專利名稱：冷凍噴霧造粒流化床多功能間歇干燥系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種冷凍噴霧造粒流化床多功能間歇干燥系統，屬于過程裝備技術領域，主要用于食品、藥品、生物制品、微納米粉體等的脫水保存。
背景技術：
噴霧冷凍技術是利用霧化裝置，由低溫冷凍介質將液體原料快速冷凍成細小顆 粒，由于冷凍時間通常為幾秒鐘，速度快，形成小尺寸冰晶，能減小對生物制品的細胞及其 他功能結構的破壞，并能快速形成穩定的固態組織，保證原產品的微觀孔隙結構，最大限度 的保存原有產品的理化特性。常壓冷凍干燥在常壓下操作，干燥成的產品質量接近真空冷凍干燥，好于常規熱 風干燥，具有較高的復水速度，較小的收縮率。真空冷凍干燥技術是將物料在較低溫度下 凍結成固態，然后在真空下使其中的水分不經液態直接升華成氣態，最終使物料脫失的干 燥技術。是對于產品質量要求較高的液態食品、藥品和生物制品脫水保存所廣泛選用的干 燥技術，通常是將被干燥液態物料放入燒瓶、托盤等容器中，放入真空冷凍干燥機的干燥室 內進行冷凍，然后在干燥室內通過熱傳導方式提供在真空條件下水分升華所需的熱量，將 水分從冷凍的物料中升華分離，水蒸氣被捕集到與干燥室連通的真空排氣系統的冷凝器表 面。由于物料在升華脫水以前先經凍結，形成穩定的固體骨架，所得到的多孔結構的干制 品具有很高的空隙率，收縮小，原始形態得以保持，無表面硬化的現象并具有理想的速溶性 和快速復水性；真空、低溫條件下工作，最大限度的降低了由于氧化所帶來的理化指標的降 低，比如酶褐變等。真空低溫干燥是在真空條件下以較低的干燥溫度(低于100°C )完成干燥，其成本 較真空冷凍干燥要低，真空度要求也較低，并且可以得到較好的產品質量。目前常用噴霧冷凍干燥技術的設備多為空間上分離操作即噴霧冷凍階段和常壓 冷凍干燥階段分別在不同的干燥室內完成，如專利CN200820129701. 5( —體化噴霧冷凍干 燥)中將噴霧冷凍干燥設備做成一體化，將干燥室分成“凍結顆粒容納腔”和“冷凍腔”，雖 然可以實現連續操作，但是首先要保持在凍結顆粒容納腔中一定量的凍結顆粒，其成本、效 率與時間分段間歇操作相比并無明顯優勢。且在空間上分離造成冷凍噴霧粉體轉移困難， 對冷凍顆粒有機械強度或升溫的破壞作用。且目前噴霧冷凍技術、常壓冷凍干燥和真空低溫干燥設備雖然已有冷凍噴霧流化 床干燥組合CN200810195187. X(使用低溫露點氣體噴霧干燥制粉的方法及其裝置)，但是 功能仍然有限，操作不靈活，對于藥品、生物、食品研發中心和實驗室來說功能過于單一，且 投資成本高。
實用新型內容本實用新型的目的就是為解決上述問題，提供一種常壓/真空冷凍噴霧造粒、流 化床多功能間歇干燥系統，具有結構簡單，方法簡便，使用成本低等優點。[0008]為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案一種冷凍噴霧造粒流化床多功能間歇干燥系統，它包括制冷系統和真空噴霧干燥系統，真空噴霧干燥系統與供料系統連接，制冷系統通過一路管道與真空噴霧干燥系統的 進料端連接，同時制冷系統的另一路管道則通過脈動調節裝置與真空噴霧干燥系統的流化 裝置連接。所述真空噴霧干燥系統主要由干燥室、真空裝置、噴霧裝置和流化裝置組成，其中 真空裝置為真空泵，它與干燥室連通；噴霧裝置為霧化器，它設置在干燥室頂部并與供料系 統連接，干燥室還與制冷系統連接；流化裝置為設置在干燥室下部的流化筒，流化筒與脈動 調節裝置連接。干燥室中的流化筒與干燥室主體是分離設計的，通過懸臂吊起的拉力固定 在干燥室中，采用類似與花鍵的結構完成定位與密封。干燥室內設有稱重系統，其中懸臂可 以上下伸縮，當懸臂向上拉起時流化筒與干燥室緊密接觸完成密封，此時進行流化干燥；當 懸臂向下放松時流化筒與干燥室分開，這時懸臂所受的拉力等于流化筒和筒內被干燥物料 的重力，這時停止流化可實時監測流化筒中的物料重量，通過計算軟件可以得出物料干燥 過程達到階段，從而有效控制干燥品質。干燥室的頂部(噴頭噴嘴下部、上部空氣進口 /出 口之間)中的流化筒底部設有的過濾網，以防噴霧產生的顆粒進入冷風循環管道內，污染 管道、電加熱器和熱泵蒸發器等部件。所述流化筒下部設有流化筒氣體進口 /出口和過濾網，在干燥室內設有稱重懸 臂，稱重懸臂上安裝重量傳感器；在干燥室內還設有吊繩；干燥室的側面為手孔，頂部設有 上部空氣進口 /出口和真空泵接口，上部空氣進口 /出口與噴霧液體進口和上部空氣分配 口連接，霧化器設置在上部空氣分配口中。所述供料系統包括一個計量泵，計量泵進口與物料罐連接，計量泵出口與噴霧裝 置連接。所述制冷系統包括制冷單元和送風單元，制冷單元包括熱泵蒸發器，它通過管道 與熱泵壓縮機、熱泵冷凝器和熱泵節流閥連接；送風單元為風機及風向換向器，它安裝在管 道上；管道分為兩路，一路送入干燥室，另一路則通過加熱裝置即電加熱器和脈動調節裝置 送入流化筒。所述脈動調節裝置為脈動閥。所述噴頭為單液滴霧化器由外方提供，其控制系統、低溫工作保溫等技術方案由 外方打包提供，不在本專利的實用新型范圍之內，單液滴噴頭可以產生5 21微米的粒度 分布極窄的微粒。一種冷凍噴霧造粒流化床多功能間歇干燥系統的干燥方法，它的步驟為1)開啟真空泵形成閉環系統的真空環境，而后開啟熱泵蒸發器、熱泵壓縮機、熱泵 節流閥、熱泵冷凝器及風機及風向換向器，冷風由干燥室頂部進入，將系統內的整體溫度降 低至-50°C到 _60°C ；2)開啟計量泵，使用霧化器將溶液霧化成細小的霧滴，同時霧化器周圍-50°C 到_60°C的冷凍介質與霧滴并流而下，將霧滴冷凍成細小的固體微粒，固體微粒沉降在流化 筒內；3)經過設定時間后，流化筒中的固體微粒達到設定量時，關閉計量泵，霧化器同 時停止工作，將風機及風向換向器反轉，開啟電加熱器加熱經熱泵蒸發器除濕的-50°C到-60°C的冷風至-40°C，同時開啟脈動閥，使流化冷風由干燥室底部脈動進入，使微粒真空冷凍流化干燥；4)在干燥過程中可根據總的干燥時間預測物料處于的干燥階段，并在各個階段中 暫停流化工作，進行物料稱重，監測干燥過程。5)在干燥過程中逐步將干燥溫度提升，最終溫度至-10°C時完成干燥過程。6)干燥完成后停止真空泵工作，恢復干燥室內常壓，物料連同流化筒由干燥室取 出ο一種冷凍噴霧造粒流化床多功能間歇干燥系統的干燥方法，它的步驟為1)開啟熱泵蒸發器、熱泵壓縮機、熱泵節流閥、熱泵冷凝器及風機及風向換向器， 冷風由干燥室12頂部進入，冷風由干燥室頂部進入，將系統內的整體溫度降低至-50°C 到-60 0C ；2)開啟計量泵，使用霧化器將溶液霧化成細小的霧滴，同時霧化器周圍-50°C 到_60°C的冷凍介質與霧滴并流而下，將霧滴冷凍成細小的固體微粒，固體微粒沉降在流化 筒內；3)經過設定時間后，流化筒中的固體微粒達到設定量時，關閉計量泵，霧化器同 時停止工作，將風機及風向換向器反轉，開啟電加熱器加熱經熱泵蒸發器除濕的-50°C 到_60°C的冷風至_40°C，使流化冷風由干燥室底部進入，使微粒常壓冷凍流化干燥；4)在干燥過程中可根據總的干燥時間預測物料處于的干燥階段，并在各個階段中 暫停流化工作，進行物料稱重，監測干燥過程。5)在干燥過程中逐步將干燥溫度提升，最終溫度至-10°C時完成干燥過程。6)干燥完成后的物料連同流化筒由干燥室取出。一種冷凍噴霧造粒流化床多功能間歇干燥系統的干燥方法，它的步驟為1)將被干燥物料由干燥室放入流化筒內，開啟真空泵形成閉環系統的真空環境， 而后開啟電加熱器、熱泵蒸發器1、熱泵壓縮機2、熱泵節流閥3、熱泵冷凝器4及風機及風向 換向器5 ；2)60°C 80°C的低溫熱風由干燥室底部進入，低溫熱風經過濕物料時將物料中的 水分帶出，熱風中的含水量增加；3)當熱風經過熱泵蒸發器時，空氣被冷卻至0°C，濕空氣達到飽和，其中的水分凝 結而出，達到除濕的目的；4)而后進入電加熱器在閉環系統內循環。5)在干燥過程中可根據總的干燥時間預測物料處于的干燥階段，并在各個階段中 暫停流化工作，進行物料稱重，監測干燥過程。6)干燥完成后的物料連同流化筒由干燥室的取出。所述真空環境的真空度為0. OlMPa 0. 09MPa。本實用新型的常壓/真空冷凍干燥技術是利用冷凍除濕的低溫干燥介質(低溫空 氣、惰性氣體或以下溶劑一種或幾種組合乙醇、甲苯、甲醇、正丁醇、叔丁醇等)中低水蒸 氣分壓來滿足水分升華的條件，然后利用流態化技術，將噴霧冷凍微粒干燥成合格產品，干 燥室的冷凍干燥溫度為_40°C _20°C，干燥介質溫度為-40°C到-10°C;干燥介質經蒸發器 冷凍脫水，以及電加熱器穩定加熱后可以反復循環利用；對于某些物料產品質量要求較高，我們還可以利用真空泵將干燥室抽成真空狀態，在固定床上進行真空低溫冷凍干燥的技術 操作，真空冷凍干燥介質溫度為-40°C到-10°C，得到營養成分和生物活性較高的產品。而 采用熱泵除濕、真空系統開啟，使用電加熱器加熱脫濕空氣60°C 80°C作為真空干燥系 統，完成低溫真空固定床干燥，干燥溫度不超過80°C。 該常壓/真空冷凍噴霧造粒、脈動流化床干燥的系統，采用低溫噴霧冷凍造粒首 先制備出表面積極小的冷凍物料顆粒，然后進行流化床常壓冷凍干燥，或者進行真空低溫 冷凍干燥，具有以下優點1、低溫噴霧冷凍干燥，能減小對生物制品的細胞及其他功能結構的破壞，保證原 產品放入微觀孔隙結構，最大限度保存原有產品的理化特性，降低常規低溫冷凍造成的質 量退化，產品質量品質較高。2、在常壓流態化(普通流化床或是脈動流化床)冷凍干燥中，產品顆粒混合分布 均勻，產品的流動性高，粒度分布可以調節。3、該常壓噴霧冷凍干燥方法，能將干燥的液態食品、藥品和生物制品進一步干燥 成粉體成品，無需再次粉碎。4、實現冷凍噴霧造粒和流化床干燥，系統為密閉操作，連續運行對環境無污染。5、還可以進行真空低溫冷凍干燥，可以對產品質量要求較高的物料進行干燥，對 物料的適用性廣泛，可以得到高質量產品。6、在僅使用熱泵除濕、電加熱器加熱、真空泵和脈動流化床干燥設備的時候，該系 統可作為真空低溫熱風流化床設備使用。7、多功能性和間歇操作的特性，噴霧冷凍階段和流化床干燥階段不是同時進行 的。
圖1是本實用新型冷凍噴霧造粒、脈動流化床真空干燥系統及方法的示意圖；圖2是本實用新型干燥室主體的結構示意圖；圖3是本實用新型干燥室噴頭部位(圖2中A部分)的局部放大圖。其中，1、熱泵蒸發器；2、熱泵壓縮機；3、熱泵節流閥；4、熱泵冷凝器；5、風機及風 向換向器；6、電加熱器；7、真空泵；8、計量泵；9、物料罐；10脈動閥；11、流化筒；12、干燥 室；13、霧化器；14、流化筒氣體進口 /出口 ；15、過濾網；16、吊繩；17、稱重懸臂；18、重量傳 感器；19、上部空氣分配口 ；20、噴霧液體進口 ；21、上部空氣進口 /出口 ；22、真空泵接口 ； 23、手孔。
具體實施方式
以下結合附圖與實施例對本實用新型做進一步說明。圖1中，它包括制冷系統和真空噴霧干燥系統，真空噴霧干燥系統與供料系統連 接，制冷系統通過管道與真空噴霧干燥系統的噴霧裝置進料端連接，同時制冷系統還通過 帶有加熱裝置和脈動調節裝置的管道與真空噴霧干燥系統的流化裝置連接。真空噴霧干燥系統主要由干燥室12、真空裝置、噴霧裝置和流化裝置組成，其中真 空裝置為真空泵7，它與干燥室12連通；噴霧裝置為霧化器13，它設置在干燥室12頂部，干燥室12還與制冷系統連接；霧化器13則與供料系統連接；流化裝置為設置在干燥室12下 部的流化筒11，流化筒11與脈動調節裝置連接。供料系統包括一個計量泵8，計量泵8進 口與物料罐9連接，計量泵8出口與霧化器13連接。干燥室12設有手孔。制冷系統包括制冷單元和送風單元，制冷單元包括熱泵蒸發器1，它通過管道與熱泵壓縮機2、熱泵冷凝器4和熱泵節流閥3連接；送風單元為風機及風向換向器5，它安裝在 管道上；管道分為兩路一路送入干燥室12，另一路通過加熱裝置即電加熱器6和脈動調節 裝置送入流化筒11。脈動調節裝置為脈動閥10。圖2、圖3中，流化筒11下部設有流化筒氣體進口 /出口 14和過濾網15，在干燥室 12內設有稱重懸臂17，稱重懸臂17上安裝重量傳感器18 ；在干燥室12內還設有吊繩16 ； 干燥室12的側面為手孔23，頂部設有上部空氣進口 /出口 21和真空泵22接口，上部空氣 進口 /出口 21與噴霧液體進口 20和上部空氣分配口 19連接，霧化器13設置在上部空氣 分配口 29中。實施例1 本實用新型的第一種方法為1)開啟真空泵7形成閉環系統的真空環境，真空度為O.OlMPa。而后開啟熱泵蒸 發器1、熱泵壓縮機2、熱泵節流閥3、熱泵冷凝器4及風機及風向換向器5，冷風由干燥室 12頂部進入，將系統內的整體溫度降低至-50°C到-60°C ；(溫度還可以是_53°C或_55°C 或-58°C )2)開啟計量泵8，使用霧化器13將溶液霧化成細小的霧滴，同時霧化器周圍的冷 凍介質-50°C到_60°C (溫度還可是_52°C或_54°C或_58°C)的低溫空氣或惰性氣體或以 下溶劑一種或幾種組合乙醇、甲苯、甲醇、正丁醇、叔丁醇等；與霧滴并流而下，將霧滴迅 速冷凍成細小的固體微粒，固體微粒沉降在流化筒11內；3)經過設定時間(視處理物料量而定)，流化筒11中的固體微粒達到設定量時， 關閉計量泵8，霧化器13同時停止工作，將風機及風向換向器5反轉，開啟電加熱器6加 熱經熱泵蒸發器1除濕的-50°C到-60°C (溫度還可是_52°C或_54°C或_58°C )的冷風 至-40°C，同時開啟脈動閥10，使流化冷風由干燥室12底部脈動進入，使微粒真空冷凍流化 干燥；4)在干燥過程中可根據總的干燥時間預測物料處于的干燥階段，并在各個階段中 暫停流化工作，進行物料稱重，監測干燥過程。5)在干燥過程中將干燥冷風溫度由-40°C逐步提升，最終溫度至-10°C時完成干 燥過程。6)干燥完成后停止真空泵工作，恢復干燥室12內常壓，物料連同流化筒11由干燥 室12的手孔取出。實施例2 本實用新型的第二種干燥方法為1)開啟熱泵蒸發器1、熱泵壓縮機2、熱泵節流閥3、熱泵冷凝器4及風機及風向換 向器5，冷風由干燥室12頂部進入，將系統內的整體溫度降低至-50°C到-60°C (溫度還可 以是-53°C或 _55°C或 _58°C )；2)開啟計量泵8，使用霧化器13將溶液霧化成細小的霧滴，同時霧化器周圍的冷凍介質-50°C到-60°C (溫度還可是_52°C或_54°C或_58°C)的低溫空氣或惰性氣體或有機溶體(舉例)與霧滴并流而下，將霧滴迅速冷凍成細小的固體微粒，固體微粒沉降在流化 筒11內；3)經過設定時間(視處理物料量而定)，流化筒11中的固體微粒達到設定量時， 關閉計量泵8，霧化器13同時停止工作，將風機及風向換向器5反轉，開啟電加熱器6加 熱經熱泵蒸發器1除濕的-50°C到-60°C (溫度還可是_52°C或_54°C或_58°C )的冷風 至-40°C，使流化冷風由干燥室12底部進入，使微粒常壓冷凍流化干燥；4)在干燥過程中可根據總的干燥時間預測物料處于的干燥階段，并在各個階段中 暫停流化工作，進行物料稱重，監測干燥過程。5)在干燥過程中將干燥冷風溫度由-40°C逐步提升，最終溫度至-10°C時完成干 燥過程；6)干燥完成后的物料連同流化筒11由干燥室12的手孔取出。實施例3 本實用新型的第三種干燥方法為1)將被干燥物料由干燥室12的手孔放入流化筒11內，開啟真空泵7形成閉環系 統的真空環境，，真空度為0. OlMPa0而后開啟電加熱器6、熱泵蒸發器1、熱泵壓縮機2、熱 泵節流閥3、熱泵冷凝器4及風機及風向換向器5 ；2)60°C 80°C (溫度還可為65°C或70°C或75°C )的低溫熱風由干燥室12底部 進入，低溫熱風經過濕物料時將物料中的水分帶出，熱風中的含水量增加；3)當熱風經過熱泵蒸發器1時，空氣被冷卻至0°C，濕空氣達到飽和，其中的水分 凝結而出，達到除濕的目的，而后進入電加熱器6在閉環系統內循環。4)在干燥過程中可根據總的干燥時間預測物料處于的干燥階段，并在各個階段中 暫停流化工作，進行物料稱重，監測干燥過程。5)干燥完成后的物料連同流化筒11由干燥室12的手孔取出。
權利要求一種冷凍噴霧造粒流化床多功能間歇干燥系統，其特征是，它包括制冷系統和真空噴霧干燥系統，真空噴霧干燥系統與供料系統連接，制冷系統通過一路管道與真空噴霧干燥系統的進料端連接，同時制冷系統的另一路管道則通過脈動調節裝置與真空噴霧干燥系統的流化裝置連接。
2.如權利要求1所述的冷凍噴霧造粒流化床多功能間歇干燥系統，其特征是，所述真 空噴霧干燥系統主要由干燥室、真空裝置、噴霧裝置和流化裝置組成，其中真空裝置為真空 泵，它與干燥室連通；噴霧裝置為霧化器，它設置在干燥室頂部并與供料系統連接，干燥室 還與制冷系統連接；流化裝置為設置在干燥室下部的流化筒，流化筒與脈動調節裝置連接。
3.如權利要求1所述冷凍噴霧造粒流化床多功能間歇干燥系統，其特征是，所述流化 筒下部設有流化筒氣體進口 /出口和過濾網，在干燥室內設有稱重懸臂，稱重懸臂上安裝 重量傳感器；在干燥室內還設有吊繩；干燥室的側面為手孔，頂部設有上部空氣進口 /出口 和真空泵接口，上部空氣進口 /出口與噴霧液體進口和上部空氣分配口連接，霧化器設置 在上部空氣分配口中。
4.如權利要求1或2所述的冷凍噴霧造粒流化床多功能間歇干燥系統，其特征是，所述 供料系統包括一個計量泵，計量泵進口與物料罐連接，計量泵出口與噴霧裝置連接。
5.如權利要求2所述的冷凍噴霧造粒流化床多功能間歇干燥系統，其特征是，所述制 冷系統包括制冷單元和送風單元，制冷單元包括熱泵蒸發器，它通過管道與熱泵壓縮機、熱 泵冷凝器和熱泵節流閥連接；送風單元為風機及風向換向器，它安裝在管道上；管道分為 兩路，一路送入干燥室，另一路則通過加熱裝置即電加熱器和脈動調節裝置送入流化筒。
6.如權利要求4所述的冷凍噴霧造粒流化床多功能間歇干燥系統，其特征是，所述脈 動調節裝置為脈動閥。
專利摘要本實用新型公開了一種冷凍噴霧造粒流化床多功能間歇干燥系統。它具有結構靈活，方法多樣，使用成本低等優點，其結構為它包括制冷系統和真空噴霧冷凍、流化床干燥系統，真空噴霧干燥系統與供料系統連接，制冷系統通過一路管道與真空噴霧干燥系統的進料端連接，同時制冷系統的另一路管道則通過脈動調節裝置與真空噴霧干燥系統的流化裝置連接形成閉環系統，可實現不同干燥方法之間靈活切換，進行間歇操作。本實用新型主要用于液體食品、藥品、生物制品等高附加值產品的脫水保存，以及液體食品、藥品、生物制品等脫水產品新工藝開發工作。
文檔編號F26B17/10GK201589495SQ201020004200
公開日2010年9月22日 申請日期2010年1月18日 優先權日2010年1月18日
發明者傅憲輝, 周孟, 崔峰, 李祥宇, 李勝, 蘇偉光 申請人:山東天力干燥設備有限公司