淺談低溫薄層干燥技術的應用

徐建校 楊銳

（常州朗脈潔凈技術有限公司，江蘇常州213149）

淺談低溫薄層干燥技術的應用

徐建校 楊銳

（常州朗脈潔凈技術有限公司，江蘇常州213149）

針對目前干燥設備存在的問題，提出了新研發(fā)的干燥設備——低溫薄層干燥機，介紹了其低溫輻射技術的原理，闡述了其優(yōu)勢及特點，在熱傳遞性能、蒸發(fā)率、產品有效物質損失、產品色調、產品品質等方面，與同領域的干燥設備比較具有很大的優(yōu)勢。

低溫；輻射；薄層；高品質；低能耗

0 引言

干燥是各類食品、藥品等生產過程中重要的單元操作之一。各類干燥設備被廣泛應用于化工、食品、醫(yī)藥及農副產品的加工生產中。然而，干燥過程中往往存在高能耗、低效率以及產品品質下降等問題，這些問題也一直成為干燥技術發(fā)展的焦點。

隨著社會的發(fā)展和技術水平的不斷提高，目前對干燥設備的總體要求體現為“兩高一低”，即高效率、高品質和低能耗。由此對干燥設備提出的要求則表現在：（1）傳熱效率高，保持高產能；（2）有效地減少有效成分的熱力損失；（3）減少熱損失，提高熱能利用率；（4）設備結構簡化，操作維護簡便。干燥設備具體的技術發(fā)展則表現為以“連續(xù)、低溫、自動化”為特征的新型干燥設備的開發(fā)。

鑒于干燥工藝的特性，當前廣泛應用于生產的各類干燥設備，大多在產品品質和能耗方面存在明顯的缺陷。許多干燥設備或不能適應產品物料特性而造成產品品質下降；或能耗偏高，效率低下，在效率、品質和能耗之間往往顧此失彼。例如，為了減少熱力干燥過程對產品物料有效成分的破壞，保證產品品質，通常采用冷凍干燥和真空低溫干燥設備，但是設備成本高，結構復雜，運行維護費用大幅增加，熱效率及熱能利用率下降。而低溫干燥操作帶來的干燥速率下降，又引發(fā)生產能力難以滿足規(guī)模生產要求以及產品水分難以達標等問題，這些都嚴重制約了低溫干燥技術的廣泛應用與發(fā)展。

因此，提高低溫下的傳熱效率，有效降低水分移出阻力及大幅降低過程熱量損失，同時使設備具有結構簡潔、運行成本低的特點，成為了當前低溫干燥技術及設備發(fā)展的關注焦點和發(fā)展方向。常州朗脈潔凈技術有限公司開發(fā)的“低溫薄層干燥機”（圖1）正是這一技術發(fā)展的具體體現，該設備表現出了顯著的優(yōu)勢和廣闊的發(fā)展前景。

圖1 低溫薄層干燥機效果圖

1 低溫輻射技術的原理

低溫薄層干燥機干燥時采用循環(huán)熱流體介質作為干燥的熱源，濕物料被分布到加熱薄膜傳送帶上，形成物料薄層，傳送帶以設定速度運轉，并保持與加熱液體緊密貼合。通過輻射作用，加熱介質的熱量透過傳送帶進入濕物料，濕物料中的水分因此被加熱蒸發(fā)。

隨著干燥進行，物料水分含量逐漸減小至干燥終點，在干燥傳送帶末段再通過低溫水冷卻，有助于物料從傳送帶上移除，還可以減少溫度對產品質量的影響。通過控制調節(jié)傳送帶的運行速度可調整干燥時間。

輻射薄層干燥，通常以熱流體作為加熱介質（一般為95℃），熱流體表面所覆蓋的加熱薄膜傳送帶是一種導熱不良的特殊薄膜材料，因此由循環(huán)水的蒸發(fā)作用及熱傳導帶來的熱量的損失被大大減弱。輻射傳熱原理如圖2所示，當加熱傳送帶上的濕物料時，薄膜可以將水輻射出的紅外線反射回來，此時存在的只有熱傳導，熱量散失極少，如圖2（a）所示；當濕物料置于此傳送帶上時，濕接觸面類似于一個“折射窗”，“折射窗”開啟讓紅外線通過，此時熱能以傳導和輻射的方式傳送到濕物料上，使?jié)裎锪现械乃终舭l(fā)，如圖2（b）所示。當物料干燥后，物料和薄膜之間的水膜變?yōu)橐豢諝獗樱諝饽ぽ^水膜產生較大的折射角，因此較易發(fā)生全反射，“折射窗”關閉，熱能只能以傳導的方式傳送，由于加熱傳送帶為熱的不良導體，因此，避免了物料的過度加熱和熱量損失。物料在整個干燥過程的溫度與加熱介質溫度可保持穩(wěn)定的溫差（一般可穩(wěn)定控制在低于加熱介質溫度的15～20℃之間）。

低溫薄層干燥機采用薄層布料，水分脫出阻力小，同時在加熱面上部空間設置抽風裝置，使蒸發(fā)出的水分可以及時移出，強化了脫水，因此在無需真空條件下即可達到較高的蒸發(fā)強度，滿足一般干燥生產的要求。

圖2 輻射傳熱原理示意圖

2 低溫薄層干燥技術的特點與優(yōu)勢

從目前的研究與應用情況看，低溫薄層干燥機的主要技術特點如下：

（1）由于采用低溫操作，并可有效控制物料溫度，對于天然制品，可以最大限度地保持其色、香、味，得到高質量的最終產品，其產品品質與冷凍干燥產品品質基本相同；

（2）由于無需真空系統(tǒng)和冷凍系統(tǒng)等高能耗的輔助系統(tǒng)，低溫薄層干燥機具有結構簡單、設備制造成本和運行成本低、操作方便、運行維護費用低的特點；

（3）低溫操作，熱損失低，熱能利用率高，并可利用多種能源作為干燥的熱源，如電能加熱、蒸汽加熱、太陽能加熱等。

從目前的研究與應用情況看，低溫薄層干燥機的主要優(yōu)勢如下：

（1）低溫薄層干燥具有很好的熱傳遞性能，如表1所示。

表1 熱傳遞性能

（2）低溫薄層干燥具有很好的熱效率和蒸發(fā)率，如表2所示。

（3）低溫薄層干燥產品成分損失低，產品質量與真空冷凍干燥相接近，但熱效率遠遠高于真空冷凍干燥，被稱為第四代干燥技術。

使用低溫薄層干燥機干燥的產品損失和色調如表3所示。

以某產品為例，使用低溫薄層干燥機干燥的產品品質如表4所示。

表2 熱效率及蒸發(fā)率

表3 產品損失和色調

表4 產品品質

3 干燥產品應用實例

低溫薄層干燥機被廣泛運用于食品行業(yè)中，對于富含天然食品纖維的新鮮瓜果類，其干燥效果尤為突出。

除此之外，低溫薄層干燥機在植物調料、糖類、化工類、藻類等的干燥中也有廣泛的應用，充分體現出了高品質、低能耗的干燥特點。

使用低溫薄層干燥機干燥的產品應用實例如圖3所示。

4 結語

作為一種新的干燥技術，低溫薄層干燥機在熱傳遞性能、蒸發(fā)率、產品有效物質損失、產品色調、產品品質等方面，與同領域的干燥設備比較具有很大的優(yōu)勢。

低溫薄層干燥技術運用新的干燥原理，采取薄層干燥方式，結合特殊的薄膜干燥技術，誕生了一種新型的高品質、低能耗的干燥設備——低溫薄層干燥機，其運用必將會在干燥行業(yè)帶來一場重大的變革。

2015-08-17

徐建校（1970—），男，上海人，工程師，研究方向：壓力容器設計、醫(yī)藥設備、潔凈設備、干燥設備。

楊銳（1983—），男，四川自貢人，助理工程師，從事醫(yī)藥、食品行業(yè)干燥設備的研究工作。