一種空氣能噴霧干燥設備的制作方法

本發明屬于食品生產技術領域、保健品技術領域、即食營養米粉技術領域等，具體涉及一種空氣能噴霧干燥設備。

背景技術：

傳統的噴霧干燥設備在能源上消耗比較大，熱空氣不能得到回收利用，直接排放，造成了高損耗、高耗能，其他食品加工設備也存在同樣的問題。如輥筒干燥蒸煮烘干，輥筒干燥蒸煮烘干是采用蒸汽加溫，也是消耗大量能源。

以傳統嬰幼兒營養米粉制備為例：

（1）有膨化干燥法：大米粉碎、干法混料、擠壓噴爆、粉碎、混合、包裝的干法生產工藝，產品以粉末狀為主，該類產品加水容易成團、干法混料營養成分，分散不均勻、嬰幼兒容易上火（容易上火成為主要問題）。

（2）輥筒干燥法，一般采用酶水解（嬰兒米粉無糖化、CHE淀粉水解工藝）再進行輥筒干燥蒸煮，輥筒干燥機是一種內加熱傳導轉動干燥設備，米漿在輥筒外壁上獲得以導熱方式傳遞的熱量，脫除水分，熱量由筒內壁傳到筒外壁，再穿過米片膜，使米片膜的濕分汽化，再通過刮刀將達到干燥要求的米片刮下（輥筒干燥存在有刮絲現象是最大的安全隱患），蒸發除去的濕分，粉碎、混合、進行包裝。由于輥筒干燥方式輥筒表面熱量消耗嚴重，在生產過程中無法進行保溫，其熱空氣和水蒸氣，直接排放至大氣中不能得到回收利用大量浪費能源。以上兩種生產方式也對各種維生素有效成分經過高溫蒸煮消耗嚴重，產品存在著污染生產環境和生產條件上不符合國際衛生要求，微生物不易控制。

技術實現要素：

本發明的目的在于針對上述傳統生產食品、保健品加工設備存在的問題，提供一種空氣能噴霧干燥設備。以適應現代食品越來越多的關注食品生產過程安全，減少生產環節中的污染和節能環保的要求。

本發明，包括干燥器主塔體和高溫熱泵系統，高溫熱泵系統由制冷劑管道依次循環連接的高溫熱泵壓縮機、冷凝器、制冷劑儲罐、過濾器、電子膨脹閥和蒸發器組成，在干燥器主塔體的上部設有漿料噴霧器和塔頂熱風分配器，干燥器主塔體的底部為粉料出料口，在干燥器主塔體的中下部設有熱風輸出口，熱風輸出口通過管道依次與旋風分離器和靜電分離器連接，靜電分離器的出風口通過管道連接到蒸發器的空氣輸入口，蒸發器空氣輸出口通過管道與氣水分離器的空氣輸入口連接，氣水分離器的空氣輸出口通過管道依次與空氣過濾器和送風機連接，送風機的輸出口通過管道與冷凝器的空氣輸入口連接，冷凝器的空氣輸出口通過管道與陶瓷加熱器的空氣輸入口連接，陶瓷加熱器的空氣輸出口通過靜電過濾器的過濾，輸出的熱風通過管道與塔頂熱風分配器的輸入口連接。

本發明，可在所述送風機的輸出口與冷凝器的輸入口之間，設置第二高溫熱泵系統，第二高溫熱泵系統由制冷劑管道依次循環連接的第二高溫熱泵壓縮機、第二冷凝器、第二制冷劑儲罐、第二過濾器、第二電子膨脹閥和第二蒸發器組成，送風機的輸出口通過管道與第二冷凝器的空氣輸入口連接，第二冷凝器的空氣輸出口通過管道與冷凝器的空氣輸入口連接。

本發明，還設置振動流化床，振動流化床的一個粉料進料口通過管道及出料控制閥與干燥器主塔體底部的粉料出料口連接，振動流化床的另一個粉料進料口通過管道與旋風分離器和靜電分離器下端的粉料出料口連接，振動流化床內置發熱裝置，以調節其輸出粉料的含水率。

本發明，所述噴霧器可以為離心噴霧器或壓力噴霧器。

本發明，在相關設備以及連接管道的外表面，設有二氧化硅氣凝膠保溫層，所述相關設備是指干燥器主塔體、旋風分離器、靜電分離器、蒸發器、氣水分離器、空氣過濾器、送風機、冷凝器、陶瓷加熱器、靜電過濾器和振動流化床。

本發明，具有如下優點：

（1）空氣能噴霧干燥設備，整個生產過程沒有熱氣排放，空氣熱能（能量）得到循環回收再利用，節能環保；

（2）從原料投入到成品產品（粉料）輸出的整個生產過程，處在一個密閉的系統中，不存在污染，確保食品安全；

（3）在相關設備以及連接管道的外表面，設置二氧化硅氣凝膠隔熱保溫層，進一步減少熱量損耗；

（4）分離水可以再利用，從而減少了維生素營養成分的損失。

本發明，應用于高要求的食品制備，干燥速度快，一般只需5-15秒，具有瞬時干燥特點；食品保健品物料短時間內完成干燥過程，適應于熱敏性物料干燥，復水性好、營養素分散均勻、保持維生素含量、食品物料色、香、味成品質量好純度高，適宜連續生產，產品一次為粉末加工成型，無須經過第二次粉碎工序，減少二次污染，生產過程是一種安全、衛生、環保的專用干燥設備

本發明，主要適用于食品、保健品的生產，例如，用于嬰幼兒米粉、豆制品類、乳制品類、糊狀物類的噴霧干燥加工。

附圖說明

圖1為本發明實施例空氣能噴霧干燥設備流程示意圖。

圖中，1、漿料泵；2、漿料噴霧器；3、塔頂熱風分配器；4、干燥器主塔體；5、熱風輸出口；6、出料控制閥；7、旋風分離器；8、靜電分離器；9、蒸發器；10、氣水分離器；11、空氣過濾器；12、送風機；13、冷凝器；14、陶瓷加熱器；15、靜電過濾器；16、高溫熱泵壓縮機；17、制冷劑儲罐；18、過濾器；19、電子膨脹閥；20、振動流化床；A、產品粉料出口；B、分離水出口；P9、第二蒸發器；P13、第二冷凝器；P16、第二高溫熱泵壓縮機；P17、第二制冷劑儲罐；P18、第二過濾器；P19、第二電子膨脹閥。

具體實施方式

參照圖1，一種空氣能噴霧干燥設備，包括干燥器主塔體4、高溫熱泵系統和第二高溫熱泵系統，高溫熱泵系統由通過制冷劑管道依次循環連接的高溫熱泵壓縮機16、冷凝器13、制冷劑儲罐17、過濾器18、電子膨脹閥19和蒸發器9組成，第二高溫熱泵系統由通過制冷劑管道依次循環連接的第二高溫熱泵壓縮機P16、第二冷凝器P13、第二制冷劑儲罐P17、第二過濾器P18、第二電子膨脹閥P19和第二蒸發器P9組成，在干燥器主塔體4的上部設有漿料噴霧器2和塔頂熱風分配器3，干燥器主塔體4的底部為粉料出料口，在干燥器主塔體4的中下部設有熱風輸出口5，熱風輸出口5通過管道依次與旋風分離器7和靜電分離器8連接，靜電分離器8的出風口通過管道連接到蒸發器9的空氣輸入口，蒸發器9空氣輸出口通過管道與氣水分離器10的空氣輸入口連接，氣水分離器10的空氣輸出口通過管道依次與空氣過濾器11和送風機12連接，送風機12的輸出口通過管道與第二冷凝器P13的空氣輸入口連接，第二冷凝器P13的空氣輸出口與冷凝器13的空氣輸入口連接，冷凝器13的空氣輸出口通過管道與陶瓷加熱器14的空氣輸入口連接，陶瓷加熱器14的空氣輸出口通過靜電過濾器15的過濾，輸出的熱風通過管道與塔頂熱風分配器3的輸入口連接。

設置振動流化床20，振動流化床20的一個粉料進料口通過管道及出料控制閥6與干燥器主塔體4底部的粉料出料口連接，振動流化床20的另一個粉料進料口通過管道與旋風分離器7和靜電分離器8下端的粉料出料口連接，振動流化床20內置發熱裝置，以調節其輸出粉料A的含水率。所述噴霧器2為離心噴霧器或壓力噴霧器。在相關設備以及連接管道的外表面，設有二氧化硅氣凝膠隔熱保溫層，所述相關設備是指干燥器主塔體、旋風分離器、靜電分離器、蒸發器、氣水分離器、空氣過濾器、送風機、冷凝器、陶瓷加熱器、靜電過濾器和振動流化床。

本實施例，設備控制系統（圖中未畫出）使用人機界面觸摸屏、可編程控制模塊PLC控制系統，實現高度集成自動化、智能化控制，(智能化控制采用視覺測量、視覺控制，從而提高了使用效率，減少人力成本)現場視頻、溫度控制、風量控制、氣壓控制、高溫熱泵壓縮機、電機參數、各個變量參數的跟蹤校正都能進行遠程顯示控制。(冷凝器、蒸發器、干燥室、塔體內、進風口、旋風分離器等部位的溫度、壓力進行檢測)從食品料液到干燥出成品包裝全程連續不間斷，可以全天候連續生產。

本實施例，由于空氣能噴霧干燥設備應用于食品技術領域，所以對于相關設備以及連接管道所選用的材料有著嚴格的要求，必須符合食品安全和相關技術要求。

本實施例，其工作原理如下：

1. 空氣能噴霧干燥設備為連續式常壓干燥器的一種，空氣作為介質經過空氣過濾器11、送風機12輸入到第二冷凝器P13和冷凝器13吸熱，溫度上升流向陶瓷加熱器14，經過靜電過濾器15過濾，進入塔頂熱風分配器3，熱空氣溫度設置為150-220℃，壓力105(KPa)-150(KPa)千帕，熱空氣呈螺旋狀均勻地進入干燥器主塔體體4。食品料液(漿料)由漿料泵1輸送到干燥器主塔體頂部的離心噴霧器或壓力噴霧器3，料液(漿料)溫度20-90℃，由于噴霧器工作時增大料液表面積成極細微的霧狀液珠，與熱空氣并流接觸，水份迅速蒸發并在極短的時間內(5-15秒)干燥為粉末狀成品并下落，成品連續地由干燥塔底部輸出至出料控制閥6。干燥室熱風輸出口5 輸出溫度為75-95℃的含有少量粉末的熱風，含有少量粉末的熱風經旋風分離器7和靜電分離器8兩級分離，分離出來的粉末分別從旋風分離器7和靜電分離器8下端的粉料出料口排出，靜電分離器8的出風口輸出的熱空氣和水蒸氣流向蒸發器9，熱空氣和水蒸氣的熱量將被蒸發器9吸收，形成的空氣和水流經氣水分離器10分離，分離水將在氣水分離器10底部排出，分離的空氣將依次流向空氣過濾器11、送風機12、第二冷凝器P13和冷凝器13，空氣在第二冷凝器P13和冷凝器13內得到熱量吸收形成熱空氣，得到的熱空氣經再由陶瓷發熱器14進行熱能補償，經過靜電凈化過濾器15 過濾，再次流向塔頂熱風分配器3，形成了熱空氣的熱循環。第二冷凝器P13所釋放的熱能來自第二蒸發器P9吸收來自大氣中的熱量；冷凝器13所釋放的熱能來自蒸發器9吸收靜電分離器8出風口輸出的熱空氣的熱量。

2.大部分干粉料從干燥器主塔體4底部的粉料出料口經出料控制閥6，小部分干粉料從旋風分離器7和靜電分離器8下端的粉料出料口，被收集到振動流化床20，振動流化床內置發熱器，振動流化床20主要起到控制、調節成品含水率的作用，最后產品成品干粉從振動流化床20出料口輸出。

3.高溫熱泵系統工作過程：

(1)高溫熱泵壓縮機16壓縮過程將低溫低壓的制冷劑氣體被壓縮機壓縮成高溫高壓的氣體，壓力為1330(KPa)-1560(KPa)千帕。此時壓縮機所做的功轉化成制冷劑氣體的內能，使之溫度升高、壓力增高，此時流入冷空氣吸熱溫度上升，冷凝器13熱能得到釋放。

(2)冷凝過程：從壓縮機出來的高溫高壓的制冷劑氣體，流經冷凝器里面銅管，不斷的向外面放熱，凝結成了高溫高壓制冷劑液體。液化時制冷劑溫度降低，但壓力不變。

(3)節流過程：從冷凝器13出來的高溫高壓的制冷劑液體，經由制冷劑儲罐17、過濾器18、經過電子膨脹閥19節流裝置的節流，變成了低溫低壓制冷劑液體(熱力學上則稱為等焓過程)。

(4)電子膨脹閥19裝置出來的低溫低壓的制冷劑液體，經過蒸發器9成了低溫低壓的制冷劑氣體，壓力為220(KPa)-320(KPa)千帕，此時銅管內制冷劑氣體溫度下降，由于靜電分離器8的輸出熱空氣和水蒸氣的熱量被蒸發器9吸收，吸收的熱量變成了制冷劑的潛熱，制冷劑的潛能返回到熱泵壓縮機，形成了制冷劑(冷媒)的整個循環。

第二高溫熱泵系統工作過程與高溫熱泵系統工作過程基本相同。

(5) 由靜電分離器8的輸出的熱風，其熱能被蒸發器9吸收，熱風得到冷卻，形成了冷空氣和水霧，冷空氣中的水霧和水在氣水分離器10得到分離，形成了水和空氣，水直接在氣水分離器10底部排放，空氣經由凈化過濾器11和送風機12輸入到第二冷凝器P13和冷凝器13，冷空氣首先吸收第二冷凝器P13來自大氣的熱量氣溫升高，已經溫度升高的空氣再次吸收冷凝器13的熱量，形成了熱風(熱能)的循環再利用。

空氣能高溫熱泵壓縮機作為能量交換，空氣能高溫熱泵壓縮機壓縮制冷劑(工質能)吸收蒸發器熱量，在冷凝器得到釋放。

本發明，突破傳統能量轉換理論，實現高能效，高溫熱泵壓縮機工作時，若：工質能在蒸發器中吸收由靜電分離器流出熱空氣的能量QA；高溫熱泵壓縮機工作做功，即熱泵壓縮機耗電QB；則：工質能在冷凝器中釋放的熱量QC；QC=QA+QB。

高溫熱泵壓縮機工作做功之后，由機械動能變成熱能。采用熱泵技術能效比更高。提高制熱效率。空氣能噴霧干燥機顯著節能。空氣能噴霧干燥設備由于工作在空氣熱循環中，減少了空氣對食品產品污染，熱空氣得到了循環再利用，從而起到節能環保作用，節約大量的能量，減少了用電量。毋庸置疑，空氣能噴霧干燥機最大的優點就是節能。將噴霧干燥器(干燥室)流出的熱空氣經由蒸發器吸收的能量通過熱泵壓縮機轉化為高溫熱能，再次在冷凝器得到重新釋放高溫熱空氣。與相同的其他設備相比，最大的優點就是節約能源。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合或簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。