本发明是关于热敏物料的干燥方法及其实施装置。本发明用于食品工业,例如用来生产乳清与蛋黄和蛋清的冷冻混合物;用于微生物工程中制取酶的实验标本;用于化学、医学领域以及工业的其它部门。 人所共知的热敏物料干燥装置例如有假液化层机(СТабНИкоВВ.Н.等著。食品生产工艺及设备。莫斯科·农工出版社1985年版,第360页)。
该装置由两个干燥室组成,它们上下叠装在一起,用一个气体分配格板隔开。与排气管和装料槽相连接的上干燥箱用于处理湿料,而与接管相连接的部分用来卸出干料。
湿料由装料槽被送到气体分配格板上。热气从下干燥室以高速度通过格板的孔进入上干燥室,物料在格板上被处理成假液化状态。然后干料通过接管被收集起来。
上面的假液化层机的生产率不高。这是由于会出现烤焦产品的现象,在干燥热敏物料时送入的载热体不能保持高温状态;而在低温下进行干燥,载热体势必要以较长的时间接触物料,这样做法地本身便会降低其干燥产品的质量。
热敏物料喷涌层干燥法(СажИН 5.C.著,干燥技术的原理,莫斯科,化学出版社1984年版,第91页)也是为人熟知的。
湿料从装料槽被送进干燥室,它在干燥室内被通过轴向喷嘴喷出的载热体吸住。
物料在干燥室内进行激烈的循环运动,直止干燥的微粒较轻时由载热体带入旋风分离器内为止。
然而,用这种方法不能取得全部质量的水份及完全均匀一致的优质物料,这是因为微粒在循环气流中经过的轨迹各不相同。此法不能用于干燥悬浮体和高湿度的糊状物料。
热敏物料的干燥方法及其实施装置(著作证号苏联№1192764 A23B 5/02.84年10月17日颁发)也是著名的。
该方法包括将热敏物料雾化在惰性体上,这些惰性体是始终在不致超过损坏热敏物料的温度下沿着载体气流内的封闭回路循环运动。
此方法的实施装置包括装一个出料管的带锥底的园柱形干燥室,在锥底内沿干燥室的中心线装一根带底座的盲管,这个底座与锥底的壁构成一个进载热体的环形槽;在干燥室的壁上设置着若干只进湿热敏物料的喷嘴。
上述方法及其实施装置不能获得全部质量均含低水份的优质产品。
该方法在干燥高粘度的物料时不能实行连续作业,结果,低生产率就成了它的缺点。
解决存在的问题就是本发明的基础。解决的途径是通过选择热力及气动规范,制定热敏物料的干燥方法;而且通过在壳体内设置若干附加元件的方法制造出实施装置。而这些附加元件应保证各种粘度的待干燥热敏物料在高生产率的工艺条件下达到高质量。此任务以建议将食品热敏物料雾化在惰性体上的干燥方法得到了解决。即:使惰性体在符合本发明规定的升温条件下在气流1/3横截面之内的上部沿着载热体气流内的封闭回路循环运动;并使载热体以高于气流其余部分2~3倍速度的轴向速度作旋转运动。
在这样的条件下实行这一工艺,可以保证以较短的时间使各种粘度的热敏物料得到均匀的深度干燥,同时可以避免热敏物料被烤焦和损坏。因此,在明显加强工艺规程的条件下,用本方法可以取得高质量的产品。
为了在保持已干物料良好质量指标条件下缩短工艺过程,可按以下方式合理利用载热体的气流。即将载热体的导入速度取为21~27米/秒、温度取为220~260℃,使温度梯度顺着载热体气流保持在120~150开氏度/分;或者,将载热体的速度取为14~19米/秒、温度取为170~190℃,使温度梯度顺着载热体气流保持在90~120开氏度/分。
为了达到工艺的最大生产率,最好惰性体的循环时间在2~3秒的范围内选择,而惰性体的容积分率取为0.2~0.25。
为了实施所建议的食品热敏物料的干燥方法,制作了这样一种装置。即该装置包括装一根出料管和若干只喷送热敏物料喷嘴的锥底园柱形干燥室,在锥底中沿干燥室的中心线装一根带底座的盲管,使底座与锥底的壁构成进载热体的环形槽;按照本发明,在园柱形干燥室的出料管那面装一张网子并在网子的下面装一个固定在轴上的螺旋搅拌器,而且使这根轴与干燥室的中心线成60~90°角并按装在距中心线的最小及距离上。R为干燥室的半径。
此装置靠惰性体运动,高速区的形成可以明显地强化干燥工艺。在这些高速区内造成了粉碎已干燥的物料,特别是粉碎高粘度物料的最佳条件。
螺旋搅拌器的轴应布置在距干燥室中心线的0.6~0.7R距离上,轴至网子的距离应该合理,最好在0.65~0.75R范围内。在此条件下,螺旋搅拌器的直径应在0.4~0.5R范围内。
为了使热敏物料更均匀地送到惰性体上,将起雾化作用的喷嘴沿着锥底上部的周围安装。
最好在网子的下面沿园柱形干燥室的周围在轴上装若干个附加螺旋搅拌器,每根轴上固定两个螺旋搅拌器。这样便可保证惰性体被均匀地送入载热体的高速区并且造成粉碎已干物料的良好条件而不降低其质量。
现在列举热敏物料干燥实施方法的几个具体例子。
例子1
载热体-加热至温度260℃的、并以26米/秒的速度送入干燥区的洁净空气、保证容积百分率为0.20的惰性体、以2.3秒钟的时间在干燥区内沿着封闭回路反复循环运动。惰性体乃是由边长3毫米的立方形氟塑料制成的。载热体在气流1/3横截面之内的上部,以54米/秒的轴向速度作旋转运动。温度梯度沿着气流保持在150开氏度/分。将含质量%29的干物质的高粘度干酪乳清加温到50℃,雾化到在载热体气流内循环运动的惰性体上。惰性体在落入载热体旋转运动区的同时,其运动的速度加快了它们的飘落速度,这样便加剧了它们相互间的作用。干的产品即被粉碎,随之由载热体将其从干燥区内带出。
惰性体依靠离心力对其产生的作用重新返回载热体气流内,并沿着封闭的回路继续循环。
至此,制成品与载热体分离。干燥物质的含量为质量%的96。在干燥过程中从物料内驱出的水分为61公斤/时。制成品的可溶性为0.6毫升干酪沉积量。
例子2
载热体-加热至温度190℃,并以19米/秒的速度送入干燥区的洁净空气,保证容积百分率为0.25的惰性体以2.5秒钟的时间在干燥区内沿着封闭回路反复循环运动。惰性体乃是由边长5毫米的立方形氟塑料制成的。载热体在气流1/3横截面之内的上部以57米/秒的轴向速度作旋转运动。温度梯度沿着气流保持在120开氏度/分。将含干燥物质为质量的18.5%的高粘度费布鲁(феблу)浓缩食品加温到70℃,雾化到在载热体气流内循环运动的惰性体上。惰性体在落入载热体旋转运动区的同时,其运动速度加快了它们的飘落速度,这样便加剧了它们相互间的作用。干的产品即被粉碎,随之由载热体将其从干燥区内带出。
惰性体依靠离心力对其产生的作用,重新返回载热体气流内,并沿着封闭的回路继续循环。
至此,制成品与载热体分离。干燥物质的含量为质量的95.4%。在干燥过程中从物料内驱出的水分为96.4公斤/时。制成品的可溶性为0.65毫升干酪沉积量。
例子3
载热体-加热至温度220℃,并以21米/秒的速度送入干燥区的洁净空气,保证容积百分率为0.2的惰性体,以2秒钟的时间在干燥区内沿着封闭回路反复循环运动。惰性体乃是由边长4毫米的立方形氟塑料制成的。载热体在气流1/4横截面之内的上部,以42米/秒的轴向速度作旋转运动。温度梯度沿着气流保持在120开氏度/分。将加温到70℃的净牛奶代用品、雾化到在载热体气流内循环运动的惰性体上。惰性体在落入载热体旋转运动区的同时,其运动速度加快了它们的飘落速度,这样便加剧了它们相互间的作用,干的产品即被粉碎,随之由载热体将其从干燥区内带出。
惰性体依靠离心力对其产生的作用重新返回载热体气流内并沿封闭的回路继续循环。
至此,将制成品与载热体分开,并检查其可溶性的质量。其可溶性应为0.7毫升干酪沉积量。制成品应含质量为98%的干燥物质,在干燥过程中从物料内驱出的水分为145公斤/时。
例子4
载热体-加热至温度170℃,并以14米/秒的速度送入干燥区的洁净空气,保证容积百分率为0.25的惰性体,以3秒钟的时间在干燥区内沿着封闭回路反复循环运动。惰性体乃是由边长3毫米的立方形氟塑料制成的。载热体在气流1/3横截面之内的上部,以42米/秒的轴向速度作旋转运动。温度梯度沿着气流保持在90开氏度/分。将加温到70℃的净牛奶代用品,雾化到在载热体气流内循环运动的惰性体上。惰性体在落入载热体旋转运动区的同时,其运动速度加快了它们的飘落速度,这样便加剧了它们相互间的作用,干的产品即被粉碎,随之,由载热体将海从干燥区带出。
将制成品与载热体分开,并检查其可溶性的质量。其可溶性应为0.72毫升干酪沉积量。制成品应含质量为97%的干燥物质。干燥过程中从物料内驱出的水分为120公斤/时。
惰性体依靠离心力对其产生的作用,重新返回载热体气流内,并沿着封闭回路继续循环。
下面将根据本发明参考图纸,介绍用于实施方法的装置。
图1是表示热敏物料干燥用的装置略图。
图2是表示图1Ⅱ-Ⅱ部位的剖面图。
被推荐的热敏物料干燥装置(图1)包括带锥底2的园柱形干燥室1,在锥底内沿着干燥室的中心线装有一根带底座4的盲管3、底座与锥底2的壁构成一个进载热体的环形槽5。
沿锥底2上部的周围,装有若干只将热敏物料雾化在惰性体上的喷嘴6。喷嘴的布置方法应保证将物料送到载热体温度最高的区域内。
因为物料的水分高,将物料烤透和干燥不会改变质量。热敏物开始干燥时只是在稍许加温的条件下将洁净液体进行绝热蒸发。然后在柔和条件下进行快速干燥。干燥工艺借助喷嘴6的上述布置方法得到了明显的加强。
园柱形干燥室1在对应于锥底2的那一端装有一个利用载热体气流排出干燥的出料管7。
在干燥室1内靠出料管那一端装有一个网子8,在网子下面装了一台固定在轴10上的螺旋搅拌器9,而这根轴与干燥室1的中心线成60~90°角安装在距此中心线最小R的距离上。R为干燥室1的半径。为了保持实现干燥工艺的最佳条件,较为理想的是将螺旋搅拌器9的轴10布置在距干燥室1中心线0.6~0.7R的距离上,从轴到网子8的距离应在0.65~0.75R的范围内,同时,螺旋搅拌器9的直径应在0.4~0.5R的范围内。
还可以采用在轴12上(图2)安装若干个附加螺旋搅拌器11的方案。在此情况下可以合理地在每根轴12上安装两个搅拌器11和13。搅拌器11和13的叶片直径小于一个搅拌器9的直径。载热体加速区的总容积不超过在上部的气流1/3横截面。
轴10、12与电动机14相连接,而电动机借助支架15固定在干燥室1的壁上。干燥室1装一根送惰性体的进料管16和盖子17。此装置按如下的方式进行工作:即将边长为2~5毫米的氟塑料所制成的立方形惰性体通过进料管16撒入干燥室1内,再通过环形槽5送入载热体-将加热至温度170~260℃的洁净空气以14~27米/秒的速度送入。
由盲管3、锥底2和干燥室1的壁所形成的载热体气流将惰性体托起,惰性体便开始沿着封闭回路进行循环运动。以调整载热体的送入速度来保持惰性体2~3秒的循环时间。为了将温度梯度沿着气流保持在90~150开氏度/分的范围内,最好将出料管7出口处的载热体温度控制在恒温状态。
固定在轴10上的搅拌器9由电动机带动旋转。搅拌器在载热体气流1/3横截面以内的上部气流内造成一个加快惰性体飘落速度的载热体高速区。在该区内载热体的轴向速度比气流其余部分的速度高2~3倍。当惰性体的运动稳定下来时,打开喷嘴6将食品热敏物料雾化在惰性体上;但事先应将该物料用不致使其损坏的温度进行预热。
在惰性体上的待干燥热敏物料由载热体送到螺旋搅拌器9的工作区内。当惰性体从搅拌器9的叶片旁经过时便受到撞击,这样便使干燥的产品得到粉碎。
此外,惰性体在这个区内得到加速和沿曲线轨迹运动的同时,开始加剧彼此之间和与网子8之间的相互作用,这样干燥的产品进一步被粉碎。惰性体在离心力的作用下以高速度飞向干燥室1的四周壁上,落下来后,重新被载热体气流托起来。
干燥产品的粉末与载热体一起通过网子8和出料管7从装置内卸出。然后干燥的产品与返回装置的载热体分离。
由于气流的速度高于惰性体飘落的速度,因此,当载热体气流停止旋转时,惰性体仍然被压送到网子上。
对螺旋搅拌器9的布置,考虑了按达到规定水分的要求下尽可能缩短热敏物料在干燥区的停留时间。
这样便可避免食品热敏物料被烤焦和损坏,也即是提高了干燥产品的质量。
由搅拌器9的叶片和网子8保证粉碎物料和将物料从干燥区排出的最佳条件。这一点在干燥高粘度物料时特别重要。
沿干燥室1周围在轴12上安装若干附加螺旋搅拌器11的方法可以保证惰性粒子更均匀地通过载热体的高速区。
在一根轴12上安装两个搅拌器11、13时,可以沿着轴按载热体气流的方向均匀地传递补偿气流能量耗散的搅拌器转动推力。
这点对于干燥产品的粉碎和加强干燥工艺都有良好的影响。
下表内列出了在干燥室1内的轴10上安装搅拌器9的尺寸要求和牛奶的干代用品之溶解度。
从表中得出,当安装角度小于60°时,产品质量急剧下降。
对此的解释是:在搅拌器9之后的载热体气流的重新分配,造成了沿横截面的载热体气流的速度处于均速状态,以及惰性体对网子8的撞击力不足以粉碎已干燥的产品;产品继续停留在干燥区内,因而降低产品的质量。
如将此角度加大到90°以上,则会出现搅拌器9的叶片将气流下导的现象,同时破坏热敏物料雾化在惰性体上的稳定性。
当搅拌器叶片的直径为0.4~0.5R时,搅拌器9的轴10安装在距干燥室1中心线的0.6~0.7R的距离上,而到网子8的距离则为0.65~0.75R。这一安装位置决定着载热体气流区容积上部的惰性体运动轨迹。
在此过程中,产品靠它们相互之间及与干燥室1壁的相互撞击从惰性体上剥离。
如减小搅拌器至干燥室1壁之间的距离,或者缩短网子8的长度,会出现干燥产品粉碎不足、造成产品的过热。如加大距离,则会导致气流的重新分配,以及惰性体撞到网子8上的速度不能保证剩余部分干燥产品粉碎所需的撞击力。这样便会明显地降低产品质量。