專利名稱：微波連續凍干系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種以微波能為熱源的連續式真空冷凍干燥系統，屬于冷凍干燥技術 領域。
背景技術：
真空冷凍干燥(以下簡稱凍干)，是在攝氏零度以下，甚至是(-60)-(-70) °C，且真 空缺氧的條件下進行的。在干燥過程中，可最大限度降低被加工物料(以下簡稱物料)中 的化學、生化反應發生；減少其中成份的揮發；干燥后基本不出現干縮、變形。與普通干燥 方式相比，可良好的保持物料原始形狀及成份。目前凍干主要應用于醫藥、食品、生物、化 工等領域。凍干已經歷了上百年的發展、已形成了第二代凍干設備系統。二代凍干設備通過 托盤裝料/輻射加熱的方式改良了一代設備隔板加熱均勻性的問題，也出現了連續凍干設 備，改進了批次凍干裝卸料等輔助時間過長的生產效率問題。但始終沒能提高傳熱的效率， 真空中無法對流傳熱，僅靠熱輻射和導熱性能較差的物料本身傳熱，隨著物料由表及里逐 層干燥，后期傳熱成為最大難題，通常需要長達15-30小時，物料才能達到合格的含水率。微波加熱凍干(以下簡稱微波凍干)中，因微波擁有的體積加熱效應可分布于物 料內部空間，使物料內外各部分同時得到升華所需能量，從而突破傳熱的困難。實用新型專 利0324914. 7提出的“用于食品生產的微波冷凍干燥設備”只是將微波能作為傳統凍干傳 熱的簡單代替，且僅為批次生產設備，輔助時間較長，該專利中并未顯示其致命缺陷，凍干 所需真空壓力一般在l-610Pa之間(既水可由固相直接轉化為氣相的壓力范圍內)，而此真 空壓力正是微波場強較易擊穿的區間，頻繁發生放電現象，并有可能損壞物料和設備，難以 實現其工業化應用。此外還有一些具體應用到某種物料的微波凍干工藝或設備，除開其物 料處理配方的變化，微波在其中的應用方式基本相似，均未能解決凍干所需真空壓力范圍 下微波擊穿放電的問題。而且傳統凍干倉只有一個凍干倉，即只有真空微波倉一個倉室，微 波是直接饋入的；也沒有在結構上做出限制微波進入捕水系統。中國專利CN200979336還公開了一種“連續式微波真空干燥加工設備”，該專利涉 及于物料能自動連續地在高真空和高溫高壓下進行不同用途、不同配置情況下的加工冷 凍干燥、深冷凍結、真空預冷、干燥、滅菌等加工處理。主要設置有物料輸送網帶、進料倉、進 料密封裝置、物料勻布裝置、刮料裝置、真空倉、微波磁控管裝置、真空口、出料密封裝置、密 封壓力液供給系統和回液系統、U型密封圈反壓密封系統、物料輸送網帶依次連接而組成。 該專利技術只是提供了一種進出密封容器的裝置；簡單的在真空腔上安裝了微波磁控管裝 置，沒有考慮到“微波真空電場擊穿”現象，密封性能差，微波產生容易將電場擊穿，導致凍 干無法進行。并且該專利的真空凍干倉采用單倉模式，既真空管道與微波直接作用于凍干 倉中。
發明內容
本發明的目的是提供一種快速的、具有多種物料凍干適用性的微波連續凍干系 統。該系統是針對傳統凍干需15-30小時(物料冷凍干燥至合格水分需15-30小時)，凍干 周期長，設備巨大，成本昂貴，效率低等的缺陷，采用復合凍干倉，縮短了凍干時間，解決了 凍干所需真空壓力范圍下微波擊穿放電的問題，密封性能好，產生的微波不能將電場擊穿， 本發明凍干裝置的進料、凍干、出料同時進行，利用率高；由于采用了復合式凍干倉和連續 進出料方式，物料在真空微波腔中凍干的過程是連續的，真空捕水裝置利用率高；凍干速率 快，能夠有效地實現自動工業化應用。本發明的具體實施方案如下一種微波連續凍干系統，包括微波真空凍干裝置、真空捕水裝置、真空進料裝置、 真空出料裝置，其中，微波真空凍干裝置包括微波發生器、微波天線、常壓微波腔、真空微波 腔、真空隔板、多孔透氣微波屏蔽板、低損耗輸送帶、前端真空微波抑制器、后端真空微波抑 制器，其特征在于在微波真空凍干裝置中設置有由常壓微波腔和真空微波腔組成的復合 式凍干倉，在常壓微波腔和真空微波腔之間由可透過微波的真空隔板進行分隔，真空微波 腔與真空捕水裝置的蒸汽通道相連，在真空微波腔與蒸汽通道之間由由多孔透氣微波屏蔽 板進行隔開。本發明所述的真空捕水裝置包括蒸汽通道、真空管道、真空閥、冷阱、真空泵，所述 的蒸汽通道可以在真空微波腔的上方或者下方。本發明所述的真空進料裝置包括進料真空倉、進料真空倉外閥門、進料真空倉內 閥門、進料端冷阱、進料端真空泵，真空進料裝置位于真空微波抑制器前端。進料端冷阱用 于捕捉進料真空倉抽真空時，新進物料升華出的水蒸汽。本發明所述的真空出料裝置包括出料真空倉、出料真空倉外閥門、出料真空倉內 閥門、出料端真空泵，真空出料裝置位于真空微波抑制器后端。本發明在微波真空凍干裝置中采用了 一種復合式凍干倉，是為了防止微波真空電 場擊穿；所述的復合式凍干倉包括常壓微波腔和真空微波腔，微波是經過常壓微波腔饋入 真空微波腔。本發明所述的真空隔板采用了微波低損耗材料制成，既可隔離真空，又可使微波 穿透；所述的微波低損耗材料是指采用無毒、無異味、具有一定強度、一定耐溫能力的聚四 氟乙烯，或者聚乙烯、聚丙烯、石英玻璃以及同類上述性質的材料。本發明所述的多孔透氣微波屏蔽板的作用是既可使氣體通過，又可阻斷微波進入真 空捕水裝置；所述的多孔透氣微波屏蔽板呈板狀且開有均勻的孔，？L徑在0 6mm-0 60mm之間。本發明所述的低損耗輸送帶是四氟涂覆玻纖帶或者四氟玻纖網帶，是無孔或者有 孔的平帶，是指對微波具有低吸收、高透性能的輸送帶。本發明所述的進料真空倉和出料真空倉的真空進、出料是以1-10分鐘為周期間 歇工作的。但是這個間歇周期很短，物料在微波真空凍干裝置中的運行是連續的。其目的 是為了防止大氣在隨進料或者出料過程中進入微波真空凍干裝置。本發明所述的進料真空倉為垂直式或者水平式進料方式。常壓微波腔與真空隔板間的距離為200-500mm。本發明所述的常壓微波腔上微波天線(2)所在平面與真空隔板的距離，即常壓微波腔的高度，為120-1700mm。本發明的工作運行如下將已經預凍至共晶點以下3_15°C物料(25)經進料真空倉(16)進入微波真空凍干 裝置中，連續、均勻的鋪放在勻速運動的低損耗輸送帶上，從前端真空微波抑制器進入復合 式凍干倉的真空微波腔，在低損耗輸送帶的帶動下勻速的向后端真空微波抑制器運動，最 終從出料真空倉中輸出；物料(25)在真空微波腔中運動的同時受到微波的體積加熱作用， 物料內部及表面同時得到升華熱，使其中的結晶水快速升華、干燥。在此期間，通過調節微 波發生器產生的微波功率和低損耗輸送帶的輸送速度，控制物料在真空微波腔中的停留時 間，使其運行至真空微波腔未端時達到凍干終了。本發明的優點在于1.本發明凍干系統利用率高進料、凍干、出料同時進行。2.本發明真空捕水裝置利用率高傳統凍干方式采用間歇凍干方式，其凍干過程 中，物料中水分總量隨升華進行而越來越少，升華的水蒸氣總量也呈曲線下降，真空捕水裝 置可以捕獲的水分也將隨之下降，不能充分利用捕水裝置的效率；而本發明系統由于采用 了復合式凍干倉和連續進出料方式，物料進出真空微波腔的總量是保持恒定的，真空微波 腔中物料含水總量也是恒定的，物料在凍干過程中，水分升華量也是恒定的，真空捕水裝置 可自始至終處于高效率捕水工作中，提高了捕水裝置的效率。消除了微波凍干系統中的微 波真空電場擊穿現象。3.凍干速率快由于消除了設備中的微波真空電場擊穿現象，可向真空微波腔輸 入高功率微波能，配合大功率真空捕水裝置，根據物料材質及含水量的不同，可在20至120 分鐘內完成凍干過程。4.可實現單系統大產量傳統凍干一般一個凍干周期需20小時以上，一般不以產 量做主要技術參數，以凍干面積折算產量，400平米的凍干設備(人工裝料、卸料時間需幾 個小時)，一個凍干周期(日產量)一般為100-200公斤。而本發明采用微波加熱及連續化 生產方式，使凍干過程時間大幅縮短，沒有裝料、卸料的周期，從而實現單系統大產量。
制本發明
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明，但不以任何方式限
ο
圖1是捕水器在上方的系統平面布置示意圖 圖2是圖1所示系統的A-A面剖示意圖 圖3是圖1所示系統的B-B面剖示意圖 圖4是捕水器在下方的系統平面布置示意圖 圖5是圖4所示系統的C-C面剖示意圖 圖6是圖4所示系統的D-D面剖示意圖 圖7是水平進料的進料裝置平面示意圖 圖8是圖7所示進料裝置E-E面剖示意圖 圖中(1)微波發生器 (2)微波天線 (3)復合式凍干倉 (4)常壓微波腔 (5)真空微波腔 (6)真空隔板
(7)多孔透氣微波屏蔽板(8)低損耗輸送帶(9)前端真空微波抑制器
(10)后端真空微波抑制器(11)蒸汽通道(12)真空管道
(13)真空閥(14)冷阱(15)真空泵
(16)進料真空倉(17)進料真空倉外閥門(18)進料真空倉內閥門
(19)進料端冷阱(20)進料端真空泵(21)出料真空倉
(22)出料真空倉外閥門(23)出料真空倉內閥門(24)出料端真空泵
(25)物料(26)外部輸送機
具體實施例方式實施例1—種微波連續凍干系統，包括微波真空凍干裝置、真空捕水裝置、真空進料裝置、 真空出料裝置，其中，微波真空凍干裝置包括微波發生器1、微波天線2、常壓微波腔4、真空 微波腔5、真空隔板6、多孔透氣微波屏蔽板7、低損耗輸送帶8、前端真空微波抑制器9、后端 真空微波抑制器10，其特征在于在微波真空凍干裝置中設置有由常壓微波腔4和真空微 波腔5組成的復合式凍干倉3，在常壓微波腔4和真空微波腔5之間由可透過微波的真空隔 板6進行分隔，真空微波腔5與真空捕水裝置的蒸汽通道11相連，在真空微波腔5與蒸汽 通道11之間由由多孔透氣微波屏蔽板7進行隔開。所述的真空捕水裝置包括蒸汽通道11、真空管道12、真空閥13、冷阱14、真空泵 15，所述的蒸汽通道11可以在真空微波腔5的上方或者下方。所述的真空進料裝置包括進料真空倉16、進料真空倉外閥門17、進料真空倉內閥 門18、進料端冷阱19、進料端真空泵20，真空進料裝置位于真空微波抑制器9前端。進料端 冷阱19用于捕捉進料真空倉16抽真空時，新進物料升華出的水蒸汽。所述的真空出料裝置包括出料真空倉21、出料真空倉外閥門22、出料真空倉內閥 門23、出料端真空泵24，真空出料裝置位于真空微波抑制器10后端。所述微波真空凍干裝置中采用了一種復合式凍干倉3，是為了防止微波真空電場 擊穿。所述的真空隔板6采用了微波低損耗材料制成，既可隔離真空，又可使微波穿 透；所述的微波低損耗材料是指采用無毒、無異味、具有一定強度、一定耐溫能力的聚四氟 乙烯。所述的聚四氟乙烯(Teflon或PTFE)，俗稱“塑料王”，中文商品名“鐵氟龍”、“特氟 龍”、“特富隆”、“泰氟龍”等。它是由四氟乙烯經聚合而成的高分子化合物，具有優良的化 學穩定性、耐腐蝕性、密封性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的抗老化耐力，能在+250°C 至-180°C的溫度下長期工作，除熔融金屬鈉和液氟外，能耐其它一切化學藥品，在王水中煮 沸也不起變化。所述的多孔透氣微波屏蔽板7的作用是既可使氣體通過，又可阻斷微波進入真空 捕水裝置；所述的多孔透氣微波屏蔽板7呈板狀且開有均勻的孔，孔徑在0 6mm-0 60mm之 間。所述的低損耗輸送帶13是四氟涂覆玻纖帶或者四氟玻纖網帶，是無孔或者有孔 的平帶，是指對微波具有低吸收、高透性能的輸送帶。所述的四氟涂覆玻纖帶或者四氟玻纖 網帶聚四氟乙烯涂覆玻纖網布是以懸浮聚四氟乙烯(俗稱塑料王)乳液為原料，浸漬高性
6能玻纖網布而成。所述的進料真空倉16和出料真空倉的真空進、出料是以1-5分鐘為周期間歇工作 的。但是這個間歇周期很短，物料25在微波真空凍干裝置中的運行是連續的。其目的是為 了防止大氣在隨進料或者出料過程中進入微波真空凍干裝置。所述的進料真空倉16為垂直式或者水平式進料方式。所述的常壓微波腔4與真空隔板6間的距離為200-500mm。所述的常壓微波腔4上微波天線2所在平面與真空隔板6的距離，即常壓微波腔 的高度，為120-1700mm。實施例2 如圖1、2、3組成一套微波連續凍干系統。由垂直進料的真空進料裝置、微波真空 凍干裝置、真空出料裝置、真空捕水裝置組成。本實施例的各部分的具體設計如下1、微波發生器1采用4臺915MHz，75kW的微波源，總功率達到300kW ；2、微波能由微波天線2饋入常壓微波腔4 ；3、常壓微波腔4與真空隔板6間的距離為500mm，以使微波場更均勻；4、低損耗輸送帶8采用的是四氟涂覆玻纖帶，可以避免物料的掉落，適合加工小 塊或顆粒狀的物料；5、真空捕水裝置的蒸汽通道11位于真空微波腔5上方；6、采用垂直的進料真空倉16，可方便的輸入小塊或顆粒狀的物料；7、捕水系統的冷阱14捕水能力大于等于300kg/h ；8、常壓微波腔4上微波天線2所在平面與真空隔板6的距離，即常壓微波腔的高 度為 1700mm。本實施例組成的系統，可用于加工含水量為50%左右顆粒粉末狀物料，該物料已 被事先冷凍共晶點以下5°C。其主要的運行過程如下1、使進料真空倉16內壓力達到大氣壓，并開啟進料真空倉外閥門17 ；2、進料并關閉進料真空倉外閥門17，啟動進料端真空泵20，使進料真空倉16內壓 力降到133pa以下，同時進料端冷阱19可以捕捉減壓時升華的水分；3、開啟進料真空倉內閥門18，將物料鋪放到低損耗輸送帶8，上述1、2、3過程每5 分鐘完成一次，每次進原料約50kg ；4、物料進入微波真空凍干裝置，連續的從前端真空微波抑制器9向后端真空微波 抑制器10運動、升華干燥；5、物料經過大約20-30分鐘的微波凍干，此時其水分約5%，到達出料端緩存；6、出料真空倉21內壓降到133pa以下后，開啟出料真空倉內閥門23 ；7、讓已干物料進入出料真空倉21，并關閉出料真空倉內閥門23，并升壓至大氣 壓；8、開啟出料真空倉外閥門22，將干燥后的物料送出本裝置，上述6、7、8過程每5分 鐘完成一次，每次出料約25kg。本實施例組成的系統，每小時可加工出約300kg的該種顆粒狀凍干物料。實施例3
如圖1、2、3，但將其中真空進料裝置改為如圖7、8所示。系統由水平進料的真空進 料裝置、微波真空凍干裝置、真空出料裝置、真空捕水裝置組成。本實施例的各部分的具體設計如下1、微波發生器1采用2臺2450MHz，30kW的微波源，總功率達到60kW ；2、常壓微波腔4與真空隔板6間的距離為200mm，以使微波場更均勻；3、真空捕水裝置的冷阱14捕水能力大于等于120kg/h4、采用水平的進料真空倉，可方便的輸入體積較大的塊狀物料；5、其它與實施例1相同。本實施例組成的系統，可用于加工含水量為50%左右，厚度約40mm的方塊狀物 料，該物料已被事先冷凍共晶點以下5°C。其主要的運行過程與實施例1基本相同，不同的 是1、進料端，物料為方塊狀，每5分鐘送入重約IOkg的原料塊。2、出料端，每5分鐘送出凍干物料約5kg。本實施例組成的系統，每小時可加工出約60kg的該種物料。實施例4:如圖4、5、6組成一套微波連續凍干系統。由水平進料的真空進料裝置、微波真空 凍干裝置、真空出料裝置、真空捕水裝置組成。本實施例的各部分的具體設計如下1、微波發生器1采用2臺915MHz，75kW的微波源，總功率達到150kW ；2、由微波天線2饋入常壓微波腔4 ；3、常壓微波腔4與真空隔板6間的距離為500mm，以使微波場更均勻；4、低損耗輸送帶8采用的是四氟玻纖網帶，適合加工不易掉下碎屑的塊狀物料， 并能保證良好的傳質能力；5、真空捕水裝置的蒸汽通道11位于真空微波腔5下方；6、采用水平的進料真空倉，可方便的輸入體積較大的塊狀物料；7、捕水系統的冷阱14捕水能力大于等于150kg/h ；8、常壓微波腔4上微波天線2所在平面與真空隔板6的距離，即常壓微波腔的高 度為120mm。本實施例組成的系統，可用于加工含水量為60%左右，厚度約40mm的方塊狀物 料，該物料已被事先冷凍共晶點以下5°C。其主要的運行過程與實施例二基本相同，不同的 是1、進料端，每5分鐘送入重約20. 83kg的原料塊。2、出料端，每5分鐘送出凍干物料約8. 3kg。本實施例組成的系統，每小時可加工出約IOOkg的該種物料。實施例5:本發明應用于一種煙絲低溫微波膨脹工藝的具體說明。A、分級回潮濕脹將由通常的煙草加工工藝處理得到的煙絲，分4-10次逐級回潮，每級回潮時先由 帶耙散裝置的喂料輸送設備將煙絲送入真空回潮機(即加溫加濕機)，按質量分數，使含水量增加至5% -10%后送入儲柜于常溫下貯存20-60分鐘，再進行下一次回潮，最終使含水 量達40% -70%，使煙絲達到膨脹的效果；B、低溫凍結將經步驟A濕脹處理后的煙絲裝入呈矩形的模具內，然后置 于-35°C -55°C的溫度環境冷凍庫中凍結成塊；C、微波低溫定形膨脹將經步驟B凍結后的煙絲塊送入本發明系統——微波連續 凍干系統中，經升華干燥處理，使其含水量降至3% -8%制得膨脹煙絲；D、將經步驟A-C制得的膨脹煙絲再回潮至含水量為12%-13%，得成品，該產品用 以供通常的煙草加工工藝進一步處理。使用本發明系統——微波連續凍干系統進行微波低溫定形膨脹，能很好地保持煙 絲原有的品質，其香氣、香味明顯，造碎率較低，耐加工性好；異味、雜味明顯減少。
權利要求
一種微波連續凍干系統，包括微波真空凍干裝置、真空捕水裝置、真空進料裝置、真空出料裝置，其中，微波真空凍干裝置包括微波發生器(1)、微波天線(2)、常壓微波腔(4)、真空微波腔(5)、真空隔板(6)、多孔透氣微波屏蔽板(7)、低損耗輸送帶(8)、前端真空微波抑制器(9)、后端真空微波抑制器(10)，其特征在于在微波真空凍干裝置中設置有由常壓微波腔(4)和真空微波腔(5)組成的復合式凍干倉(3)，在常壓微波腔(4)和真空微波腔(5)之間由可透過微波的真空隔板(6)進行分隔，真空微波腔(5)與真空捕水系統的蒸汽通道(11)相連，在真空微波腔(5)與蒸汽通道(11)之間由由多孔透氣微波屏蔽板(7)進行隔開。
2.根據權利要求1所述的一種微波連續凍干系統，其特征在于所述的真空捕水裝置 包括蒸汽通道(11)、真空管道(12)、真空閥(13)、冷阱(14)、真空泵(15)，所述的蒸汽通道 (11)在真空微波腔(5)的上方或者下方。
3.根據權利要求1所述的一種微波連續凍干系統，其特征在于所述的真空進料裝置 包括進料真空倉(16)、進料真空倉外閥門(17)、進料真空倉內閥門(18)、進料端冷阱(19)、 進料端真空泵(20)，真空進料裝置位于真空微波抑制器(9)前端。
4.根據權利要求1所述的一種微波連續凍干系統，其特征在于所述的真空出料裝 置包括出料真空倉(21)、出料真空倉外閥門(22)、出料真空倉內閥門(23)、出料端真空泵 (24)，真空出料裝置位于真空微波抑制器(10)后端。
5.根據權利要求1所述的一種微波連續凍干系統，其特征在于所述的真空隔板(6) 采用聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯或石英玻璃材料制成。
6.根據權利要求1所述的一種微波連續凍干系統，其特征在于所述的多孔透氣微波 屏蔽板(7)呈板狀且開有均勻的孔，孔徑在0 6mm-06Omm之間。
7.根據權利要求1所述的一種微波連續凍干系統，其特征在于所述的低損耗輸送帶 (13)是四氟涂覆玻纖帶或者四氟玻纖網帶，是無孔或者有孔的平帶。
8.根據權利要求1所述的一種微波連續凍干系統，其特征在于所述的進料真空倉 (16)和出料真空倉(21)的真空進、出料是以1-10分鐘為周期間歇工作的。
9.根據權利要求1所述的一種微波連續凍干系統，其特征在于所述的進料真空倉 (16)為垂直式或者水平式進料方式。
10.根據權利要求1所述的一種微波連續凍干系統，其特征在于所述的常壓微波腔 (4)與真空隔板(6)間的距離為200-500mm。
11.根據權利要求1所述的一種微波連續凍干系統，其特征在于常壓微波腔(4)上微 波天線⑵所在平面與真空隔板(6)的距離為120-1700mm。
12.根據權利要求1所述的一種微波連續凍干系統，其特征在于物料(25)在復合式 凍干倉(3)中為連續運動，且通過復合式凍干倉(3)的時間為20-120分鐘。
全文摘要
本發明公開了一種以微波能為熱源的連續式真空冷凍干燥系統，屬于冷凍干燥技術領域，包括微波真空凍干裝置、真空捕水裝置、真空進料裝置、真空出料裝置，在微波真空凍干裝置中設置有由常壓微波腔和真空微波腔組成的復合式凍干倉，在常壓微波腔和真空微波腔之間由可透過微波的真空隔板進行分隔，真空微波腔與真空捕水裝置的蒸汽通道相連，在真空微波腔與蒸汽通道之間由由多孔透氣微波屏蔽板進行隔開；本發明解決了凍干所需真空壓力范圍下微波擊穿放電的問題，密封性能好，利用率高；凍干速率快，能夠有效地實現自動工業化應用。
文檔編號F26B15/18GK101922855SQ20091005954
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月10日 優先權日2009年6月10日
發明者劉朝輝, 劉毅, 周川, 姚波, 康琪, 李興化, 楊濤, 游俊 申請人:周川