负压蒸汽发生器1-1的加热及加热***2都进入自动控温模式，负压除霜及水回收***1开始倒计时30 ~60 min，PLC控制模块数显：实时值30 ~60 min减负压除霜；
c、在负压除霜时间减至0 min，PLC控制模块数显：实时值0 min时，除霜完成，负压除霜及水回收***1自动关闭加热***2：即蒸汽调节阀开度0%、热媒泵2-6关闭，同时关闭负压蒸发器加热阀1-8、打开破真空阀3-5；
d、待***压力达到排水泵1-3规定压力60~90kPa时，负压除霜及水回收***1自动启动排水阀1-5、排水泵1-3及负压蒸发器补水阀1-7，为负压蒸汽发生器1-1补水；待补水达到设定的液位时，电子水液位传感器：绿灯，负压除霜及水回收***1自动关闭负压蒸发器补水阀1-7、打开储水槽进水阀1-9，将剩余凝华水全部排入储水箱1-2；待凝华水排水流量低于流量开关1-4规定值时，负压除霜及水回收***1自动关闭排水泵1-3、储水箱进水阀1-9、负压蒸汽阀1-10，打开排污阀1-6，解除冻干仓1-12仓门锁紧，至此FDP负压除霜及凝华水回收过程结束。
该实施例中冻干仓1-12为单仓，也可以多仓并联。并联多仓***5时，将多仓***5的排水管道排水阀并入负压除霜及水回收***1排水管道即可。加热板组2-1选用已有专利设备（ZL2016201385248.5）；负压蒸汽发生器1-1选用已有专利设备（ZL 2016 20676267.7）；冷阱4-5选用已有专利设备（ZL 2016 2 0676268.1）。
发明的设计原理：无论是何种冻干设备，在完成物料冻干之后，都会在冷阱4-5（凝华水捕集器）上结满厚厚的冰层，由于冻干仓1-12是周期性工作，所以必须在下次工作前，把冷阱4-5上的冰全部去除，目前普遍的做法是用水结合冻干仓1-12配备的水喷淋***进行喷淋除霜，然后将凝华水与喷淋水一同排掉。由于喷淋头都布置在冷阱4-5上方，也难以喷淋均匀，对结满冰层的冷阱4-5管束，喷淋水只能逐渐融化上表面的冰层，冷阱4-5管束下部、内部冰层的融化却是一个缓慢的过程，工作效率十分低下，也浪费了大量的喷淋水和凝华水。
本发明是利用FDF设备自身必备的冻干仓、真空***、加热***、制冷***，附以负压除霜及水回收***1，经优化设计后，创造出一个适合负压除霜的负压环境，使负压蒸汽发生器1-1产生的负压蒸汽在通入冻干仓1-12时，利用弥散在冷阱管4-5束周围负压蒸汽的潜热和显热，快速无死角地融化冷阱4-5冰层，然后，通过水回收装置，将凝华水完全回收，这不仅提高了融霜效率、节约了能源，减少了排放，更主要的是，不参加任何外来水源，将凝华水全部纯净回收。
本发明的***控制是通过编程应用PLC+组态上位机+互联网，通过各控制点专用传感器及执行元器件，对优化设计后的各***实施有效控制，完成FDP负压除霜及凝华水回收的工艺过程；可实现单仓及多仓共用负压除霜及水回收***；还可以远程遥控操作。

Claims (5)

1.一种冻干机负压除霜、水回收成套***及工艺方法，包括负压除霜及水回收***（1）中的储水箱（1-2），其特征在于负压蒸汽发生器（1-1）的管接口1用管路三通分别与加热***（2）中的换热器（2-2）的管接口3、冻干仓（1-12）的管接口1（3）连通；热媒泵（2-6）出口用管路、三通分别与负压蒸发器加热阀（1-8）、加热板组加热阀（2-7）一端连通；管接口2用管路与负压蒸汽阀（1-10）一端连通，负压蒸汽阀（1-10）的另一端与冻干仓管接口9连通；管接口3用管路与负压蒸汽补水阀（1-7）一端连通；管接口4用管路与负压发生器加热阀（1-8）另一端连通；负压蒸汽补水阀（1-7）的另一端用管路和三通分别与储水箱进水阀（1-9）一端和排水泵（1-3）出口连通；储水箱进水阀（1-9）另一端用管路与储水箱（1-2）的管接口1连通；排水泵（1-3）入口用管路与流量开关（1-4）一端连通；流量开关（1-4）另一端用管路和三通分别与多仓***（5）、排水阀（1-5）一端和排污阀（1-6）一端连通，排水阀（1-5）的另一端和冻干仓（1-12）管接口10连通；排污阀（1-6）另一端排下水；储水箱（1-2）的管接口2与储水箱出水阀（1-11）一端连通；储水箱出水阀（1-11）另一端与净化水***连通。
2.根据权利要求1所述的一种冻干机负压除霜、水回收成套***及工艺方法，其特征在于加热***（2），由冻干仓（1-12）中的加热板组（2-1）、换热器（2-2）、蒸汽调节阀（2-3）、热媒泵（2-6）和加热板组加热阀（2-7）组成；冻干仓（1-12）管接口2用管路与加热板组加热阀（2-7）另一端连通；换热器（2-2）的管接口1用管路与蒸汽调节阀（2-3）一端连通，管接口2用管路与回锅炉（2-5）出口连通，管接口4用管路与热媒泵（2-6）入口连通；蒸汽调节阀（2-3）另一端与锅炉蒸汽（2-4）连通；冻干仓（1-12）的管接口1所接的器件也可接到管接口3，同样接到冻干仓（1-12）的管接口2所接的器件也可接到管接口4上。
3.根据权利要求1所述的一种冻干机负压除霜、水回收成套***及工艺方法，其特征在于真空***（3），由真空机组（3-1）、抽真空阀（3-4）、破真空阀（3-5）、罗茨真空泵（3-2）和旋片真空泵（3-3）组成；真空机组（3-1）由罗茨真空泵（3-2）和旋片真空泵（3-3）用管路串联组成；罗茨真空泵（3-2）的入口用管路与抽真空阀（3-4）一端连通；抽真空阀（3-4）的另一端与冻干仓（1-12）的管接口6连通；破真空阀（3-5）一端放空，另一端与冻干仓（1-12）的管接口5连通。
4.根据权利要求1所述的一种冻干机负压除霜、水回收成套***及工艺方法，其特征在于制冷***（4），由冻干仓（1-12）中的冷阱（4-5）、分液头（4-3）、电子膨胀阀（4-1）、制冷机供液口（4-2）、制冷机回气口（4-4）组成；冷阱（4-5）上端与分液头（4-3）一端连通，分液头（4-3）另一端接有冻干仓（1-12）的管接口8，管接口8与电子膨胀阀（4-1）一端连通，电子膨胀阀（4-1）另一端与制冷机供液口（4-2）连通；冻干仓（1-12）的管接口9与负压蒸汽阀（1-10）另一端连通，管接口10与排水阀（1-5）另一端连通，管接口7（即冷阱4-5下端接口）与制冷机回气口（4-4）连通。
5.根据权利要求1所述的一种冻干机负压除霜、水回收成套***及工艺方法，采取以下步骤：
a、在FDF过程结束、干物料出冻干仓（1-12）、冻干仓门复位后，开启负压除霜及水回收***（1），在真空薄膜规数显预先设定好负压除霜真空度3000Pa、再预先设定好PLC温度模块数显：负压蒸发器1-1加热温度90℃、负压除霜时间30 ~60 min的前提下，负压除霜及水回收***（1）自动启动真空***（）3：即关闭破真空阀（3-5）、锁紧冻干仓（1-12）仓门、开启真空机组（3-1）及抽真空阀（3-4），对冻干仓（1-12）***抽空；
b、同时启动加热***（2）：即关闭加热板组加热阀（2-7）、启动热媒泵（2-6）、蒸汽调节阀开度100%，开启负压蒸发器加热阀（1-8），为负压蒸汽发生器（1-1）加热；在冻干仓（1-12）***达到设定的负压除霜真空度3000Pa，PLC温度模块数显：实时值3000Pa、负压蒸发器（1-1）加热温度90℃，PLC温度模块数显：实时值90℃时，负压除霜及水回收***（1）自动关闭真空***（3）的真空机组（3-1）及抽真空阀（3-4），开启负压蒸汽阀（1-10），同时，负压蒸汽发生器（1-1）的加热及加热***（2）都进入自动控温模式，负压除霜及水回收***（1）开始倒计时30 ~60 min，PLC控制模块数显：实时值30 ~60 min减负压除霜；
c、在负压除霜时间减至0 min，PLC控制模块数显：实时值0 min时，除霜完成，负压除霜及水回收***（1）自动关闭加热***（2）：即蒸汽调节阀开度0%、热媒泵（2-6）关闭，同时关闭负压蒸发器加热阀（1-8）、打开破真空阀（3-5）；
d、待***压力达到排水泵（1-3）规定压力60~90kPa时，负压除霜及水回收***（1）自动启动排水阀（1-5）、排水泵（1-3）及负压蒸发器补水阀（1-7），为负压蒸汽发生器（1-1）补水；待补水达到设定的液位时，电子水液位传感器：绿灯，负压除霜及水回收***（1）自动关闭负压蒸发器补水阀（1-7）、打开储水槽进水阀（1-9），将剩余凝华水全部排入储水箱（1-2）；待凝华水排水流量低于流量开关（1-4）规定值时，负压除霜及水回收***（1）自动关闭排水泵（1-3）、储水箱进水阀（1-9）、负压蒸汽阀（1-10），打开排污阀（1-6），解除冻干仓（1-12）仓门锁紧，至此FDP负压除霜及凝华水回收过程结束。
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