一种低压过热蒸汽一体化塔式干燥装置及方法

技术领域

本发明属于农产品干燥设备技术领域，涉及果蔬干品生产加工装置，特别涉及一种低压过热蒸汽一体化塔式干燥装置及方法。

背景技术

新鲜果蔬很容易受微生物或酶反应的影响，不耐贮藏、货架期短，对其进行干燥处理可以减少水的活性，限制微生物的滋生和化学反应，延长贮藏时间。

低压过热蒸汽干燥(LPSSD)指在低压环境中，利用过热蒸汽直接与被干燥物料进行接触而去除水分的一种干燥方式。由于其传热系数大、无传质阻力，干燥环境中没有氧气，且在低压环境下缓解了温度升高导致的产品质量劣化，近年来，低压过热蒸汽干燥被提出并应用于许多果蔬类热敏性物料。

超声波雾化器是一种利用超声波定向压强，使液体表面隆起，在隆起的液面周围发生空化作用，使液体雾化成小分子的气雾。它主要通过电子高频震荡(振荡频率为1.7MHz或2.4MHz,超过人的听觉范围，该电子振荡对人体及动物无伤害，不需加热或添加任何化学试剂。与加热雾化方式相比,能源可节省90％左右。

通过对公开专利的检索，发现4篇与本专利申请相似的公开专利文献：

对比文件1公开号为CN 105004150A，公开了一种超声强化低压过热蒸汽干燥的装置及方法。该干燥系统通过将超声强化装置应用在物料上，一方面减少了物料的初始冷凝，另一方面便于物料内部能量的吸收。该技术的主要问题在于：装置没有进行余热回收，设备分散，占地面积大，真空泵直接抽干燥箱容易对真空泵造成损坏。

对比文件2公开号为CN 106979669A，公开了一种微波-低压过热蒸汽干燥组合试验装置。该干燥系统通过引入微波，加快了物料内部水分的干燥速率。该技术的主要问题在于：装置无法保证物料在干燥室受热均匀，产品含水率无法保证。

对比文件3公开号为CN 103162520B，公开了一种带式低压过热蒸汽干燥装置。该干燥系统通过在干燥箱内部设置加热元件，减少了初始冷凝现象，且可以实现连续进料。该技术的主要问题在于：装置占地面积大，无法对余热实现利用，真空泵长时间直抽干燥室会对泵造成损坏。

对比文件4公开号为CN 102564095A，公开了一种低压过热蒸汽干燥褐煤的装置和方法。该干燥系统通过加热蒸发物料的水分，并经过热器过热后形成过热蒸汽在系统中进行循环。该技术的主要问题在于：该装置虽然设计了余热回收且可以多级串联进行工作，但在干燥过程中，经过导热油管的不同层物料会存在受热不均匀，无法保证产品干燥后的含水率。

由于低压过热蒸汽干燥装置需要的元件很多，增加了整个系统的复杂性，占地面积大，难以在市场上推广使用。此外，现有的装置中在干燥的同时无法保证物料受热均匀，致使干制品品质降低，生产效率下降。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低压过热蒸汽一体化塔式干燥装置及方法，余热回收装置的同时，引入超声蒸汽发生器，通过设置传送链，并对装置整体进行优化，实现装置一体化设计，在简化装置的同时，减少装置占地面积，提高物料干燥的均匀性，并使干燥过程更加节能高效。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种低压过热蒸汽一体化塔式干燥装置，其特征在于：包括水箱、限位开关电磁阀、液环真空泵及干燥塔，所述水箱一端通过限位开关电磁阀连接至所述干燥塔，所述水箱另一端连接有液环真空泵，所述干燥塔自上而下设置有排气阀、塔板传动单元、过热蒸汽发生单元及疏水阀，所述塔板传动单元包括电机、主动链轮、从动链轮、传送链及塔板，所述电机端部连接至所述主动链轮，所述主动链轮与所述从动链轮通过传送链连接，所述传送链上均匀间隔设置若干所述塔板；所述过热蒸汽发生单元包括超声发生器、超声雾化器、过热器及PLC温度控制器，所述超声发生器连接至超声雾化器，所述过热器设置于所述超声雾化器上端，所述过热器连接至所述PLC温度控制器。

而且，所述传动链的运动方向为逆时针运动。

而且，还包括余热一次回收单元，所述余热一次回收单元包括依次连接至第一调节阀、风机、压缩机及流量计，所述调节阀连接至所述干燥塔的塔顶，所述流量计连接至所述干燥塔内的过热器。

而且，还包括余热二次回收单元，所述余热二次回收单元包括冷凝器、换热器、第二调节阀、水泵、缓冲罐及第三调节阀，所述冷凝器的蒸汽进口连接至所述干燥塔的塔顶，所述冷凝器的蒸汽出口连接至所述缓冲罐，所述缓冲罐通过第三调节阀连接至所述水箱，所述缓冲罐连接至所述液环真空泵；所述冷凝器的冷凝水出口通过换热器连接至所述水箱，所述水箱通过第二调节阀及水泵连接至所述冷凝器的冷凝水进口。

一种低压过热蒸汽一体化塔式干燥方法，其特征在于：所述方法的步骤为：所述方法的步骤为：

1)预热：将过热器开启为干燥塔进行预热，同时开启电机带动传送链和塔板进行运动，观察干燥塔内温度，直至温度上升到工作压力下的饱和温度；

2)添加物料：打开干燥塔的进/出料口，将盛放有待干物料的托盘依次放入传动链上的塔板，放置完毕后关闭进/出料口；

3)物料干燥：打开液环真空泵，将干燥塔内压力由常压降至期望的工作压力，随后液环真空泵间歇式工作，保证塔体内部真空度；开启超声发生器和超声雾化器对进入干燥塔内的水进行雾化形成水雾，产生的水雾通过干燥塔中的过热器加热至过热状态，上升至塔板对塔板上的物料进行干燥，通过温度采集过热蒸汽温度并结合PLC温度控制器来维持过热蒸汽的温度；

4)余热回收：启动余热第一回收单元，在干燥的同时，改变第一调节阀的开度，同时开启风机和压缩机；部分干燥后的二次蒸汽经压缩机的压缩后升温升压并再次接入干燥塔的过热器处进行过热至需要的过热蒸汽温度，实现对部分二次蒸汽的余热回收；

同时启动余热第二回收单元，在干燥开始的同时，控制第二调节阀和水泵，对剩余二次蒸汽进行冷凝，冷凝器的冷凝水出口连接水箱，冷凝水在回到水箱前通过换热器，对再次经限位开关电磁阀通入干燥塔的水进行预热，冷凝器的蒸汽出口接入缓冲罐中，并通过第三调节阀适时开启将缓冲罐中水分送回水箱；

5)干燥卸料：待物料干基含水率降至安全含水率后，关闭过热蒸汽发生单元及液环真空泵，打开排气阀以破坏干燥塔内的真空，开启干燥塔内进/出料口并依次取出各塔板上的干燥成品，打开疏水阀排除干燥塔底多余的水分，最后关闭塔板传动单元，干燥结束。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明的低压过热蒸汽一体化塔式干燥装置，通过调节第一调节阀的开度，部分干燥后的二次蒸汽经压缩机的压缩后升温升压后再次接入干燥塔的过热器处进行过热至需要的过热蒸汽温度，实现对部分二次蒸汽的余热回收，保证干燥装置的工作稳定性。

2、本发明的低压过热蒸汽一体化塔式干燥装置，通过调节第二调节阀及水泵，对干燥剩余的二次蒸汽进行冷凝，并换热进入水箱，作为干燥塔的储备水源，同时向干燥塔内输送带有一定热量的水，减少水分成为过热蒸汽的能耗。

3、本发明的低压过热蒸汽一体化塔式干燥装置，干燥塔内通过传动链带动塔板运动，使物料受热均匀，保证干燥产品品质。

4、本发明的低压过热蒸汽一体化塔式干燥装置，干燥过程中不含有氧气，因此可在干燥过程中有效避免氧化反应；低压环境避免了较高的干燥温度对热敏性物料成分的分解。

5、本发明的低压过热蒸汽一体化塔式干燥装置，以超声发生器和超声雾化器作为过热蒸汽发生单元，通过超声波在隆起的液面周围发生空化作用，使液体变成水雾，相比于传统的蒸汽发生装置大大节约了产生蒸汽所需的能耗。

6、本发明的低压过热蒸汽一体化塔式干燥装置，相比于传统低压过热蒸汽干燥装置，在结构上进行了优化，将蒸汽发生单元、过热器及干燥塔板整合在干燥塔内，保证干燥系统整体的气密性，既将装置实现一体化，降低了操作难度，同时减少了整体装置的占地面积。

7、本发明的低压过热蒸汽一体化塔式干燥装置，运用MVR技术回收部分二次蒸汽潜热，通过对二次蒸汽压缩得到更高温的蒸汽，并通过流量计、温度计和压力表控制调节阀开度，保证系统稳定性，这在低压过热蒸汽余热回收方面具有显著的节能效果。

8、本发明设计科学合理，余热回收装置的同时，引入超声蒸汽发生器，通过设置传送链，并对装置整体进行优化，实现装置一体化设计，在简化装置的同时，减少装置占地面积，提高物料干燥的均匀性，并使干燥过程更加节能高效。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明塔板传动单元的K向结构示意图。

附图标记说明

1.水箱，2.第二调节阀，3.第三调节阀，4.缓冲罐，5.液环真空泵，6.水泵，7.限位开关电磁阀，8.干燥塔，9.疏水阀，10.超声发生器，11.超声雾化器，12.过热器，13.PLC温度控制器，14.电机，15.传送链，16.塔板，17.排气阀，18.流量计，19.第一调节阀，20.风机，21.压缩机，22.冷凝器，23.进/出料口，24.从动链轮，25.主动链轮，26.换热器。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种低压过热蒸汽一体化塔式干燥装置，其创新之处在于：包括水箱1、限位开关电磁阀、液环真空泵5及干燥塔8，所述水箱一端通过限位开关电磁阀7连接至所述干燥塔，所述水箱另一端连接有液环真空泵，所述干燥塔自上而下设置有排气阀17、塔板传动单元、过热蒸汽发生单元及疏水阀9，所述塔板传动单元包括电机14、主动链轮58、从动链轮24、传送链15及塔板16，所述电机端部连接至所述主动链轮，所述主动链轮与所述从动链轮通过传送链连接，所述传送链上均匀间隔设置若干所述塔板；所述过热蒸汽发生单元包括超声发生器10、超声雾化器11、过热器12及PLC温度控制器13，所述超声发生器连接至超声雾化器，所述过热器设置于所述超声雾化器上端，所述过热器连接至所述PLC温度控制器。

还包括余热一次回收单元，所述余热一次回收单元包括依次连接至第一调节阀19、风机20、压缩机21及流量计18，所述调节阀连接至所述干燥塔的塔顶，所述流量计连接至所述干燥塔内的过热器。

还包括余热二次回收单元，所述余热二次回收单元包括冷凝器22、换热器26、第二调节阀2、水泵6、缓冲罐4及第三调节阀3，所述冷凝器的蒸汽进口连接至所述干燥塔的塔顶，所述冷凝器的蒸汽出口连接至所述缓冲罐，所述缓冲罐通过第三调节阀连接至所述水箱，所述缓冲罐连接至所述液环真空泵；所述冷凝器的冷凝水出口通过换热器连接至所述水箱，所述水箱通过第二调节阀及水泵连接至所述冷凝器的冷凝水进口。

一种低压过热蒸汽一体化塔式干燥方法，其创新之处在于：所述方法的步骤为：所述方法的步骤为：

1)预热：将过热器开启为干燥塔进行预热，同时开启电机带动传送链和塔板进行运动，观察干燥塔内温度，直至温度上升到工作压力下的饱和温度；

2)添加物料：打开干燥塔的进/出料口23，将盛放有待干物料的托盘依次放入传动链上的塔板，放置完毕后关闭进/出料口；

3)物料干燥：打开液环真空泵，将干燥塔内压力由常压降至期望的工作压力，随后液环真空泵间歇式工作，保证塔体内部真空度；开启超声发生器和超声雾化器对进入干燥塔内的水进行雾化形成水雾，产生的水雾通过干燥塔中的过热器加热至过热状态，上升至塔板对塔板上的物料进行干燥，通过温度采集过热蒸汽温度并结合PLC温度控制器来维持过热蒸汽的温度；

4)余热回收：启动余热第一回收单元，在干燥的同时，改变第一调节阀的开度，同时开启风机和压缩机；部分干燥后的二次蒸汽经压缩机的压缩后升温升压并再次接入干燥塔的过热器处进行过热至需要的过热蒸汽温度，实现对部分二次蒸汽的余热回收；

同时启动余热第二回收单元，在干燥开始的同时，控制第二调节阀和水泵，对剩余二次蒸汽进行冷凝，冷凝器的冷凝水出口连接水箱，冷凝水在回到水箱前通过换热器，对再次经限位开关电磁阀通入干燥塔的水进行预热，冷凝器的蒸汽出口接入缓冲罐中，并通过第三调节阀适时开启将缓冲罐中水分送回水箱；

5)干燥卸料：待物料干基含水率降至安全含水率后，关闭过热蒸汽发生单元及液环真空泵，打开排气阀以破坏干燥塔内的真空，开启干燥塔内进/出料口并依次取出各塔板上的干燥成品，打开疏水阀排除干燥塔底多余的水分，最后关闭塔板传动单元，干燥结束。

本实施例对初始干基含水率为3.5±0.3kg/kg d.b的香蕉片进行干燥，香蕉片成熟度为7-8成，直径15±3mm，厚度3±0.5mm，要求干燥后的物料干基含水率为0.087kg/kgd.b。单套干燥设备为处理量50kg/次。

被干燥香蕉片的特性是：初始干基含水率为3.5±0.3kg/kg d.b，干燥过程主要除去物料内部的自由水；香蕉作为热敏性物料对干燥的温度和时间，干燥介质的性质都比较敏感。考虑到此次干燥过程中干燥的水份较多、处理量大，且对干燥后产品的干基含水率要求较高，因此需要考虑干燥过程的均匀性，并确定合适的干燥压力和温度实现干燥速率的提升。根据以上条件，采用本发明涉及的低压过热蒸汽干燥方法，通过在干燥塔设置传送链并通过超声产生蒸汽，在合适的蒸汽流量下提高干燥效率、减少能耗的同时，保证干燥后产品的品质。

果蔬低压过热蒸汽一体化塔式干燥装置的工艺条件为：干燥处理香蕉片的能力为50kg/h，由真空泵维持整体干燥环境的压力，干燥过程中干燥室压力为0.009MPa。干燥介质为过热蒸汽，水由水箱提供，经电磁阀控制进入干燥室底部。通过控制超声发生器并将过热器设置在90℃，使通过物料的干燥介质是流量为110kg/h、温度为90℃的过热蒸汽。

传送链在干燥过程中逆时针转动，与上升的过热蒸汽形成对流，保证过热蒸汽与物料之间的充分接触。在干燥结束后，整个装置断电，打开排气阀使干燥塔恢复至常压，开启塔底部的疏水阀，将塔内积水排净。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。