顆粒狀調理食品的中短波紅外與脈衝真空乾燥一體化裝置及使用方法
2023-05-13 17:47:41 2
專利名稱：顆粒狀調理食品的中短波紅外與脈衝真空乾燥一體化裝置及使用方法
技術領域：
本發明涉及顆粒狀調理食品的中短波紅外與脈衝真空均勻乾燥一體化裝置及使用方法，適用於食品行業顆粒物料中短波紅外真空均勻化脈衝噴動乾燥，屬於食品脫水加工及乾燥機械裝備領域。
背景技術：
目前，紅外(波長為O. 72 1000 μ m之間的電磁波)技術已逐漸應用於航天、航空、 遙感、工業檢測、食品、醫藥、化工、石油工業等軍民研究領域。對紅外光譜來說，在不同的領域有不同的劃分，總體來說，按波長可將紅外技術分為近紅外、中紅外、遠紅外和高紅外四類。近紅外技術的研究始於1930年。50年代Curcio和Petty利用近紅外的透射光譜進行水分檢測的研究，但大多數食品和農產品的未破壞無損害物料對近紅外來說都是「不透明」，測量其透射率具有一定的困難。60年代初，Norris和Buller將近紅外的反射光譜技術用於分析穀物類農產品的溼度研究，揭示了這一技術在農產品及其加工領域、食品工業領域應用研究新的篇章。從 而近紅外技術在食品和農產品加工中的應用實例及方法被不斷的提出。
中短波紅外乾燥過程中，水和含水物質的分子或基團的固有運動(振動或轉動) 頻率，換成波長大致在2. 5 200 μ m波帶,這與水分蒸發的波帶相一致。紅外線能穿入食物內部粒子之間的微小間隙，迫使分子運動加劇而內部發熱，使其溫度急劇升高。同時食品內部的液態水分在溫度梯度的作用方向由內向外和溼度梯度方向一致，從而大大加速了乾燥過程，縮短了乾燥時間。此外，將紅外輻射加熱技術與真空乾燥技術相聯合，解決了在真空中熱量傳遞的途徑問題，使被乾燥物料在真空環境下及時獲得乾燥時的能量，達到了及時快速的低溫乾燥目的，也可對其他各種物料進行低溫乾燥。目前，我國農產品真空乾燥存在三大突出難題及需求(I)農產品真空乾燥存在能耗大、乾燥時間長、成本高等難題，對高效真空乾燥技術有強烈需求。(2)農產品中短波紅外真空乾燥存在穿透性弱、乾燥均勻性差、成品率低、產品綜合品質劣變加劇等難題，對高效均勻乾燥技術有強烈需求。(3)傳統真空產品出口的綜合競爭優勢在下降，國際市場對高品質、低成本的凍幹蔬果有強烈需求。而本發明通過物料在中短波紅外真空乾燥過程中的周期性地空間運動，不但達到物料快速脫水，提高產能，又使物料乾燥均勻，一次乾燥成品均勻度達到98%以上，實現真正快速、低成本均勻乾燥。
許進華、尹永日(專利申請號200720093677. X)公開了一種乾燥溫度低，並能自動控溫的真空遠紅外乾燥箱。訪專利箱體設計成圓柱形，物料採用託盤式乾燥。但本專利的不同之處是物料在乾燥管內進行乾燥，並且在真空條件下物料實現周期性地噴動、旋轉，從而實現物料均勻乾燥。由於物料噴動時間短(2s)，壓力波動範圍小，因此，產品品質與傳統盤式中短波紅外真空乾燥方式基本一致。
叢繁滋(專利申請號200610010410. X)公開了一種可用於食品、藥品生產的紅外真空冷凍乾燥設備。該專利採用傳統盤式乾燥方式，物料靜止真空冷凍乾燥，產生物料不均勻乾燥現象。但本專利的不同之處是物料在乾燥管內進行乾燥，並且在真空條件下物料實現周期性地噴動、旋轉，從而實現物料均勻乾燥。由於物料噴動時間短(2s)，壓力波動範圍小， 因此，產品品質與傳統盤式中短波紅外真空乾燥方式基本一致。
張慶玉，穆玉芳(專利申請號87102913)公開了一種新型的粉狀物料乾燥設備，該專利採用傳統盤式乾燥方式，紅外發射源水平放置，物料靜止紅外真空乾燥。該專利產生物料不均勻乾燥現象。但本專利的不同之處是物料在乾燥管內進行乾燥，並且在真空條件下物料實現周期性地噴動、旋轉，從而實現物料均勻乾燥。由於物料噴動時間短(2s)，壓力波動範圍小，因此，產品品質與傳統盤式中短波紅外真空乾燥方式基本一致。
張慶玉，穆玉芳(專利申請號87101340)公開了一種真空遠紅外熱流乾燥機。該發明主要由真空室、遠紅外加熱及溫控系統、熱風循環系統、真空獲得系統、物料拖車、電器操作臺組成。但本專利的不同之處是物料在乾燥管內進行乾燥，並且在真空條件下物料實現周期性地噴動、旋轉，從而實現物料均勻乾燥。
江南大學胡潔在其碩士學位論文「果蔬遠紅外真空乾燥技術研究」中設計製造了實驗室用遠紅外真空乾燥實驗箱。遠紅外輻射板固定在物料盤上部，物料盤放在乾燥箱轉盤上，在乾燥過程中物料盤可以轉運，實現物料乾燥均勻。但本專利的不同之處是物料在乾燥管內進行乾燥，並且在真空條件下實現物料周期性地空間運動，使物料在乾燥過程中獲得同等中短波紅外發射的能量，從而實現物料均勻乾燥。由於物料噴動時間短(2s)，壓力波動範圍小，因此，產品品質與傳統盤式中短波紅外真空乾燥方式基本一致。
鬱雯霞，任建清等(2010)通過調整遠紅外發射板的距離，研究了遠紅外真空乾燥均勻問題，並對遠紅外 真空乾燥設備進行了優化設計。但本專利的不同之處是物料在乾燥管內進行乾燥，並且在真空條件下實現物料周期性地空間運動，使物料在乾燥過程中獲得同等中短波紅外發射的能量，從而實現物料均勻乾燥。由於物料噴動時間短(2s)，壓力波動範圍小，因此，產品品質與傳統盤式中短波紅外真空乾燥方式基本一致。
謝蘊江、吳中華等(2011)研究了煤中波紅外真空乾燥，採用紅外燈管波長 2-4 μ m，功率為1000W，電壓220V，紅外燈管功率通過電壓進行調節，並調節紅外燈管距離物料盤高度。實驗發現了乾燥過程中輻射源功率、輻射源與煤炭之間的距離，煤炭厚度等對乾燥過程有很大的影響。但本專利的不同之處是物料在乾燥管內進行乾燥，並且在真空條件下實現物料周期性地空間運動，使物料在乾燥過程中獲得同等中短波紅外發射的能量， 從而實現物料均勻乾燥。由於物料噴動時間短(2s)，壓力波動範圍小，因此，產品品質與傳統盤式中短波紅外真空乾燥方式基本一致。發明內容
本發明提供了一種將中短波紅外加熱技術和脈衝真空乾燥技術相結合的新型乾燥方法及裝置，它可實現顆粒物料高效、均勻地乾燥。
本發明的技術方案顆粒狀調理食品的中短波紅外與脈衝真空均勻乾燥一體化裝置，本裝置由進料閥I和擋板閥2，還包括中短波紅外加熱腔體3、中短波紅外發射管4、乾燥管5、乾燥顆粒樣品6、氣體分布器7、乾燥管堵塞8、氣體流量調節器9、氣-固分離器10、 卸料器11、冷卻器12、制冷機13、真空貯罐14、真空泵15和控制面板16構成。進料閥I位於擋板閥2上部，擋板閥2位於乾燥管5上方，擋板閥2的閥板加工成孔板，防止乾燥過程 中顆粒流失；中短波紅外加熱腔體3是圓柱型真空容器，中短波紅外發射管4設置在中短波 紅外加熱腔體3中心及沿圓周方向均勻分布，數量為4-10個，中短波紅外發射管4波長範 圍為2. 4 Mm 3. O Mm ;乾燥管5均勻安裝在中短波紅外加熱腔體3內中短波紅外發射管 4之間，乾燥管5為物料乾燥及流動的通道，中短波紅外加熱腔體兩端用封頭密封；氣體分 布器7位於乾燥管堵塞8上部，氣體分布器7和乾燥管堵塞8放於乾燥管5下部，乾燥管堵 塞8堵塞住乾燥管5，氣體分布器7通過管道與氣體流量調節器9相連接；氣-固分離器10 位於中短波紅外加熱腔體3右部，氣-固分離器10通過管道與乾燥管5出口相連，氣-固 分離器10右邊連接冷卻器12，氣-固分離器10下部連接卸料器11 ;制冷機13及真空貯 罐14通過管道與冷卻器12相連接；水環真空泵15通過管道與真空貯罐14連接；控制面 板16控制中短波紅外脈衝真空乾燥過程中真空壓力及波動範圍、中短波紅外發射功率、脈 衝噴動氣體流量及脈衝噴動周期的設定及自動調節。
乾燥管5在中短波紅外加熱腔體3內垂直方向沿徑向排列，數量為3-10個，管內 徑為40-80_，管道材質採用不鏽鋼網孔板材料製作。
中短波紅外發射管4在中短波紅外加熱腔體3內垂直方向沿徑向排列，數量為 4-10個。中短波紅外發射管4功率根據物料設定溫度曲線由控制面板16自動跟蹤調節，誤 差控制在±1°C。
在中短波紅外加熱腔體3圓周表面上一周均分設有四個觀察窗，觀察到物料在中 短波紅外脈衝真空乾燥過程中，中短波紅外加熱腔體3內的物料變化狀態。
物料在中短波紅外脈衝真空乾燥過程中，脈衝真空壓力波動範圍為5-100 kPa。
所述裝置用於顆粒物料中短波紅外脈衝真空均勻化乾燥的方法，物料通過進料閥 I及擋板閥2進入乾燥管5，擋板閥2加工成孔板，防止乾燥過程中顆粒流失；乾燥管5是物 料乾燥及流動的通道；中短波紅外加熱腔體3是圓柱型真空容器，中短波紅外發射管4均勻 分布其內部，乾燥管5均勻安裝在中短波紅外加熱腔體3內，中短波紅外加熱腔體3兩端用 封頭密封；氣-固分離器10連接中短波紅外加熱腔體3內乾燥管5出口，並通過管道與冷卻 器12連接；氣體分布器7和乾燥管堵塞8安裝在乾燥管5下部，乾燥管堵塞8堵塞住乾燥 管5，氣體分布器7通過管道與氣體流量調節器9相連接，氣體流量通過控制面板16調節； 由於物料在真空狀態下能夠實現噴動，採用該裝置可實現物料在中短波紅外加熱乾燥條件 下噴動、旋轉，達到物料高效、均勻乾燥的目的。
物料顆粒在中短波紅外脈衝真空乾燥過程中運動方式物料顆粒在乾燥管內脈衝 噴動乾燥受到以下所述各力作用1、在乾燥管內脈衝氣體對物料產生向上的推動力；2、 物料顆粒與管道摩擦，產生物料顆粒轉動的摩擦力；3、物料顆粒之間由於尺寸差異、比重 不同產生摩擦，產生物料轉動的摩擦力；4、物料顆粒由於瞬時的內外壓差變化產生不同的 伸縮力及物料顆粒相互之間產生相應的擠壓力。在上述各力的作用下，物料在垂直真空幹 燥管內除向上移動外，同時，又產生轉動，從而帶來物料顆粒在空間位置分布周期性變化。 物料在乾燥初期、中期、後期含水率逐漸降低，本發明通過自動調整脈衝噴動的周期及氣體 流量，使物料在中短波紅外脈衝真空乾燥過程中達到最大位置及獲得同等的空間位置幾 率。由於物料噴動時間短(2s)，壓力波動範圍小，不會影響乾燥產品品質。
本發明的有益效果6·1、乾燥均勻由於物料在中短波紅外脈衝真空乾燥過程中，呈現周期性噴動、旋轉狀 態，實現物料均勻乾燥，成品均勻度達到98%以上，無需再次處理。避免了傳統中短波紅外 乾燥存在非常顯著的加熱不均勻現象。
2、效率高、成本低由於物料顆粒在中短波紅外脈衝真空乾燥過程中，獲得同等的 中短波紅外的功率機率，與傳統盤式中短波紅外脈衝真空乾燥相比物料顆粒乾燥速度快， 乾燥效率高、產量大、成本低。
3、投資小、操作方便由於物料在乾燥管內周期性噴動並連續乾燥，省去傳統龐大 的乾燥腔體，所以投資小，使用操作方便。
圖I為中短波紅外脈衝真空均勻乾燥一體化裝置示意圖1.進料閥，2.擋板閥，3.中短波紅外真空加熱腔體，4.中短波紅外發射管，5.乾燥管，6.乾燥顆粒樣品，7.氣體分 布器，8.乾燥管堵塞，9.氣體流量調節器，10.氣-固分離器，11.卸料器，12.冷卻器，13.制 冷機，14.真空貯罐，15.水環真空泵，16.控制面板。
圖2為中短波紅外發射管4及乾燥管5橫截面分布示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細地描述。
如圖I所示，一種中短波紅外與脈衝真空乾燥均勻乾燥一體化裝置，包括進料閥I 和擋板閥2，還包括中短波紅外加熱腔體3、中短波紅外發射管4、乾燥管5、乾燥顆粒樣品6、 氣體分布器7、乾燥管堵塞8、氣體流量調節器9、氣-固分離器10、卸料器11、冷卻器12、制 冷機13、真空貯罐14、真空泵15和控制面板16。進料閥I是顆粒物料進入乾燥管的入口， 並具有真空密封作用，擋板閥2是阻止物料進入氣-固分離器10，同時又是乾燥過程中水蒸 氣及空氣流動的通道，乾燥管5安裝在中短波紅外加熱腔體3內，顆粒物料在管內進行噴動 及乾燥，物料顆粒噴動高度及真空度波動範圍由氣體分布器7及氣體流量調節閥9控制，幹 燥過程中物料顆粒產生的高溫水蒸氣經氣-固分離器10在冷卻器12降溫，冷卻器12溫度 由制冷機13控制，中短波紅外加熱腔體3內及乾燥管5內真空壓力由真空貯罐14維持，真 空貯罐14與水環真空泵15相連。顆粒物料乾燥結束後，打開擋板閥2，調整氣體流量調節 器9，物料顆粒從真空乾燥管5進入氣-固分離器10，然後進入卸料器11。
本發明採用中短波紅外脈衝真空乾燥方式實現物料在管內噴動、旋轉，改變了傳 統盤式中短波紅外乾燥方式，增大物料乾燥過程中換熱面積、物料表面水分蒸發麵積，具有 乾燥均勻、效率高、產量大、投資少、成本低優點。
實施例I、土豆顆粒的中短波紅外脈衝真空均勻乾燥方法將新鮮土豆清洗乾淨，切成5mm-10mm的立方體。將200g 土豆顆粒放入微波爐中，在 800W微波功率下漂燙2min，漂燙結束後取出土豆顆粒，用冷風機去除表面附著水分。開啟 制冷機13，當冷卻器12溫度達到10°C後，將氣體分布器7及乾燥管堵塞8從乾燥管5低部 裝入乾燥管5，打開進料閥I及擋板閥2，將微波漂燙冷卻後的土豆顆粒放入乾燥管5內，關 閉進料閥I及擋板閥2，開啟水環真空泵15，當中短波紅外加熱腔體3內及乾燥管5內壓力 達到IOkPa,開啟中短波紅外發射管4電源及氣體流量調節閥9，中短波紅外發射管功率根據設定的顆粒物料溫度自動調整。顆粒物料最高溫度為55°C，在乾燥過程中每隔I分鐘記 錄溫度值，脈衝噴動周期根據預實驗數據進行設定，控制面板16根據設定參數自動調整氣 體流量調節器9，真空壓力波動範圍10-12kPa，恢復時間5s。設定的乾燥時間結束後，打開 擋板閥2，物料進入氣-固分離器10，最後從卸料器11中排出。
實施例2、香菇顆粒的中短波紅外脈衝真空均勻乾燥方法將新鮮香燕清洗乾淨，切成5mm-10mm的立方體。開啟制冷機13,當冷卻器12溫度達到 10°C後，將氣體分布器7及乾燥管堵塞8從乾燥管5低部裝入乾燥管5，打開進料閥I及擋 板閥2，將香菇顆粒放入乾燥管5內，關閉進料閥I及擋板閥2，開啟水環真空泵15，當中短 波紅外加熱腔體3內及乾燥管5內壓力達到15kPa，開啟中短波紅外發射管4電源及氣體流 量調節器9。中短波紅外發射管4功率根據設定的顆粒物料溫度自動調整，顆粒物料最高溫 度為50°C，在乾燥過程中每隔I分鐘記錄溫度值，脈衝噴動周期根據預實驗數據進行設定， 控制面板16根據設定參數自動調整氣體流量調節器9，真空壓力波動範圍15-18kPa，恢復 時間5s。設定的乾燥時間結束後,打開擋板閥2,物料進入氣-固分離器10,最後從卸料器 11中排出。8
權利要求
1.顆粒狀調理食品的中短波紅外與脈衝真空均勻乾燥一體化裝置，其特徵在於本裝置由進料閥(I)、擋板閥(2)、中短波紅外加熱腔體(3)、中短波紅外發射管(4)、乾燥管(5)、 乾燥顆粒樣品(6)、氣體分布器(7)、乾燥管堵塞(8)、氣體流量調節器(9)、氣-固分離器 (10)、卸料器(11)、冷卻器(12)、制冷機(13)、真空貯罐(14)、真空泵(15)和控制面板(16) 構成；進料閥(I)位於擋板閥(2)上部，擋板閥(2)位於乾燥管(5)上方，擋板閥(2)的閥板加工成孔板，防止乾燥過程中顆粒流失；中短波紅外加熱腔體(3)是圓柱型真空容器，中短波紅外發射管(4)設置在中短波紅外加熱腔體(3)中心及沿圓周方向均勻分布，數量為4-10 個，中短波紅外發射管(4)波長範圍為2. 4 Mm 3. O Mm ;乾燥管(5)均勻安裝在中短波紅外加熱腔體(3)內中短波紅外發射管(4)之間，乾燥管(5)是物料乾燥及流動的通道，中短波紅外加熱腔體兩端用封頭密封；氣體分布器(7)位於乾燥管堵塞(8)上部，氣體分布器(7) 和乾燥管堵塞(8 )放於乾燥管(5 )下部，乾燥管堵塞(8 )堵塞住乾燥管(5 )，氣體分布器(7 ) 通過管道與氣體流量調節器(9)相連接；氣-固分離器(10)位於中短波紅外加熱腔體(3) 右部，氣-固分離器(10)通過管道與乾燥管(5)出口相連，氣-固分離器(10)右邊連接冷卻器(12)，氣-固分離器(10)下部連接卸料器(11);制冷機(13)及真空貯罐(14)通過管道與冷卻器(12)相連接；真空泵(15)通過管道與真空貯罐(14)連接；控制面板(16)控制中短波紅外脈衝真空乾燥過程中真空壓力及波動範圍、中短波紅外發射功率、脈衝噴動氣體流量與脈衝噴動周期的設定及自動調節。
2.根據權利要求I所述的中短波紅外與脈衝真空均勻乾燥一體化裝置，其特徵在於 乾燥管(5)在中短波紅外加熱腔體(3)內垂直方向沿徑向排列，數量為3-10個。
3.根據權利要求I所述的中短波紅外與脈衝真空均勻乾燥一體化裝置，其特徵在於 乾燥管(5)管內徑為40-80_，管道材質採用不鏽鋼網孔板材料製作。
4.根據權利要求I所述的中短波紅外與脈衝真空均勻乾燥一體化裝置，其特徵在於 中短波紅外發射管(4)在中短波紅外加熱腔體(3)內垂直方向沿徑向排列，數量為4-10個。
5.根據權利要求I所述的中短波紅外與脈衝真空均勻乾燥一體化裝置，其特徵在於 中短波紅外發射管(4)功率根據物料設定溫度曲線由控制面板(16)自動連續跟蹤調節，在控制面板上由溫度控制來實現，誤差控制在±1°C。
6.根據權利要求I所述的中短波紅外與脈衝真空均勻乾燥一體化裝置，其特徵在於 在中短波紅外加熱腔體(3)圓周表面上一周均分設有四個觀察窗，觀察到物料在中短波紅外脈衝真空乾燥過程中，中短波紅外加熱腔體(3)內的物料變化狀態。
7.根據權利要求I所述的中短波紅外與脈衝真空均勻乾燥一體化裝置，其特徵在於 脈衝真空壓力波動範圍為5-100 kPa。
8.權利要求I所述中短波紅外與脈衝真空均勻乾燥一體化裝置的使用方法，其特徵在於物料通過進料閥(I)及擋板閥(2)進入乾燥管(5)，擋板閥(2)加工成孔板，防止乾燥過程中顆粒流失；乾燥管(5)是物料乾燥及流動的通道；中短波紅外加熱腔體(3)是圓柱型真空容器，中短波紅外發射管(4)均勻分布其內部，乾燥管(5)均勻安裝在中短波紅外加熱腔體(3)內，中短波紅外加熱腔體(3)兩端用封頭密封；氣-固分離器(10)連接中短波紅外加熱腔體(3 )內乾燥管(5 )出口，並通過管道與冷卻器(12 )連接；氣體分布器(7 )安裝在乾燥管(5)下部，並通過管道與氣體流量調節器(9)相連接，氣體流量通過控制面板(16)調節；由於物料在真空狀態下能夠實現噴動，採用該裝置實現物料在中短波紅外加熱乾燥條件下噴動、旋轉，達到物料高效、均勻乾燥的目的。
全文摘要
顆粒狀調理食品的中短波紅外與脈衝真空均勻乾燥一體化裝置及使用方法，屬於食品脫水及乾燥機械領域。本發明由進料閥、擋板閥、中短波紅外加熱腔體、中短波紅外發射管、乾燥管、氣體分布器、乾燥管堵塞、氣體流量調節器、氣-固分離器、卸料器、冷卻器、制冷機、真空貯罐、真空泵和控制面板構成。物料通過進料閥及擋板閥進入乾燥管，擋板閥加工成孔板，防止乾燥過程中顆粒流失。乾燥管是物料乾燥及流動的通道。中短波紅外加熱腔體是圓柱型真空容器，中短波紅外發射管均勻分布在腔體內，乾燥管均勻安裝在中短波紅外發射管之間。該裝置可實現物料在中短波紅外真空乾燥條件下噴動、旋轉，達到高效、均勻乾燥的目的，縮短乾燥周期40%以上，降低生產成本。
文檔編號A23L3/54GK102972848SQ20121053349
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月12日 優先權日2012年12月12日
發明者張慜, 王擁軍, 王玉川, 王洪彩, 徐豐民 申請人:江南大學