一種固體物料乾燥方法及系統的製作方法

2023-09-11 04:05:55

專利名稱：一種固體物料乾燥方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種物料乾燥方法及系統，如食品乾燥，包括水產品、水果、蔬菜或糧 食等，以及木材幹燥，廢物垃圾乾燥等固體物料的蒸發乾燥。
背景技術：
目前，對於食品、木材等固體物料的乾燥所採用的方法，大體包括自然通風乾燥、 日光乾燥、熱風乾燥、熱泵乾燥、真空冷凍乾燥、和微波乾燥等，也有採用兩種或多種乾燥方 法相結合的聯合乾燥方法。上述這些方法都有各自的優點和缺陷。下面介紹近年來應用較 多且比較有發展前景的幾種乾燥方法。熱風乾燥熱風乾燥是用加熱後的空氣做媒介，將物料進行加熱促進水的蒸發，同 時將物料表面水分去除的乾燥方法。熱風乾燥設備投資少，適應性強，操作控制簡單，衛生 條件較好。由於熱風乾燥是由外向內逐漸將水產品加熱，必須建立和保持一定的溫度梯度 才能保證水分由內向外的擴散。所以熱風溫度是影響水產品熱風乾燥速度的主要因素。但 如果採取高溫熱風急速乾燥，會產生表面乾燥效應，使物料內部水分更難以擴散出來。因 此，熱風乾燥法所需的乾燥時間一般較長。冷凍乾燥以食品為例，真空冷凍乾燥是使食品在凍結狀態下脫水，可以最大限 度地保留食品原有的營養、味道和芳香，保持食品原來的形狀和顏色，並抑制酶和細菌的生 長。利用真空冷凍乾燥技術可獲得良好品質的食品幹品。然而，由於真空冷凍乾燥設備一 次性投資大，乾燥時間長，能耗大，因而加工成本高使得真空冷凍乾燥技術在食品加工中的 應用受到很大限制。熱泵乾燥除了節能的優點外，熱泵的乾燥溫度易於控制在此溫度範圍內進行幹 燥，避免了水產品中不飽和脂肪酸的氧化和表面發黃，減少了蛋白質受熱變性，物料變形， 變色和呈味類物質的損失。因此，利用熱泵乾燥可獲得品質良好的水產幹製品。另外，因幹 燥物料在低溫度的封閉系統內乾燥，與外界沒有氣體交換，乾燥過程中不受周圍環境條件 和大氣溫度的影響，減少了汙染，有效避免了細菌的滋生，能獲得符合食品衛生要求的水產
丁 口
卞 PFt ο微波乾燥微波乾燥具有加熱快且均勻，選擇性好，含水率較高的區域加熱較快， 反應靈敏，便於控制和能源利用率高。以微波作為最終乾燥手段縮短了乾燥周期，同時提高 了產品質量，然而單純利用微波乾燥容易出現邊緣或尖角部分焦化現象。同時微波乾燥時 乾燥終點不易判別，容易產生乾燥過度。近年來，國際上開發出來的一種新型高效蒸發設備——MVR蒸發器。MVR即機械式 蒸汽再壓縮熱泵(Mechanical VaporRecompression)。其工作原理是蒸發器產生的二次蒸 汽經機械式熱能壓縮機作用後，溫度提升5 8°C，返回用於蒸發器的加熱熱源，新鮮蒸汽 僅用於補充熱損失和補充進出料熱焓，從而大幅度減低蒸發器對外來新鮮蒸汽的消耗。MVR 技術由於其節能效果顯著，在國外迅速發展，現已廣泛使用，應用於工業廢水處理及乳品、 製糖、澱粉、海水淡化、鹽化工等很多生產領域。MVR技術主要用於液體的蒸發濃縮，而很少用於固體物料的乾燥。在本發明完成之前，尚未見到採用與本發明相同的乾燥方法應用於工業生產及生 活中，也未見到與本發明相同的乾燥方法及採用本發明相同的乾燥方法加工乾燥物料在文 獻中有記載。

發明內容
鑑於上述情況，本發明人綜合了上述幾種乾燥方法的缺陷，經過長期研究建立了 結合膜法分離溼空氣技術和機械蒸汽再壓縮技術的一種新型的固體物料乾燥方法，該方法 較上面幾種乾燥方法具有其獨特的優勢，提供了一種在常壓下對物料進行乾燥的方法，完 全回收蒸發水蒸氣潛熱。該方法設備簡單，產品質量高，尤其大大降低了能耗，節能減排，高 效，雖然建設初期基礎設備投入較大，但適合長遠發展，符合國家「節能減排」政策。此外， 該方法對環境友好，無廢氣廢物的排放，唯一排放出來的即冷凝水。整個蒸發乾燥過程為 全封閉式循環，系統運行穩定，較傳統乾燥方法能有效提高產品質量，從而有效提高經濟效 益。此外，該方法中乾燥室內採用常壓乾燥空氣乾燥，較真空乾燥對乾燥室的結構無特殊要 求，且傳熱性能大大優於真空乾燥，加速了乾燥速度，縮短了乾燥周期。本發明的固體物料乾燥方法的特徵在於，對從乾燥室出來的溼空氣進行溼空氣分 離處理，分離為水蒸氣和乾燥空氣，對被分離的水蒸氣進行加熱加壓處理後作為熱源加熱 乾燥室內的循環空氣，而將被分離的幹空氣直接送入乾燥室，加入乾燥室內的空氣循環。其中，所述溼空氣分離處理優選為膜分離處理，並由真空泵抽出滲透側的水蒸氣。所述加熱加壓處理為水蒸汽再壓縮處理，優選真空機械式蒸汽再壓縮處理。所述乾燥室內的空氣循環中，進入乾燥室內用於物料乾燥介質的新風為乾燥低溼 空氣。根據本發明的固體物料乾燥方法，對從乾燥室出來的溼空氣被分離為水蒸氣和幹 燥空氣，對被分離的水蒸氣進行蒸汽再壓縮處理後作為熱源加熱乾燥室內的循環空氣，自 身冷卻為冷凝水排出。而將被分離的幹空氣直接送入乾燥室，所以完全回收利用了水蒸氣 的潛熱。並且，根據本發明的方法，只需在乾燥初始階段對乾燥室的循環空氣進行預熱，進 入乾燥期後則不需要外界熱量的補充，系統唯一的動力消耗為機械蒸汽再壓縮處理，且最 後排放物為冷凝水，無其他廢氣物排放，極為環保。另外，根據本發明的方法，可通過控制所述作為空氣加熱器熱源的水蒸氣參數，控 制乾燥溫度和乾燥速度。在此，所述水蒸氣參數是指水蒸氣的溫度、壓力以及流量等影響對 乾燥室內的循環空氣進行加熱的參數。控制這些水蒸氣參數的方法可採用公知方法，如補 充高溫高壓蒸汽、通過調節閥控制流量等。根據需要還可以使用輔助加熱手段對乾燥室進 行預熱，同時控制所述作為熱源的水蒸氣參數，有效控制乾燥各階段最佳乾燥速度和乾燥 溫度。本發明的固體物料乾燥系統，包括乾燥室，用於放置和乾燥固體物料，內設輔助 加熱器；溼空氣分離裝置，用於對從所述乾燥室出來的溼空氣進行溼空氣分離，分離為水蒸 氣和幹空氣；加熱加壓裝置，用於加熱加壓從所述溼空氣分離裝置分離出的水蒸氣；空氣 加熱器，其利用經所述蒸汽再壓縮裝置加熱加壓的水蒸氣，加熱所述乾燥室內的循環空氣。其中，所述溼空氣分離裝置優選為膜分離裝置，其包括用於抽出滲透側的水蒸氣的真空泵。所述加熱加壓裝置優選為真空機械式蒸汽再壓縮裝置。本發明的固體物料乾燥系統，優選，還包括補充蒸汽管道，用於控制經所述空氣加 熱器熱端的水蒸氣參數，以便控制乾燥溫度和乾燥速度。根據本發明的固體物料乾燥系統，在乾燥階段，熱溼空氣從乾燥室出口出來進入 溼空氣分離裝置，溼空氣被分離為乾燥低溼空氣和水蒸氣兩股流體。水蒸氣進入蒸汽再壓 縮裝置被壓縮，使其壓力、溫度升高，熱焓增加。水蒸氣被加壓升溫後進入空氣加熱器，作為 熱源加熱乾燥室內空氣，使乾燥介質空氣溫度升高，焓值增加，以維持乾燥室內恆定的乾燥 的溫度。而對於空氣加熱器中作為熱端的水蒸氣則發生相變冷卻為冷凝水並排出乾燥室到 水箱。從溼空氣分離裝置出來的另一股幹空氣流體則直接送入乾燥室入口，加入乾燥室內 的空氣循環過程。乾燥室內空氣不斷吸收水分，並不斷通過空氣加熱器從高溫水蒸氣補充 熱量，繼續吸收水分，當空氣達到一定溼度則排出乾燥室，並重新回到空氣分離裝置被分離 為乾燥空氣和水蒸氣，開始新一次的乾燥循環。本系統流程中，從溼空氣分離裝置中分離出 來的水蒸氣經壓縮升溫後作為熱源加熱乾燥物料介質，完全回收利用了水蒸氣的潛熱。該 乾燥系統只需在乾燥初始階段對其進行預熱，進入乾燥期後則不需要外界熱量的補充，系 統唯一的動力消耗即為真空蒸汽再壓縮裝置。另外，在本系統運行的初始階段，需要開啟乾燥室內輔助加熱器對乾燥室進行預 熱，同時也可以打開補充蒸汽通路，對系統進行加熱。系統進入穩定乾燥期間，也需實時監 控乾燥室內的溫度及物料含水率，通過控制乾燥室內加熱器，調節補充蒸汽開關及流量，有 效控制最佳乾燥速度和乾燥溫度。溼空氣分離裝置優選採用了膜分離技術，溼空氣分離膜是膜分離技術的核心，氣 體膜分離技術主要根據混合氣體中各組分在膜中的滲透速率的差異來實現分離過程。該分 離裝置的水蒸氣滲透側為負壓，出來後接真空蒸汽壓縮裝置。溼空氣進入分離膜的一側，另 一側為滲透過去的低壓水蒸氣，剩餘氣體則為幹空氣。從而達到把溼空氣分離的目的。真空蒸汽再壓縮裝置是本發明流程的運動核心。本系統中被壓工質為水蒸氣，由 於其性質的特殊性，對於蒸汽壓縮裝置的選取至關重要。本系統中壓縮機的要求有工質為 水蒸汽；壓比較低，約在1. 5-3. 0之間。對空氣加熱器無特殊要求，任意一種空氣與水蒸氣的換熱器裝置均可，可根據不 同需求進行換熱器的選型設計。空氣加熱器安裝於乾燥室內部，通常為乾燥室新風入口附 近且有乾燥室內大部流體經過的位置。空氣加熱器中管內為高溫水蒸氣，管外為需要被加 熱的循環空氣乾燥介質。此外，優選該空氣加熱器內部蒸汽管道入口處接有從鍋爐或其他 方式來的高溫補充蒸汽。乾燥室為帶電加熱裝置的普通常壓乾燥裝置，並且在需要的地方安裝有風扇，以 驅動室內空氣的循環。在本發明中，所述乾燥室加熱的空氣的溫度優選在40-120°C之間。 還可以根據需要在乾燥室內安裝輔助加熱器，其可以是電加熱器、熱油加熱器或鍋爐蒸汽 加熱器等。在本發明中，所述的被乾燥物料可以是任何固體物料，如食品乾燥，包括水產品、 水果、蔬菜、肉類、糧食、藥品等，以及木材，廢物垃圾等。


圖1為本發明實施例1的系統流程及各部件連接示意圖。圖2為本發明實施例1的溼空氣分離裝置的結構示意圖。圖中1、乾燥室；2、溼空氣分離裝置；3、真空蒸汽再壓縮裝置；4、空氣加熱器；5、 水箱。
具體實施例方式以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。實施例1下面以木材幹燥為具體實施例，對本發明的內容作進一步的說明該乾燥處理主要採用下述步驟步驟1 建立本發明實施例1的固體物料乾燥系統如附圖1所示乾燥室1、溼空氣 分離裝置2、真空蒸汽再壓縮裝置3、空氣加熱器4和水箱5以及補充蒸汽管道及其他管道 組成的可以互通的密閉的系統，將木材置於乾燥室內物料架上。圖2為溼空氣分離裝置的 結構示意圖。步驟2 開啟乾燥室1內的輔助加熱器，對乾燥室內的木材進行預熱，直到所有木 材基本達到所需的預熱溫度50°C。步驟3 開啟溼空氣分離裝置2，開啟真空蒸汽再壓縮裝置3，乾燥循環開始進行， 經過乾燥室流出的溼空氣經溼空氣分離裝置2被分離為乾燥低溼空氣和水蒸氣，水蒸氣經 再壓縮升溫升壓，熱焓提高，作為熱源進入空氣加熱器4加熱乾燥室內空氣，以維持乾燥室 內恆定的乾燥溫度。空氣加熱器4中作為熱端的水蒸氣自身則發生相變冷卻為冷凝水並從 乾燥室排出流入水箱5。從溼空氣分離裝置出來的另一股乾燥空氣流體則直接送入乾燥室 入口，加入乾燥室內的空氣循環過程。乾燥室內空氣不斷吸收木材中的水分，並不斷通過空 氣加熱器4從高溫水蒸氣補充熱量，繼續吸收水分，當空氣達到一定溼度則排出乾燥室，並 重新回到空氣分離裝置2被分離為幹空氣和水蒸氣，開始新一次的乾燥循環。每次循環中， 進入乾燥室的為幹空氣，幹空氣吸收木材水分變成溼空氣並排出乾燥室，不斷降低乾燥室 內木材及系統中水分的含量，從而使木材變乾燥。乾燥過程需實時監控乾燥室內的溫度及 木材含水率，通過控制乾燥室內的輔助加熱器，調節補充蒸汽開關及流量，有效控制最佳幹 燥速度和乾燥溫度。步驟4 當乾燥室內木材達到所要求含水率，則可停止乾燥。上述實施例僅是對實施本發明的方式的示例性說明。本領域的普通技術人員應該 理解，在不超出權利要求書限定的要旨和範圍內，可採用不同於上述本發明實施例的各種方案。
權利要求
1.一種固體物料乾燥方法，其特徵在於，對從乾燥室出來的溼空氣進行溼空氣分離處 理，分離為水蒸氣和乾燥空氣，對被分離的水蒸氣進行加熱加壓處理後作為熱源加熱乾燥 室內的循環空氣，而將被分離的幹空氣直接送入乾燥室，加入乾燥室內的空氣循環。
2.根據權利要求1所述的固體物料乾燥方法，其特徵在於，所述溼空氣分離處理為膜 分離處理，並由真空泵抽出滲透側的水蒸氣。
3.根據權利要求1所述的固體物料乾燥方法，其特徵在於，所述加熱加壓處理為水蒸 氣再壓縮處理。
4.根據權利要求1所述的固體物料乾燥方法，其特徵在於，所述乾燥室內的空氣循環 中，進入乾燥室內用於物料乾燥介質的新風為乾燥低溼空氣。
5.根據權利要求1 4中任意一項所述的固體物料乾燥方法，其特徵在於，通過控制所 述作為熱源的水蒸氣參數，控制乾燥溫度和乾燥速度。
6.一種固體物料乾燥系統，包括乾燥室，用於放置和乾燥固體物料，內設輔助加熱器；溼空氣分離裝置，用於對從所述乾燥室出來的溼空氣進行溼空氣分離，分離為水蒸氣 和幹空氣；加熱加壓裝置，用於加熱加壓從所述溼空氣分離裝置分離出的水蒸氣；空氣加熱器，其利用經所述真空蒸汽再壓縮裝置加熱加壓的水蒸氣，加熱所述乾燥室 內的循環空氣。
7.根據權利要求6所述的固體物料乾燥系統，其特徵在於，所述溼空氣分離裝置為膜 分離裝置，其包括用於抽出滲透側的水蒸氣的真空泵。
8.根據權利要求6所述的固體物料乾燥系統，其特徵在於，所述加熱加壓裝置為真空 蒸汽再壓縮裝置。
9.根據權利要求6 8中任意一項所述的固體物料乾燥系統，還包括補充蒸汽管道， 用於輔助調節乾燥室內加熱器熱端作為熱源的的水蒸氣參數，以便控制乾燥溫度和乾燥速
全文摘要
本發明公開了一種高效節能環保的固體物料乾燥方法及系統，通過結合膜法分離溼空氣技術和真空機械式蒸汽再壓縮技術建立了一種新型的固體物料乾燥方法及系統。系統由乾燥室、溼空氣分離裝置、加熱加壓裝置、空氣加熱器、水箱、補充蒸汽管道及其他管道組成乾燥循環，其在常壓下對物料進行乾燥，乾燥介質為高溫乾燥空氣，系統完全回收蒸發水蒸氣潛熱，大大降低了能耗。整個蒸發乾燥過程為全封閉式循環，系統運行穩定，較傳統乾燥方法能有效提高產品質量，從而提高經濟效益。並且其傳熱性能大大優於真空乾燥，加速了乾燥速度，縮短了乾燥周期。本發明的特點為設備簡單，產品質量高，系統運行高效，無廢氣物排放，尤其能耗低。
文檔編號F26B9/06GK102080922SQ200910241379
公開日2011年6月1日 申請日期2009年11月30日 優先權日2009年11月30日
發明者呂君, 張震濤, 戴群特, 楊魯偉 申請人:中國科學院理化技術研究所