徐建校 楊銳

（常州朗脈潔凈技術(shù)有限公司，江蘇常州213149）

淺談低溫薄層干燥技術(shù)的應(yīng)用

徐建校 楊銳

（常州朗脈潔凈技術(shù)有限公司，江蘇常州213149）

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

低溫；輻射；薄層；高品質(zhì)；低能耗

0 引言

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

隨著社會的發(fā)展和技術(shù)水平的不斷提高，目前對干燥設(shè)備的總體要求體現(xiàn)為“兩高一低”，即高效率、高品質(zhì)和低能耗。由此對干燥設(shè)備提出的要求則表現(xiàn)在：（1）傳熱效率高，保持高產(chǎn)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(shè)備結(jié)構(gòu)簡化，操作維護(hù)簡便。干燥設(shè)備具體的技術(shù)發(fā)展則表現(xiàn)為以“連續(xù)、低溫、自動化”為特征的新型干燥設(shè)備的開發(fā)。

鑒于干燥工藝的特性，當(dāng)前廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)的各類干燥設(shè)備，大多在產(chǎn)品品質(zhì)和能耗方面存在明顯的缺陷。許多干燥設(shè)備或不能適應(yīng)產(chǎn)品物料特性而造成產(chǎn)品品質(zhì)下降；或能耗偏高，效率低下，在效率、品質(zhì)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(chǎn)品物料有效成分的破壞，保證產(chǎn)品品質(zhì)，通常采用冷凍干燥和真空低溫干燥設(shè)備，但是設(shè)備成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)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(chǎn)能力難以滿足規(guī)模生產(chǎn)要求以及產(chǎn)品水分難以達(dá)標(biāo)等問題，這些都嚴(yán)重制約了低溫干燥技術(shù)的廣泛應(yīng)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(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡潔、運(yùn)行成本低的特點(diǎn)，成為了當(dāng)前低溫干燥技術(shù)及設(shè)備發(fā)展的關(guān)注焦點(diǎn)和發(fā)展方向。常州朗脈潔凈技術(shù)有限公司開發(fā)的“低溫薄層干燥機(jī)”（圖1）正是這一技術(shù)發(fā)展的具體體現(xiàn)，該設(shè)備表現(xiàn)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(jī)效果圖

1 低溫輻射技術(shù)的原理

低溫薄層干燥機(jī)干燥時采用循環(huán)熱流體介質(zhì)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(shè)定速度運(yùn)轉(zhuǎn)，并保持與加熱液體緊密貼合。通過輻射作用，加熱介質(zhì)的熱量透過傳送帶進(jìn)入濕物料，濕物料中的水分因此被加熱蒸發(fā)。

隨著干燥進(jìn)行，物料水分含量逐漸減小至干燥終點(diǎn)，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(chǎn)品質(zhì)量的影響。通過控制調(diào)節(jié)傳送帶的運(yùn)行速度可調(diào)整干燥時間。

輻射薄層干燥，通常以熱流體作為加熱介質(zhì)（一般為95℃），熱流體表面所覆蓋的加熱薄膜傳送帶是一種導(dǎo)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(dǎo)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(dāng)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(dǎo)，熱量散失極少，如圖2（a）所示；當(dāng)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(dǎo)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(dāng)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(chǎn)生較大的折射角，因此較易發(fā)生全反射，“折射窗”關(guān)閉，熱能只能以傳導(dǎo)的方式傳送，由于加熱傳送帶為熱的不良導(dǎo)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(zhì)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(zhì)溫度的15～20℃之間）。

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

圖2 輻射傳熱原理示意圖

2 低溫薄層干燥技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)勢

從目前的研究與應(yīng)用情況看，低溫薄層干燥機(jī)的主要技術(shù)特點(diǎn)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(zhì)量的最終產(chǎn)品，其產(chǎn)品品質(zhì)與冷凍干燥產(chǎn)品品質(zhì)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(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備制造成本和運(yùn)行成本低、操作方便、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低的特點(diǎn)；

（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(yīng)用情況看，低溫薄層干燥機(jī)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(chǎn)品成分損失低，產(chǎn)品質(zhì)量與真空冷凍干燥相接近，但熱效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于真空冷凍干燥，被稱為第四代干燥技術(shù)。

使用低溫薄層干燥機(jī)干燥的產(chǎn)品損失和色調(diào)如表3所示。

以某產(chǎn)品為例，使用低溫薄層干燥機(jī)干燥的產(chǎn)品品質(zhì)如表4所示。

表2 熱效率及蒸發(fā)率

表3 產(chǎn)品損失和色調(diào)

表4 產(chǎn)品品質(zhì)

3 干燥產(chǎn)品應(yīng)用實(shí)例

低溫薄層干燥機(jī)被廣泛運(yùn)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(jī)在植物調(diào)料、糖類、化工類、藻類等的干燥中也有廣泛的應(yīng)用，充分體現(xiàn)出了高品質(zhì)、低能耗的干燥特點(diǎn)。

使用低溫薄層干燥機(jī)干燥的產(chǎn)品應(yīng)用實(shí)例如圖3所示。

4 結(jié)語

作為一種新的干燥技術(shù)，低溫薄層干燥機(jī)在熱傳遞性能、蒸發(fā)率、產(chǎn)品有效物質(zhì)損失、產(chǎn)品色調(diào)、產(chǎn)品品質(zhì)等方面，與同領(lǐng)域的干燥設(shè)備比較具有很大的優(yōu)勢。

低溫薄層干燥技術(shù)運(yùn)用新的干燥原理，采取薄層干燥方式，結(jié)合特殊的薄膜干燥技術(shù)，誕生了一種新型的高品質(zhì)、低能耗的干燥設(shè)備——低溫薄層干燥機(jī)，其運(yùn)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(shè)計(jì)、醫(yī)藥設(shè)備、潔凈設(shè)備、干燥設(shè)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(shè)備的研究工作。