| 联系我们 |
 |
电话：021-51872434
021-51012590
021-51029332
传真：021-61927595
021-61927070
客服QQ号：
( 845994233 )(1057592131)
(1427027655)(1695929475)
(1359610297)(1351394970)
|
|
食品干燥的过程：
干燥是借助水分蒸发或升华排除物料中水分的一种操作过程。
当物料受热干燥时，相继发生以下两个过程：热量从周围环境传递到物料表面使其表面水分蒸发，称为表面汽化；同时物料内部水分传递到物料表面，称为内部扩散。物料干燥时水分先通过内部扩散到达物料表面，然后通过表面汽化被周围环境带走，从而除去物料中部分水分。干燥中，水分的内部扩散和表面汽化是同时进行的，在不同阶段其速率不同，而整个干燥过程是由两个过程中较慢的一个阶段控制的。
食品干燥的目的：
主要是延长储存时间；增强食品品质和营养价值，使之更加美味和易于消化吸收；便于运输和储存；便于进一步加工。
食品干燥机的分类：
根据干燥机的结构不同，可分为厢式干燥机、隧道式干燥机、回转圆筒式干燥机、滚筒式干燥机、带式干燥机、喷雾式干燥机、流化床干燥机、气流式干燥机、微波干燥机、远红外干燥机、真空冷冻干燥机等。
怎样选择一款合适自己能满足需要的干燥机？
各种食品干燥机的特点：
第一款 厢式干燥机
厢式干燥机属于间歇干燥设备，其结构如图l0—1所示，主要由厢体、搁架、加热器、风机、排气口、气流分配器等组成。
厢体(干燥室)外壁有绝热保温层，搁架上按一定间隔重叠放置一些盘子，盘中存放50-150mm厚的待干燥食品原料。有的搁架装在小车上，待干燥物料放置好后，将小车送入厢内。风机用来强制吸入干净空气并驱逐潮湿气体。干燥热源可以是设置在厢体内的远红外线加热器，也可以是从厢外输入的热空气。热风的循环路径，若与搁板平行送风，叫平行气流式；若气流穿过架上物料的空隙，叫穿流气流式。空气速度以被干燥物料的粒度而定，要求物料不致被气流带出，一般气流速度为1-10m／s。
厢式干燥机的结构简单，使用方便，投资少，适于小批量或需要经常更换产品的食品物料。热风的流量可以调节，一般热风风速为2-4m/s，一个操作周期可在4-48h内调节。
第二款 隧道式干燥机
隧道式干燥机的干燥室，如图l0—2所示，干燥室内通以热风，被干燥物料放在小车、运输带等输送设备上，沿干燥室内通道向前移动，物料的加料和卸料在干燥室两端进行。该机的热风与物料接触时间较长，容易控制，其热量利用率高达60％-80％。是蔬菜、水果、淀粉、鱼粉等食品大量生产使用的设备。
第三款 圆筒式干燥机
圆筒式干燥机的主体是回转的圆筒体，筒体略带倾斜，便于出料。
一、圆筒式干燥机的工作原理
湿物料从左端上部加入，借助圆筒的缓慢转动，在重力、圆筒倾角和进料压力的作用下从高端向低端移动，并与通过筒内的热风或加热壁面进行有效接触而被干燥，干燥后的产品从右端下部收集。筒体内壁上装有抄板，随着圆筒的回转，抄板可将物料抄起又洒下，使物料与热风的接触表面增大，以提高干燥速率并促进物料向前移动。干燥所用的热载体一般为热空气、烟道气或水蒸气等。如果热载体直接与物料接触，则经过干燥机后，通常用旋风分离器将气体中夹带的细粒物料收集起来，废空气排出。
二、圆筒式干燥机的分类
按照物料和热载体的接触方式不同，回转圆筒式干燥机可分为三种类型，即直接加热式、间接加热式和复合加热式。
(一)直接加热式圆筒干燥机
即被干燥物料与热风直接接触，以对流传热的方式进行干燥。按照热风与物料之间的流动方向，分为并流式和逆流式。热风与物料轴向移动方向相同的为并流式，入口处温度较高的热风与含湿量较高的物料接触，物料处于表面汽化阶段，故产品温度仍大致保持湿球温度，出口处物料温度虽升高了，但此时热风温度已降低，故产品温度升高不会太大。因此，选用较高的热风入口温度，不会影响产品的质量。逆流式干燥机的热风流动方向与物料轴向移动方向相反，对于耐高温的物料，可采用逆流干燥，热利用率高。
(二)间接加热式圆筒干燥机
即载热体不直接与被干燥物料接触，热量经过传热壁传给被干燥物料。该机型整个干燥筒砌在炉内，用烟道气加热外壳；也可在于燥简体内另设置一个同心圆筒，供烟道气流通，被干燥物料则在外壳和中心筒之间的环状空间通过。汽化的水分可由风机及时徘出，所需风量比直接加热式要小得多。因风速很小(一般为0.3-0.7m／s)，废气夹带粉尘量很少，几乎不需旋气分离设备。
(三)复合加热式回转圆筒干燥机
物料干燥所需的热量一部分由热空气通过壁面，以热传导的方式传给物料，另一部分通过热风与物料直接接触，以对流传热的方式传给物料。这样可提高热量的有效利用率，加快干燥速度。
三、圆筒式干燥机的特点
与其他干燥设备相比，圆筒式干燥机具有以下特点。
(1) 优点
①连续生产，生产能力大；
②结构较简单，操作方便，故障少，维修费用低；
③适用范围广，操作弹性大，生产上允许产品的产量有较大波动范围。
(2)缺点
①设备庞大，一次性投资较大；
②热容量系数小，热效率较低(蒸汽管式回转干燥机除外)；
③小颗粒物料在机内停留时间较长，不适于对品质均匀性及食品质量要求严格的物料多用于水分较多而受热变性影响较小的食品加工，如砂糖、豆粕、鱼粉、酒糟等。
第四款 带式干燥机
一、概述
带式干燥机由若干个独立的单元段所组成，每个单元段包括循环风机、加热装置、单独或公用的新鲜空气抽入系统和尾气排出系统。因此，对干燥介质数量、温度、湿度和尾气循环量等操作参数，可独立控制，从而保证工作的可靠性和操作条件的优化。带式干燥机操作灵活，湿物料进料、干燥过程在完全密封的箱体内进行，自动化程度高，劳动条件好，避免了粉尘的外泄。
带式干燥机的被干燥物料随同输送带移动，物料颗粒间的相对位置比较固定，干燥时间基本相同。带式干燥机非常适用于要求干燥物料色泽变化一致或湿含量均匀的物料干燥。
二、带式干燥机的结构
根据组合形式不同可分为三种类型，即单级、多级和多层带式干燥机。
(一)单级带式干燥机
被干燥物料由进料端经加料装置被均匀分布到输送带上，输送带通常用穿孔的不锈钢薄板制成，由电动机经变速箱带动。最常用的干燥介质是热空气。空气用循环机由外部经空气过滤器抽入，并经加热器加热后，通过分布板由输送带下部垂直上吹。热空气流过物料层时，物料中水分汽化，空气增湿，温度降低，一部分湿空气排出箱体，另一部分则在循环风机吸入口与新鲜空气混合再循环。干燥后的产品，经外界空气或其他低温介质直接接触冷却后，由出口端排出。
(二) 多级带式干燥机
多级带式干燥机实质上是由数台(多至4台)单级带式干燥机串联组成，其操作原理与单级带式干燥机相同。
干燥初期缩性很大的物料，如某些蔬菜类，在输送带上堆积较厚，将导致压实而影响干燥介质穿流，此时可采用多级带式干燥机，使机组总生产能力提高。
(三)多层带式干燥机
它是由多台单级带式干燥机由上到下，串联在一个密封的干燥室内，层数最高可达15层，常用3—5层。最后一层或几层的输送速度较低，使物料层加厚，这样可使大部分干燥介质流经开始的几层较薄的物料层，以提高总的干燥效率。层间设置隔板促使干燥介质的定向流动，使物料干燥均匀。多层带式干燥机由隔热机箱、输送链条网带、链条张紧装置、排湿系统、传动装置、防粘转向输送带、间接加热装置等部分组成。最下层出判输送带一般伸出箱体出口处2—3m，留出空间供工人分捡出干燥过程中的变形及不完善产品。
结构简单，常用于干燥速度要求较低、干燥时间较长，在干燥过程中工艺操作条件要保持恒定的场合，如谷物类、米饼类食品。
第五款 喷雾式干燥机
喷雾干燥是采用雾化器将食品原料液分散为雾滴，并用热气体干燥雾滴而获得产品的一种干燥方法。
一、喷雾干燥的原理和流程
喷雾干燥的典型工艺流程如图l0—8所示，由空气加热系统、原料液供给系统、干燥系统、气固分离系统和控制系统等组成，统称为喷雾干燥机。主要装置有空气过滤器、空气加热器、雾化器、干燥室(塔)、料罐及压力泵、旋风分离器及风机等。
喷雾式干燥机的主要工作过程是：外界新鲜空气通过空气过滤器、鼓风机，进入空气加热器，使空气温度提高到160℃左右，送进干燥室(塔)。在进入干燥室(塔)前，热空气先通过匀风板，使热空气均匀分布，防止旋涡，避免焦粉发生，以保证干燥效果。需干燥处理的物料液，经杀菌处理后进入料罐，再由压力泵送至雾化器，料液以雾状喷出并与热空气混合，物料微粒吸取热量，瞬间水分蒸发，形成粉末向下降落，经过一段恒速干燥，进一步蒸发水分，粗颗粒落人干燥室(塔)的锥形底部并排出机外。干燥后的物料细粉粒和低温湿空气经旋风分离器分离，废空气由排风机排放，干燥细粉末产品落下由卸料器连续排出。
二、喷雾干燥的特点
(1) 由于雾滴群的表面积很大，物料所需的干燥时间很短。
(2) 在高温气流中，表面润湿的物料温度不超过干燥介质的湿球温度，由于迅速干燥，终的产品温度也不高，因此，喷雾干燥特别适用于热敏性物料。
(3) 根据喷雾干燥操作上的灵活性，可以满足各种产品的质量指标，例如粒度分布、形状、性质、产品的色、香、味、生物活性以及最终产品的湿含量。
(4) 简化工艺流程。在干燥塔内，可直接将溶液制成粉末产品，此外，喷雾干燥容易实现机械化、自动化，减轻粉尘飞扬，改善劳动环境。
(5)当空气温度低于150℃时，容积传热系数较低，所用设备容积较大。
(6)为了将气固混合物彻底分离，一般需要两级除尘。
(7)热效率不高，一般顺流塔型为30％-50％，逆流塔型为50％-75％。
三、雾化器
喷雾干燥的效果取决于料液的雾化质量，雾化器就是雾化料液和保证雾化质量的关键部件。雾化器主要有压力式和离心式两种，工作原理基本相同，前者使料液做高速运动，后者使空气做高速运动，料液流或珠滴受到空气的冲击或摩擦，克服其表面张力而破碎形成雾滴，雾滴的大小取决于料液同空气之间的速比，速比高，则雾滴细小；反之，则雾滴粗大。在实际操作中，可以通过改变压力或调整转速来控制雾滴的大小。
第六款 流化床干燥机
流化床干燥机是20世纪60年代发展起来的一种新型干燥技术，又称为沸腾床干燥机。
流化床干燥是指粉状或颗粒状物料呈沸腾状态被通入的气流干燥。这种沸腾料层称为流化床，而采用这种方法干燥物料的设备，称为流化床干燥机。
在食品、轻工、化工、医药以及建材等行业都得到了广泛的应用。流化床在食品工业上用于干燥果汁型饮料、速溶乳粉、砂糖、葡萄糖、汤料粉等。
流化床干燥机呈长方形或长槽状箱体结构。流化床工作部位为多孔板，由薄钢板冲孔、细钢丝编织网或氧化铝烧结成多孔陶瓷板制成，多孔板下方是热空气强制通风室。干燥时，颗粒状食品原料由供料装置散布在多孔板上，形成一定料层厚度，热空气穿过多孔板，对板上物料进行干燥加热，同时使板上的食品原料呈沸腾状态，如同流体流动一般，所以叫流化状态。物料因流化而加速向出口运动，干燥物料通过出料口排出机外，吸湿换热后的低温空气由排风口排出。
一、流化床干燥机的原理及特点
在其他条件一定时，流化床上物料流化状态的形成和稳定主要取决于气流的速度。流化床上物料层的状态与气流速度的关系如图10—6所示，气流速度与床层压力降的关系如图10—7所示。
 
(1) 固定床段 当风速很小时，气流从颗粒间通过，气流对物料的作用力还不足以使颗粒运动，物料层静止不动，高度不变，即固定床阶段(图10—7所示曲线的OA段)。
(2) 松动床段 床层压力降随气流速度的增加而增大，当气流的速度逐渐增大至接近νK时，压力降等于单位面积床上物料层的实际重力时，床层开始松动，高度略有增加，物料空隙率也稍有增加，但床层并无明显的运动，即松动床阶段(图10—7所示曲线的AB段)。
(3) 流态化开始阶段 当气流的速度增大至νK(气流临界流化速度，此时床层压力降达到最大值ΔPK)并继续增加时，颗粒开始被气流吹起并悬浮在气流中，颗粒间相互碰撞、混合，床层高度明显上升，床上物料呈现近乎液体的沸腾状态，即流化态开始阶段(图10—7所示曲线的BC段)，此阶段床层处于不稳定阶段，极易形成“流沟”。流沟的出现使气流分布不均匀，大部分气流在未与物料颗粒充分接触前便通过。流沟若出现在物料流态化干燥过程中，引起于燥不均匀，干燥时间延长，白白浪费热量。
(4)流态化展开段 当气流的速度进一步增大，床上物料处于稳定的流化状态(图10—7所示曲线的CD段)，在物料流态化干燥时，热风气流的速度应稳定在CD范围内。
(5)气力输送阶段 当气流速度再增大，气流对物料的作用力使物料颗粒被气流带走，即气力输送阶段(图10—7所示曲线的DE段)。
流化床干燥机的特点是：物料与干燥介质(热风)接触面大，热传导效果好；干燥速度快，物料在设备内停留时间短，适用于热敏性食品物料的干燥；物料在于燥室内的停留时间可由出料口控制，便于调节制品的含水率；设备结构简单、造价低廉、运转稳定、操作维修方便；热传递迅速，设备处理能力强。
二、流化床的工作参数
(一)临界流化速度νK和操作速度
临界流化速度对于流化床的研究、设计、操作、运行是一个重要的参数。临界流化速度由团体颗粒和流体介质的性质所决定的，其大小表示流态化形成的难易程度。临界流化速度越小，流化状态越容易形成。临界流化速度νK的计算公式有多种，因归纳公式的实验条件不同，每个计算公式的应用范围都有其局限性。根据A．G．费根的研究，果蔬食品流化床的临界速度νK(m／s)与物料单颗粒的质量呈抛物线关系，即
实际操作速度ν为
式中，mp为颗粒单体的质量，g／个；νK为临界速度，m／s；ν为实际操作速度，m／s。
(二)风机压力
风机的压力主要用于克服气流通过各种工作部件的阻力，如物料颗粒层的阻力、匀风筛板的阻力、换热器的阻力，以及流通阻力和局部阻力等。
在流化床中，匀风筛板既用于支承和输送物料，又起到匀风的作用，使气流在筛板上分布均匀。匀风筛板的阻力与气流速度和筛板开孔率有关。由于依据的条件不同，计算公式也不相同，实际计算时，常取匀风筛板的阻力为食品颗粒层阻力的10％-40％。换热器阻力、流通阻力和局部阻力按常规方法计算。
三、振动流化际干燥机的结构
(一)振动方式
(1)强制振动型 利用安装在机体两侧的振动电动机产生直线振动，振动电动机安装相位角决定振动方向，更换固定偏心块或改变可动偏心块之间的夹角可调节激振力大小。由于振频通常高于固有频率，在启动和停车的过程中，频率经过固有频率时，会产生共振，机体会产生较大振幅，尤其在停车时，剧烈的摇晃会产生较大冲击力，采用适当的措施，可减轻这种现象。
(2)固有振动型 振型由主振器固有振动决定，振幅一般不可调。运转中只需提供较少能量，以补偿主振弹簧振动中内摩擦及其他阻力消耗。节能是其突出特点，但寿命较低。
振动流化床干燥机为能适应各种不同的物料，应选强制型。如只是针对某一具体物料设计，选择固有振动型往往会获得较好的经济指标。
(二)振动电动机的位置
振动电动机的位置可有多种，电动机居中，电动机座板可在180°范围内任意调整，使相位角可以按需调节。由于电动机位置接近质心，易于调整机体前后平衡，从而保证振动流化床进出料端振幅相同。如将振动电动机安装在尾部，电动机散热条件较好，但改变相位角较困难。
(三)上、下箱体
上箱体将干燥区同大气分隔开，防止粉尘外逸污染环境。上箱体通常设计为薄壁结构，壁厚为1—4mm，可焊接加强筋，下箱体的基本功能是机体和空气分配室，它和匀风板共同完成将热风均匀送入床层的任务。一般下箱体进风口面积为匀风板开孔面积的6—8倍时，床层下部风较均匀。因此下箱体容积须足够大。下箱体结构同上箱体一样也为薄壁结构，但由于要承受参振质体动负荷，应设计为框架箱式结构。
(四)匀风板
匀风板多采用0.3—6mm厚的钢板钻孔或冲制孔而成，有的还要在底部焊筋以提高刚度，用来支承物料，并将气体均匀分布于料层中。
开孔率即匀风板开孔面积和与匀风板总面积之比，是匀风板的重要特性参数。开孔率越大，流化质量越不易保证，漏料也会越严重。但开孔率过小会使阻力加大，动力消耗提高。振动流化床干燥机开孔率一般取1％-5％，其下限常用于颗粒较细、密度较小的物料。当在匀风板下加设均风和防漏网时，开孔率可取7％-8％。
(五)隔振设计
振动引入流化床对干燥有利，但对周围环境不利，应设法降低或消除。强制振动式流化床一般用隔振方式，使传给地基的动载荷降到安全程度。隔振，就是用刚度较小的弹簧将振动流化床支承起来。常用的隔振弹簧有金属螺旋弹簧和橡胶弹簧。金属螺旋弹簧具有制造简单、内摩擦小、能耗低等优点，但体积大、易产生噪声、横向刚度小、易使机器产生横向摆振。橡胶弹簧则可制成不同形状和尺寸，三个方向刚度均可按需要设计，噪声低，过共振区时振幅较小，但适应温度能力较差，近年橡胶弹簧已大量采用。
第七款 气流式干燥机
气流式干燥机属于连续式常压干燥机。结构如图10—9所示，是将加热介质与待干燥食品固体颗粒直接接触，并使之悬浮于气流中，和热气流并流流动，进行连续快速干燥。气流式干燥机可以在正压或负压下操作，这主要取决于风机在系统中的位置安排。
一、气流式干燥机的特点
(1) 由于采用较高气流速度(20-40m／s)，固体颗粒在气流中高度分散呈悬浮状态，气固两相之间的传热传质的表面积大为增加，体积传热系数提高。
(2) 气流干燥采用气固两相并流操作，这样可以使用高温的热介质进行干燥，气流干燥的管长一般为10-20m，管内气速为20-40m／s，因此，湿物料的干燥时间仅0.5-2s，干燥时间很短、处理量大、热效率高。
(3) 结构简单、紧凑，体积小，操作方便。
(4) 气流式干燥机系统的流动阻力降较大，一般为3000-4000Pa，必须选用高压或中压通风机，动力消耗较大，气流干燥气速高、流量大，需选用较大尺寸的旋风分离器和袋式除尘器。气流干燥对于干燥负荷很敏感，固体物料输送量过大时，气流输送难以正常操作。
二、气流式干燥机的种类
分为直接进料式、分散进料式、粉碎进料式和混合进料式等类型。
(一)直接进科式气流干燥机
适用于分散性良好、黏着性小的粉料和粒料的干燥，如马铃薯片、米糠、淀粉和面粉等的加工。通常在20-40m／s的高速热风中直接进料进行干燥加工。
(二)分散进料式气流干燥机
特点是在气流干燥管下面装有一台鼠笼式分散器，可将进料打散，它适合于含水量较低、松散性尚好的块状物料，如咖啡渣、玉米渣等物料的加工。
(三)粉碎进料式气流干燥机
特点是在气流干燥管下面装有一台冲击式锤磨机，用以粉碎湿物料，减小粒径，增加物料表面积，强化干燥。因此，大量水分在粉碎过程中就可得到蒸发。这样，便于采用较高的进气温度，以获得大的生产能力和高的传热效率。对许多热敏性物料，其进气温度可高于物料的熔点、软化点和分解点。在淀粉、结晶食盐、速熟食品等处理中应用较多。
(四)混合进料式气流干燥机
若湿物料含水量较高，加料时容易结团，可以将一部分已干燥的成品作为返料，在混合加料器中和湿物料混合，以利于干燥操作。加工豆粕、鱼粉、汤圆粉等物料时采用。
第八款 微波式干燥机
电磁辐射干燥，就是利用微波的电磁感应或红外线辐射效应，对物料实施加热干燥处理。与其他外部加热干燥法不同的是，这种干燥方法是从物料外部、内部同时均匀加热的方法，因此，这种干燥处理方法时间短，不会因过热变质或焦化，其干燥制品的质量好，尤其是热敏性食品的干燥效果更加令人满意。
一、微波加热器
(一)微波干燥系统组成原理
微波干燥系统主要由微波发生器、电源、波导装置、加热器、冷却系统、传动系统、控制系统等组成(图10—10)。用于加热干燥的微波管主要是速调管和磁控管。速调管常用于高频率或大功率的场合。微波管产生的微波通过波导装置传输给加热器。加热器主要有箱式、极板式和波导管式等类型。
(二)箱式微波干燥器
箱式微波干燥器由矩形谐振腔、输入波导、反射板、搅拌器等部分组成。如图10—11所示。微波经波导装置传输至矩形箱体内，矩形各边尺寸都大于1／2波长，从不同的方向都有波的反射，被干燥物料在腔体内各个方向均可吸收微波能，被加热干燥。没有被吸收的微波能穿过物料到达箱壁，由于反射又折射到物料上。这样，微波能全部用于物料的加热干燥。
二、红外线辐射加热器
红外辐射加热器是将电能或热能转变成红外辐射能，实现高效加热与干燥。从供热方式来分有直热式和旁热式两种。
(1)直热式辐射器 是指电热辐射元件既是发热元件又是热辐射体，通常将远红外辐射涂层直接涂在电阻线、电阻片、电阻网、金属氧化物电热层或硅碳棒上，形状上制成灯式、管式、板式及其他异形等式样。直热式器件升温快、重量轻，多用于快速或大面积供热。
在直热式辐射器中，电阻带式辐射器的应用范围最广，这种辐射器是以铁铬铝合金电阻带或铬镍合金电阻带为电热基体，在其表面喷涂烧结铁锰酸稀土钙或其他高发射率涂料而制成。电阻带热情性小、升温快，适合于中低温加热干燥，寿命长，维修方便。在使用电阻带式辐射器时，可以选配反射集光装置以加强干燥效果。
(2)旁热式辐射器 是指由外部供热给辐射体而产生红外辐射，其能源可借助电、煤气、蒸汽、燃气等。辐射器升温慢、体积大，生产工艺成熟、使用方便，可借助各种能源，做成各种形状，且寿命长，故仍广泛应用。
旁热式辐射器有灯式、管式、板式等多种。板式远红外线辐射器是将电阻线夹在碳化硅板或石英砂板的沟槽中间，在碳化硅板或石英砂板的外表面涂覆有一层远红外涂料，当电阻线通电加热至一定温度后，即能在板表面发出远红外辐射。具有热传导性好、省电、温度分布均匀等特点，应用广泛。
第九款 真空干燥机
一、真空干燥的原理及特点
食品物料的真空干燥和常压下的干燥原理相同，只是由于在真空状态下，水分的蒸发温度较常压下的蒸发温度低。真空度越高，蒸发温度越低，因此整个干燥过程可以在较低的温度下进行。
真空干燥的特点是：
①干燥过程中物料的温度低，无过热现象，水分易于蒸发，干燥产品可形成多孔结构，有较好的溶解性、复水性，有较好的色泽和口感。
②干燥产品的最终含水量低。
③干燥时间短，速度快。
④干燥时所采用的真空度和加热温度范围较大，通用性好。
⑤设备投资和动力消耗高于常压热风干燥。
二、真空干燥设备
真空干燥需要在密封的环境内进行，真空干燥的设备一般是在常压干燥的设备外，加上密封和真空设备即可。较多使用的是箱式真空干燥机，也有带式和搅拌式真空干燥机，用蒸汽或热水提供蒸发热量。用真空泵或水力喷射器产生真空度。常用的真空泵有水环式真空泵(图2—26)和往复式真空泵。
(一)箱式真空干燥机
箱式真空干燥机是在常压箱式干燥机基础上加装密封和增加真空泵，使物料在干燥箱内在一定的真空度下进行干燥，箱式真空干燥系统见图10—12。
(二)带式真空干燥机
带式真空干燥机是连续式真空干燥机(图10—13)。由干燥室、加热和制冷系统、原料供给系统和真空系统等部分组成，用于液料或浆料的干燥。干燥室内设置有传送带，带下设加热和冷却装置，顺序地形成加热区和冷却区，其中加热区又分为4段或5段，第一、二段采用蒸气加热，进行恒速干燥，第三、四段进行减速干燥，第五段进行均质，后三段采用热水加热。根据产品干燥工艺要求，各段的操作温度可以调节。
连花清瘟胶囊醇提部分浸膏的带式真空干燥工艺优选。 处方中连翘、炙麻黄、大黄等4味药为醇提工艺,该提取液黏度大不能用喷雾干燥设备干燥,用恒温干燥箱干燥对麻黄碱鉴别和连翘苷含量有影响,而且干燥时间长(约7),不适合连续大生产。为了保证药物的最佳疗效并提高生产效率,作者通过连续真空干燥设备对醇提浸膏干燥工艺进行优选。
根据影响真空干燥的3个主要因素:干燥温度(A)、加料速度(B)、履带速度(C),在固定浸膏比重(1：20)和真空干燥真空度(0.1MPa)的基础上,分别选取以上3个水平进行考察,以干燥后样品的水分、金银花对照药材鉴别、大黄酸鉴别、盐酸麻黄碱鉴别、连翘苷含量为综合指标,采用正交试验表进行正交试通过正交实验得到干燥温度90℃,加料速度8L.h-1,履带速度15cm.min-1。
带式真空干燥技术在穿心莲浸膏干燥中的应用。由于穿心莲是清热解毒的传统中药之一,在临床上应用广泛。在生产穿心莲干浸膏过程中,传统的干燥方法是用喷雾干燥和箱式真空干燥两种方法,这两种方法干燥的干浸膏在贮存或制剂过程中极易吸收水份,并结坚硬团块而不易打碎本研究采用BVD系列数字化带式真空干燥机对穿心莲浸膏进行低温干燥,同时与传统的干燥设备进行测试对比,取得了较好的效果。
1 BVD系列数字化带式真空干燥机组的工作原理
BVD系列数字化带式真空干燥机组是一种连续进料、连续出料形式的高真空度干燥设备,它是将待干燥的中药料液通过变频螺杆泵送入高度真空的干燥机内部,物料被连续地被涂布在缓缓移动的干燥机内的多条干燥带上,干燥带在调速电机驱动下以设定的速度向前运动,每条干燥带的下面都有三段独立的加热板和一段冷却板,干燥带与加热板、冷却板紧密接触,以接触传热的方式将干燥所需要的能量传递给带上物料。当干燥物料从机组筒体的一端运动到另一端时,物料已经干燥并经过冷却,干燥后的物料从干燥带上剥离,然后通过一个粉碎装置粉碎后,再通过真空蝶阀出料到料桶中。
2.带式真空干燥机的特点
1.1 中药提取产品多为天然药物经过水提、醇提或其它有机溶剂提取、浓缩的产物,由于物料直接进入高真空度容器内,经过一段时间缓慢干燥(干燥时间:30~60min),干燥后所得的颗粒有一定程度的结晶效应,从微观结构上看内部有微孔。直接粉碎到所需要的粒径后,颗粒的流动性很好,可以直接压片或者填充胶囊,同时颗粒具有微观的疏松结构,速溶性极好;而且颗粒的外观好,对于速溶(颗粒剂)产品,可以提升产品的档次。
1.2 带式真空干燥机的适应范围广,对于绝大多数的天然植物的提取物,都可以适用。尤其是对于粘性高、易结团、热塑性、热敏性的物料,不适宜或者无法采用喷雾干燥的物料,用带式真空干燥机干燥是最佳选择。而且,可以直接将浓缩浸膏送入带式真空干燥机进行干燥,无需添加任何辅料,这样可以减少最终产品的用量,提高产品档次。同时,在高真空度状况下干燥,干燥温度较低,有利于保持浸膏的原色原味。
1.3 带式真空干燥机分别在机身的一端连续进料、另一端连续出料,配料和出料部分都可以设置在洁净间中,整个干燥过程完全封闭,不与外界环境接触,符合GMP的要求。
1.4 与箱式干燥相比,带式真空干燥的优点是:料层薄、干燥快、物料受热时间短;物料松脆,容易粉碎;隔离操作,避免污染;动态操作,不易结垢;流水作业,自动控制。
1.5 喷雾干燥是直接把提取液变成干粉,干燥快,连续作业，但其缺点则是粉过细而非颗粒状,粉剂致密而水溶性差,易使浸膏吸收水分,使产品不稳定。更为严重的是,喷雾干燥时瞬间热气流的温度可高达200℃,影响药品的色泽,同时破坏一些热敏感性的活性物质。此外,中药多糖含量高的物料会粘在喷雾干燥收集器的壁上,造成收粉困难而干燥失败。喷雾干燥的损耗大则是其另一大不足,药粉易随热风吹出,造成收率下降。带式真空干燥则能克服喷雾干燥粉太细太密和温度过高的缺点,且损耗率基本为零。
3.带式真空干燥机的应用
①食品行业(纯果汁粉、速溶咖啡、甜料、调味料等);
②医药卫生行业(蛋白质、酶等生物活性物质以及中草药提取物);
③化工行业(染料、金属氧化物及易爆品)。
4 真空带式干燥与其他干燥方式的比较
以香蕉为原料加工香蕉粉为例,使用广东省农业机械研究
所研制开发的GZD-S型真空带式干燥实验设备为平台,比较真
空带式与真空冷冻、热风干燥的操作条件。
工艺流程:香蕉(3.3kg)→去皮(1.3kg)→打浆→香蕉浆
g)→干燥→香蕉粉(约0.5kg)
根据上海敏杰机械有限公司的资料显示,以柜式真空干燥
、喷雾干燥和真空低温连续干燥3种方式加工芪鹿益肾浸膏,其
工成本如表2所示。
(三)搅拌型圆筒真空干燥机
搅拌型圆筒真空干燥机又称为耙式真空干燥器，是间歇式干燥机。如图10—14所示，它主要由卧式筒体、带耙齿搅拌轴等构成。筒体为夹套结构，夹套内通入加热用蒸汽、热水或热油。搅拌轴上安装有两组耙齿(桨叶)，其中一组为左旋，另一组为右旋。搅拌轴颈与筒体封头间采用填料密封。
1. 搅拌型圆筒真空干燥机的工作原理
干燥时，原料从筒体上部的加料口送入，搅拌轴间歇进行正向和反向旋转，物料由带有左、右旋耙齿的搅动除沿圆周方向运动外还沿轴线双向往复移动，从而在受到均匀搅拌的状态下，物料在筒壁处进行热交换，使物料水分蒸发而干燥。
2.搅拌型圆筒真空干燥机的应用
对于淤浆状、糊状和粉状物料均能使用，也能用含水率低的物料的进一步干燥。尤其适用于维生素或者、抗隆素等热敏性物料的低温干燥。对必须完全干燥的成型合成树脂以及微粉碳和在空气中易于燃烧乃至爆炸的含有有机溶剂的物料也均适用。间歇操作时，处理量约为100kg乃至几吨。当干燥粘附性物料或含水率高的物料以及处理量大时，采用圆筒搅拌型较为适宜。
内热式圆筒搅拌真空干燥机
内热式圆筒搅拌真空干燥机在化学工业，特别是在有机半成品和染料制造工业中得到广泛应用，采用蒸汽或导热油或热水进入夹套间接加热物料，在真空状态下抽湿，因此特别适用于耐高温和在高温下容易氧化的物料干燥，以及在干燥过程中容易产生粉尘及溶剂需要回收的物料干燥。本机结构紧凑、操作简单、性能稳定可靠、维修周期长。 经长期生产实践证明，对粉状，粉粒状，膏糊状、粘胶状、乃至溶液等，都可在适当条件下进行高温或低温的干燥。
特点：本机采用夹层与内搅拌同时加热方式，传热面大，热效率高。 本机设置搅拌，使物料在筒内形成连续循环状态，进一步提高了物料受热的均匀度。
应用：本机设置搅拌，从而可顺利进行浆状，膏状，糊状物料干燥。 应用范围：适用于医药、食品、化工等行业物料干燥。适用于浆状、膏糊状、粉粒状物料。要求低温干燥的热敏性物树。易氧化、易爆、强制激剧毒物料。 要求回收有机溶剂的物料。
第十款 真空冷冻干燥机
一、真空冷冻干燥的原理及特点
食品冷冻干燥制品的色、香、味、形以及营养、物理性质等几乎保持不变，具有良好的复水性，是现代理想的食品干燥法。
真空冷冻干燥是先将湿物料冻结到其水的凝固点温度以下，使水分变成固态的冰，然后在适当的真空皮下，使冰直接升华为水蒸气，再用真空系统中的水汽凝结器将水蒸气冷凝，从而获得干燥制品的技术。干燥过程是水的物态变化和移动的过程。这种变化和移动发生在低温低压下。因此，真空冷冻干燥机的基本原理就是在低温低压下传热传质。
真空冷冻干燥的特点如下。
(1) 物料在低压下干燥，使物料中的易氧化成分不致氧化变质，同时因低压缺氧能杀菌或抑制某些细菌的活力。
(2) 物料在低温下干燥，使物料中的热敏成分能保留下来，营养成分和风味损失很少，可以最大限度地保留食品原有成分、味道、色泽和芳香。
(3) 由于物料在升华脱水以前先经冻结，形成稳定的固体形态，所以水分升华以后，固体形态基本保持不变，干制品不失原有的固体结构，保持着原有形状，因此，多孔结构的食品具有理想的速溶性和快速复水性。
(4) 由于物料中水分在预冻以后以冰晶的形态存在，原溶于水中的无机盐类溶解物质被均匀分配在物料之中，升华时溶于水中的溶解物质就地析出，避免了一般干燥方法中因物料内部水分向表面迁移所携带的无机盐在表面析出而造成表面硬化的现象。
(5) 脱水彻底，重量轻，适合长途运输和长期保存，在常温下，采用真空包装保质期可达3—5年。
主要缺点是设备投资和运转费用高，冻干过程时间长，产品成本高。
真空冷冻干燥过程有3个阶段，即预冻阶段、水分升华干燥阶段和解析干燥阶段。
预冻阶段是通过预冻将溶液中的自由水固化，使干燥后产品与干燥前具有相同的形态，防止起泡、浓缩、收缩和溶质移动等不可逆变化产生，减少因温度下降引起的物质可溶性降低和生命特性的变化。预冻温度必须低于产品的低共熔点温度，一般预冻温度比低共熔点温度要低5—10℃，同时还应保温2h以上。
水分升华干燥阶段又称第一阶段干燥，是将冻结后的产品置于密闭的真空容器中加热，其冰晶就会升华成水蒸气逸出而使产品干燥。当冰晶全部升华逸出时，第一阶段干燥结束，此时产品全部水分的90％左右已经脱除。为避免冰晶熔化，该阶段操作温度和压力都必须控制在产品低共熔点以下。
解析干燥阶段又称第二阶段干燥。在水分升华干燥阶段结束后，在干燥物质的毛细管壁和极性基团上还吸附有一部分水分，这些水分未得以冻结。为了改善产品的储存稳定性，延长其保存期，需要除去这些水分。因吸附水的吸附能量高，其解析需要提供足够的能量。因此，在不燃烧和不造成过热变性的前提下，本阶段物料的温度应足够高，同时，为了使解析出来的水蒸气有足够的推动力逸出，箱内需要处于高真空状态。干燥产品的含水量需视产品种类和要求而定，一般在0．5％一4％之间。
二、真空冷冻干燥机
冷冻干燥机按运行方式不同可分为间歇式和连续式冷冻干燥机；按容量不同可分为工业用和实验用冷冻干燥机；按能否进行预冻可分为能预冻和不能预冻的冷冻干燥机等。
冷冻干燥机的结构形式繁多，但均由干燥箱、水汽凝结器(两部件可结合成一体)、制冷系统、真空系统、加热系统、控制系统等组成。
1. 制冷系统
在冷冻干燥中， 预冷及抽出水蒸汽的冷凝都离不开冷冻过程。常用的制冷方式有三种： 蒸汽压缩式制冷， 蒸汽喷射式制冷， 吸收式制冷， 其中最常用的是蒸汽压缩式制冷。常用的冷冻剂有氨、氟里昂、二氧化碳等， 在制冷系统中常用的载冷剂有空气、氯化钙溶液、乙醇。现在也有采用双级螺杆式制冷压缩机来冷却热媒的， 即仅用一种共沸制冷剂如Ｒ５０２ 来达到其深度冷却的目的。
２. 真空系统
在冷冻干燥时， 干燥箱中的绝对压力应为冻结物料饱和蒸汽压的 １/２～１/４， 一般情况下约为 1.3～１３Ｐａ。常用的真空泵有旋片式真空泵、多级喷射式真空泵。当要求达到更高真空度时， 可用机械泵为前级泵， 油扩散泵为次级泵， 串联后的真空度可达１×１０－５Ｐａ。真空泵的抽气量要求达到 ５～１０ｍｉｎ 内使系统从一个大气压降至 １００Ｐａ 以下。
３ 水蒸汽去除部分（水汽凝结器）
冻结物料升华干燥过程被真空泵抽出来的水蒸汽， 主要用冷凝法加以去除。采用的冷凝形式主要有管壳式、螺旋板式或配有旋转刮刀的加套冷凝器式等。常用冷却介质有低温空气、盐水、乙醇； 对于小型装置， 也有采用甘油、无水氯化钙等化学吸收剂及活性氧化铝或硅胶等物理吸水剂来去除水汽。
４ 加热（干燥室）系统
它主要用于捕集制品的水汽， 并使之在盘管上凝结， 从而保证冻干过程的顺利进行。干燥室一般为箱式， 干燥室的门及视镜要求制作的十分严密可靠， 否则不能达到预期的真空度。干燥室兼作预冻室时， 夹层搁板中还应有冷冻剂的蒸发管或载冷剂的导管， 加热的目的是为了提供升华过程中的升华热（ 蒸发热和熔解热） 。加热的方法有凭借夹层加热板的传导热及热辐射面的辐射加热等。传导加热的加热剂一般为热水或热油， 其温度应在冻结物料熔化点以下， 但在干燥后期允许使用较高的加热温度。
(一)间歇式冷冻干燥机
如图10—15所示，干燥箱1内有搁板，可用来搁置被冻干物料，当物料在箱内预冷时，该搁板既能冷却，又能加热。目前大多数干燥箱都带有预冻功能，使物料在箱中能冻结至共熔点以下的温度，然后在真空下使搁板加热升温，提供水汽升华所必需的热量。水汽凝结器2是用来凝结物料中升华的水汽，它与干燥箱l用管道连接，一般中间装有真空阀门，水汽凝结器的温度要求在一40℃以下。真空系统3是用来保持干燥箱和水汽凝结器内所必要的真空度，以及抽取从连接管和阀门等处泄漏入系统中的空气和不凝性气体的。冷冻干燥机的真空度要求较高，真空系统一般采用两级抽空。制冷系统4一般为两级压缩制冷循环或复叠式制冷循环。加热系统5采用间接加热形式，可利用中间介质既作冷媒又作热媒。控制系统，根据要求可分为手动操作、仪表显示，半自动控制，全自动控制等。按物料的不同冻干工艺，设定温度和时间来控制整个工艺过程。
(二)连续式真空冷冻干燥机
连续式隧道真空冷冻干燥机的干燥室由长圆筒容器4和断面较大的扩大室7两部分组成。沿长圆筒容器和扩大室的内壁全长方向设加热板，加热板可单独加以控制。
该机前部有物料入口14连接进口闭风室2，由闸式隔离阀3将其与干燥室隔开，并与设置在一侧的冷凝室9经过控制阀13相通，通大气阀门1设置在另一侧。该机尾部有两个冷凝室9通过隔离阀与扩大室相连通。出口闭风室12布置在扩大室的侧面与扩大室相通。
工作时，经过预冻的物料从物料入口14进入进口闭风室2，开启闸式隔离阀3让物料进入干燥室，加热板6使物料中冻结的水分升华，升华的水蒸气通过冷凝室9和真空泵11排出。物料在于燥室内沿输送器轨道15向前运动，干燥好的物料经出口闭风室12送出。
三、冷冻干燥的应用前景
冷冻干燥是保存生物特性敏感组织的最佳方法。冷冻干燥机适用于细菌、病毒、血浆、血清、抗体、疫苗以及药品、微生物、酵母、生物研究用植物提取物等的干燥。
通过冷冻干燥， 组织、组织提取物、细菌、疫苗及血浆之类的材料， 成为干燥状态， 从而不会发生酶的、细菌的及化学的改变。
冷冻干燥技术用途十分广泛。早在本世纪初科学家就在实验室中用冻干的方法来保存生物标本、菌种等， 后来在工业上一些制药厂用冻干的方法来生产抗菌素、疫苗、血清和各种生物药品。到了上世纪６０年代， 欧、美、日本等发达国家开始用冻干的方法生产食品， 主要品种有蘑菇、大蒜、蔬菜、牛肉、海产品、咖啡等等。到了 ８０ 年代， 冻干产品生产几乎包罗了诸如各种饮料、调料、快餐食品、小食品、保健食品、水产、肉蛋、食用菌、酶制剂、藻类等行业， 同时规模和产量也在不断扩大。
在我国， 冷冻干燥技术在制药工业上早有应用， 如抗菌素、疫苗等生物类药品都是用冻干方法生产的。８０年代中期， 东北地区开始用冻干方法生产人参、鹿茸、林产品等， 后来又逐步扩大到食品生产，但规模和应用范围还很小。
四、国内外正在或拟开发的冻干食品
(1) 新型方便食品。在日本,新型方便食品均添加采用冻干技术生产的维生素、全蛋粉或蛋黄粉、大豆粉或花生粉,以确保其营养成分。在欧洲大多数国家,将人们日常消费的胚芽玉米粉和椰子油、食糖、维生素、矿物质混合制成的方便食品定为第一代方便食品;第二代方便食品是用冻干的海带粉、天然水果粉!海藻胶!麦芽糊精加适量的柠檬酸与玉米胚芽、燕麦胚芽、鱼粉、免肉粉、牛肉粉等制成的。
(2) 颗粒蔬菜。蔬菜是人类生活中的一大营养宝库。日本东洋食品株式会社于20世纪90年代找到一种不同寻常的吃菜方法"该方法是将油菜、菠菜、芹菜、萝卜叶、豌豆、胡萝卜、南瓜、雪里红等8种蔬菜混合,冻干后制成颗粒蔬菜。这种含丰富的叶绿素、胡萝卜素、维生素和矿物质等天然营养成分的蔬菜,不但营养丰富、味道鲜美,而且非常适合于断奶伊始的婴儿、不喜欢吃蔬菜的儿童、牙口不好的老年人、吃流食或半流食的病人以及食量受限的运动员等特殊人群。现在,颗粒蔬菜已成为日本大众的日常消费品。
(3) 粉末蔬菜。在欧、美、日市场上,日渐流行一种新的蔬菜加工方法,即用冻干技术加工圆葱、白菜、菠菜、胡萝卜、南瓜等许多种粉末蔬菜。将粉末蔬菜加入面粉或食糖中,制成蔬菜面条、饼干、糕点和糖果、饮料等,能保持蔬菜中的营养成分、纤维质及其色泽、风味。
二、真空干燥设备
真空干燥需要在密封的环境内进行，真空干燥的设备一般是在常压干燥的设备外，加上密封和真空设备即可。较多使用的是箱式真空干燥机，也有带式和搅拌式真空干燥机，用蒸汽或热水提供蒸发热量。用真空泵或水力喷射器产生真空度。常用的真空泵有水环式真空泵(图2—26)和往复式真空泵。
(一)箱式真空干燥机
箱式真空干燥机是在常压箱式干燥机基础上加装密封和增加真空泵，使物料在干燥箱内在一定的真空度下进行干燥，箱式真空干燥系统见图10—12。
(二)带式真空干燥机
带式真空干燥机是连续式真空干燥机(图10—13)。由干燥室、加热和制冷系统、原料供给系统和真空系统等部分组成，用于液料或浆料的干燥。干燥室内设置有传送带，带下设加热和冷却装置，顺序地形成加热区和冷却区，其中加热区又分为4段或5段，第一、二段采用蒸气加热，进行恒速干燥，第三、四段进行减速干燥，第五段进行均质，后三段采用热水加热。根据产品干燥工艺要求，各段的操作温度可以调节。
(三)搅拌型圆筒真空干燥机
搅拌型圆筒真空干燥机又称为耙式真空干燥器，是间歇式干燥机。如图10—14所示，它主要由卧式筒体、带耙齿搅拌轴等构成。简体为夹套结构，夹套内通入加热用蒸汽、热水或热油。搅拌轴上安装有两组耙齿(桨叶)，其中一组为左旋，另一组为右旋。搅拌轴颈与筒体封头间采用填料密封。
干燥时，原料从筒体上部的加料口送入，搅拌轴间歇进行正向和反向旋转，物料由带有左、右旋耙齿的搅动除沿圆周方向运动外还沿轴线双向往复移动，从而在受到均匀搅拌的状态下，物料在筒壁处进行热交换，使物料水分蒸发而干燥。这种真空干燥机主要适用于高湿的固体物料。
|
伽利略
