真空帶式干燥機(jī)(Vacuum Belt Drying，VBD)是一種在真空條件下，連續(xù)將液體原料涂布在傳送帶上，物料隨傳送帶運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)加熱區(qū)被干燥，然后被冷卻脆化的一種低溫干燥方法。在整個(gè)干燥過(guò)程中，中藥浸膏處于真空、封閉環(huán)境，干燥過(guò)程溫和(工作溫度40．60℃)，可以^大限度的保持其物性，得到高質(zhì)量的^終產(chǎn)品。由于物料直接進(jìn)入高真空度下經(jīng)過(guò)一段時(shí)間逐步干燥，干燥后所得的顆粒有一定程度的結(jié)晶效應(yīng)，同時(shí)從微觀結(jié)構(gòu)上看內(nèi)部有微孔。直接粉碎到所需要的粒徑后，顆粒的流動(dòng)性很好，可以直接壓片或者灌膠囊，同時(shí)由于顆粒具有微觀的疏松結(jié)構(gòu)，速溶性。
真空帶式干燥機(jī)的適應(yīng)范圍廣，對(duì)于絕大多數(shù)的中藥浸膏，都可以適用。尤其是對(duì)于粘性高、易結(jié)團(tuán)、熱塑性、熱敏性的物料，使用真空帶式干燥則可克服噴霧干燥粉太細(xì)太密和溫度過(guò)高的缺點(diǎn)。另外，真空帶式干燥的傳送帶運(yùn)行速度、物料的厚度、溫度和環(huán)境真空度等一系列參數(shù)均可調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的產(chǎn)品的工藝要求。在這一點(diǎn)上，帶式真空干燥機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于噴霧干燥機(jī)。
真空帶式干燥機(jī)采用多段不同的加熱溫度，可以控制浸膏的發(fā)泡程度，避免浸膏在降速干燥階段的物料過(guò)熱現(xiàn)象。采用冷卻系統(tǒng)冷卻干燥產(chǎn)品，可增加產(chǎn)品的脆性，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。被干燥的中藥浸膏在真空或低壓狀態(tài)下通過(guò)加熱隔板對(duì)浸膏進(jìn)行加熱，使浸膏中的水分蒸發(fā)，得到顆粒狀的制品。整個(gè)干燥過(guò)程浸膏處在較低溫度下，能^大限度地避免中藥浸膏有效成分的損失。
常見真空干燥為間歇式生產(chǎn)，產(chǎn)品品質(zhì)好但效率比較低，帶式真空干燥機(jī)正是既保持了真空干燥的優(yōu)點(diǎn)，又能連續(xù)生產(chǎn)，且適合干燥多種物料(液態(tài)、粉糕狀及固態(tài)物料)，是加工優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的又一選擇。
真空帶式干燥機(jī)在規(guī)模化生產(chǎn)和縮短干燥時(shí)間方面取得了極大的發(fā)展，可以應(yīng)用于多個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域，例如調(diào)味料、酵母提取物、麥芽、飴糖的干燥等等。據(jù)報(bào)道，國(guó)外有一種連續(xù)式真空帶式干燥機(jī)每年大約能生產(chǎn)2000T干燥產(chǎn)品。
真空帶式干燥的主要優(yōu)點(diǎn)有：①低溫干燥，適合于熱敏性物料；②稀氧干燥，適用于易氧化物料；③能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，便于大規(guī)模工程化生產(chǎn)；④密閉工作，衛(wèi)生條件好，產(chǎn)品質(zhì)量與安全性容易保障；⑤尤其適合高粘性、帶有微粒的物料干燥；⑥產(chǎn)品呈多孔狀，溶解性好。
此類設(shè)備主要應(yīng)用于以下行業(yè)：①食品行業(yè)(純果汁粉、速溶咖啡、甜料、調(diào)味料等)；②醫(yī)藥衛(wèi)生行業(yè)(蛋白質(zhì)、酶等生物活性物質(zhì)以及中草藥提取物)；③化工行業(yè)(染料、金屬氧化物及易爆品)。
真空帶式干燥機(jī) 主要部件
真空帶式干燥機(jī)主要由真空系統(tǒng)、帶式干燥機(jī)、加熱系統(tǒng)和控制及測(cè)量系統(tǒng)等組成。
1、真空系統(tǒng)
真空系統(tǒng)是為干燥過(guò)程提供傳質(zhì)動(dòng)力的裝置。目前在真空干燥中去除水蒸汽的方法主要有兩種。一是采用水蒸汽噴射泵加水環(huán)泵的抽氣系統(tǒng)，常見的有羅茨真空泵、水環(huán)式真空泵、水蒸汽噴射真空泵，水噴射真空泵系統(tǒng)，直接抽除大量的水蒸汽；另一種是捕水器加真空泵，先用捕水器將水蒸汽捕集，然后用旋片泵等真空泵抽除剩余氣體。
2、帶式干燥機(jī)
它是真空帶式干燥設(shè)備的核心，主要由干燥室、進(jìn)料機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)裝置及其拖動(dòng)機(jī)構(gòu)、加熱板和冷卻板、剪切及出料機(jī)構(gòu)等組成。
干燥室體是一個(gè)嚴(yán)格要求密封的不銹鋼容器，使用時(shí)抽出其內(nèi)空氣形成真空，其形狀一般為圓筒形或方箱形。進(jìn)料機(jī)構(gòu)一般由原料槽、閥門、輸送泵(可用蠕動(dòng)泵或計(jì)量泵)，軟管、噴嘴和噴嘴拖動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。液態(tài)和漿狀物料可以由計(jì)量泵傳輸?shù)礁稍锸覂?nèi)，固態(tài)、片狀物料則需要有專用的真空進(jìn)/吸料設(shè)備來(lái)完成進(jìn)料過(guò)程。液態(tài)、漿狀物料進(jìn)料前一般應(yīng)經(jīng)過(guò)真空濃縮，提高其固形物含量達(dá)到50%左右再進(jìn)行真空帶式干燥，以達(dá)到節(jié)約能源、得到更高干燥效率的目的。傳送帶是承載、輸送物料的裝置，其材質(zhì)應(yīng)滿足真空干燥工藝。干燥室內(nèi)傳送帶數(shù)可以為一條，也可以是多條。加熱板提供給被干燥物料蒸發(fā)水分所需的熱量，冷卻板使已干燥的產(chǎn)品降溫，便于剪切出料。剪切機(jī)構(gòu)就是將物料切成小塊狀，便于粉碎和出料。出料時(shí)的情況是干制品達(dá)到一定量后打開成品倉(cāng)上面的閘板閥（開啟前已將成品倉(cāng)抽過(guò)真空），將粉碎后的產(chǎn)品顆粒放入成品倉(cāng)，然后關(guān)閉該閘板閥。如此反復(fù)，將干燥、粉碎好的產(chǎn)品一批一批地存入成品倉(cāng)內(nèi)。當(dāng)其成品達(dá)到一定量或干燥工藝結(jié)束時(shí)，開啟成品倉(cāng)下面的閘板閥排放出成品。
3、加熱系統(tǒng)
加熱系統(tǒng)是提供物料蒸發(fā)水分所需熱量的裝置。間熱式加熱系統(tǒng)通常由熱交換器、熱水泵、氣水分離罐、溫度計(jì)、管路及加熱溫度平穩(wěn)、物料受熱均勻、易于控制的優(yōu)點(diǎn)、但該加熱系統(tǒng)較復(fù)雜，需要配備熱媒循環(huán)泵和熱源設(shè)備等，成本相對(duì)較高。加熱系統(tǒng)一般不采用電加熱直熱傳導(dǎo)方法，這是因?yàn)槲锪细稍锖笤O(shè)備常需用水清洗，比較容易發(fā)生故障。一般來(lái)說(shuō)，加熱區(qū)可以分成幾個(gè)子加熱區(qū)，在不同的干燥階段，根據(jù)物料的性質(zhì)，提供適宜的加熱溫度，以達(dá)到節(jié)能和保證制品質(zhì)量的目的。
4、控制及測(cè)量系統(tǒng)
真空帶式干燥設(shè)備的控制主要包括真空泵、制冷機(jī)和循環(huán)泵的起停，傳送帶和噴嘴拖動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)的起停及其速度的調(diào)控，加熱溫度的控制，安全保護(hù)和報(bào)警裝置以及各種傳感裝置。配有真空計(jì)測(cè)量裝置、溫度測(cè)量裝置。控制及測(cè)量系統(tǒng)的主要功能是方便操作，并在線測(cè)量作業(yè)時(shí)干燥室內(nèi)真空度、各個(gè)區(qū)段加熱板及物料的溫度，以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。
低溫真空帶式干燥機(jī) 工藝流程圖
低溫真空帶式干燥機(jī) 設(shè)計(jì)亮點(diǎn)
真空帶式干燥機(jī)的組成部件主要有:干燥機(jī)筒體、布料機(jī)構(gòu)、噴嘴、履帶輸送裝置、螺旋輸送、PTFE輸送帶、張緊裝置、糾偏裝置、破碎機(jī)構(gòu)、滾輪機(jī)架、剪切機(jī)構(gòu)、出料機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)刀閘閥、旋轉(zhuǎn)清洗球、測(cè)試儀表、電控柜等。(1) 布料應(yīng)均勻
由高剪切乳化機(jī)、螺桿泵、閥門、軟管、接管、噴嘴和支架組成。物料進(jìn)料時(shí),先開啟閥門,再啟動(dòng)螺桿泵,液態(tài)物料經(jīng)軟管至噴嘴,將物料均勻噴涂在履帶上,噴嘴連接在支架上,支架隨傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn),使噴嘴繞傳動(dòng)軸擺動(dòng),達(dá)到均勻分布的目的。噴嘴架由一臺(tái)減速電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)動(dòng)輪上開有一滑動(dòng)槽,滑塊連同連桿一起固定在轉(zhuǎn)動(dòng)輪上,連桿的另一端與齒條連接,齒條在固定架上能左右直線滑動(dòng),電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為齒條的左右直線運(yùn)動(dòng),調(diào)節(jié)滑塊與轉(zhuǎn)動(dòng)輪中心的距離可調(diào)節(jié)齒條的行程,間距小,則齒條行程小,反之則大,齒條的左右移動(dòng),帶動(dòng)齒輪作正反轉(zhuǎn),齒輪又固定在傳動(dòng)軸上,從而達(dá)到了布料的目的。一般控制擺動(dòng)角度≤60°,控制物料層的布料寬度為帶寬的90%～95%,擺動(dòng)的頻率為10～15次/min,擺動(dòng)頻率可變頻調(diào)節(jié)。
噴嘴和傳送帶間的垂直距離對(duì)被干物料在傳送帶上的鋪放均勻性是非常重要的,在此,該距離記為Hv。在物料的進(jìn)料實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),當(dāng)Hv較大時(shí),物料并不立即從噴嘴口落到傳送帶上,而是有一個(gè)往下逐漸體積增大的趨勢(shì),附者在噴嘴口,呈漏斗形長(zhǎng)大,然后一團(tuán)團(tuán)地掉到傳送帶上。首先,物料從離開噴嘴口到傳送帶上需要經(jīng)歷一段時(shí)間,而在這個(gè)時(shí)間間隔內(nèi),傳送帶在移動(dòng),這樣物料在傳送帶上鋪放就不夠均勻,不能有效地利用傳送面積。其次,由于有較多的物料聚集生長(zhǎng)在一起,形成一個(gè)較大的團(tuán)狀物,這樣物料厚度有了較大地增加,需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能干燥。另外,物料經(jīng)過(guò)噴嘴口的同時(shí)還是液態(tài),一進(jìn)入真空環(huán)境,水分大量蒸發(fā),有氣泡爆破的現(xiàn)象,這樣就造成許多小顆粒四處飛濺,吸附在干燥室的室壁、加熱板表面及其他部件表面上,這增加清洗難度的同時(shí)也造成了物料的損失。當(dāng)Hv較小時(shí),物料一出噴嘴口就與傳送帶接觸,就較緊密地附著在傳送帶上,物料就不附著在噴嘴口上,可以保證了物料在傳送帶橫向上的均勻性和連續(xù)性。另外,Hv小的時(shí)候,氣泡爆破造成污染室壁的現(xiàn)象將大大減小。在實(shí)驗(yàn)中,取Hv=3mm。
(2) 履帶輸送裝置和糾偏裝置應(yīng)運(yùn)行可靠
由機(jī)架、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、傳送帶、彈簧張緊機(jī)構(gòu)、托輪、鼻輪等部件組成,共分為5層,每層設(shè)有獨(dú)立的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。主動(dòng)輪與從動(dòng)輪均采用瑞士的到期“輪”結(jié)構(gòu),使傳送帶在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中能夠自動(dòng)糾偏,在“輪”的兩側(cè)開有導(dǎo)條限位槽,使傳送帶不易跑偏;鼻輪的作用是:當(dāng)傳送帶出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象時(shí),只要調(diào)整鼻輪的角度,就可糾正;彈簧張緊機(jī)構(gòu)是安裝在從動(dòng)軸兩側(cè),軸的兩端裝有帶滑塊座的球面球軸承,當(dāng)壓縮彈簧時(shí),使軸承座滑移,從而達(dá)到傳送帶張緊,張緊的目的是增大摩擦力,防止傳送帶打滑;托輪的作用是防止傳送帶在受熱的工況下加上傳送帶自身的重量而產(chǎn)生下垂,有利于延長(zhǎng)傳送帶的使用壽命;傳動(dòng)帶是承載物料和輸送物料的部件,采用基布雙面噴涂PTFE,包邊加導(dǎo)條,無(wú)縫斜搭接,確保物料無(wú)滲漏,并完成加熱升溫、脫濕干燥、冷卻剝離的全過(guò)程。
糾偏問(wèn)題是真空帶式干燥機(jī)的核心問(wèn)題,如何保證傳送帶不跑偏,保證在真空條件下,在承載情況下,在布料不均的工況下履帶不跑偏,一旦跑偏履帶能夠自動(dòng)糾偏,為此可以采取6項(xiàng)糾偏措施:
Ⅰ、履帶上設(shè)置導(dǎo)條,主動(dòng)輪、從動(dòng)輪上設(shè)置導(dǎo)條槽,讓導(dǎo)條在槽內(nèi)運(yùn)動(dòng),導(dǎo)條材質(zhì)為PTFE,一般工況下導(dǎo)條能起到一定的導(dǎo)向作用;
Ⅱ、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪采用“輪”結(jié)構(gòu),兩端控制一定的斜度,并控制一定的距離和長(zhǎng)度,從受力分析看,保證向上的爬坡力大于下滑力。其原理有點(diǎn)類似大型輸送機(jī)上常用的“鼓輪”;
Ⅲ、利用張緊裝置進(jìn)行糾偏,用力矩扳手調(diào)節(jié)緊定螺母,保證受力均勻,在壓縮彈簧的作用下,履帶在受力不均的情況下彈簧能起到一定的補(bǔ)償和糾偏作用;
Ⅳ、履帶下部安裝“鼻輪”,鼻輪的作用是一旦履帶兩端的周長(zhǎng)發(fā)生變化時(shí),能起到一定的導(dǎo)向和校正作用。注意:鼻輪上不可粘料,一旦粘料就失去作用,所以要采取防粘措施;
Ⅴ、采用無(wú)縫履帶,包邊加強(qiáng),控制履帶的兩端邊的周長(zhǎng)偏差≤5mm,對(duì)角線誤差±3mm,利用加工精度來(lái)保證。表面要光潔、平整;
Ⅵ、設(shè)置擋輪,萬(wàn)一出現(xiàn)跑偏,則擋輪限位,不讓履帶跑出軌道,擋輪與帶邊采取滾動(dòng)摩擦,以免損傷履帶,避免造成系統(tǒng)的全面停車或停產(chǎn)。
(3) 剪切剝離和出料機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)靈活
剪切機(jī)構(gòu)是由氣缸、密封圈、導(dǎo)向塊、切刀、刀桿等部件組成。刀桿即常用的活塞桿,在氣缸的進(jìn)、排氣作用下,刀桿帶動(dòng)切刀上下運(yùn)動(dòng),其行程可調(diào),一般以正好切斷傳送帶上的已干物料為宜,切刀速度亦可預(yù)先設(shè)定,而且在每一層上裝有一把刀,切刀長(zhǎng)度略大于物料的布料寬度,由于物料本身很脆,所以切刀不需要刀刃。實(shí)際上,剪切機(jī)構(gòu)就是一組作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的升降機(jī)構(gòu)。其主要功能是將成大片、大塊的,已干變脆的物料發(fā)泡層打斷、打開、打散,防止物料橋架,以免影響正常破碎和正常出料。
出料機(jī)構(gòu)是由破碎機(jī)、螺旋輸送機(jī)、上閘閥、中間罐、下閘閥和收料桶組成,破碎機(jī)采用動(dòng)刀和靜刀組合結(jié)構(gòu),是將經(jīng)剪切的塊狀或條狀物料,經(jīng)破碎后進(jìn)入螺旋輸送機(jī),當(dāng)中間罐的物料積存到一定量后,關(guān)閉上刀閘閥,將三通閥置于充空氣位置,中間閥充空氣后,此時(shí)中間罐恢復(fù)常壓,則開啟下刀閘閥,放出成品物料,然后關(guān)閉下刀閘閥,對(duì)中間罐抽真空,當(dāng)中間罐的真空度與筒體真空度基本平衡時(shí),再打開上刀閘閥,如此反復(fù)、循環(huán)操作。破碎速度和螺旋輸送速度采用變頻調(diào)速,刀閘閥采用氣動(dòng)控制,可任意設(shè)定開閥和關(guān)閥的速度和時(shí)間,從而調(diào)試出^佳的操作周期。
(4) 加熱和冷卻系統(tǒng)效率要高
加熱方式有3種:傳導(dǎo)、輻射、微波。加熱介質(zhì)可用熱水、熱油、水蒸汽或直接電加熱。
Ⅰ、采用熱油、或水蒸汽為加熱介質(zhì)的傳導(dǎo)式加熱。加熱板放在傳送帶的下方,共分3個(gè)加熱區(qū),1個(gè)冷卻區(qū),用冷水泵打冷卻水循環(huán)冷卻。
Ⅱ、一個(gè)典型的加熱和冷卻系統(tǒng),其加熱方式是采用平板式換熱器,共分3個(gè)加熱區(qū),一區(qū)為水蒸汽加熱,控制水蒸汽壓力在0.1～0.15MPa,因?yàn)樗羝麎毫^(guò)高,平板式換熱器容易變形,物料容易變性,物料色澤會(huì)加深,只能采用飽和水蒸汽,嚴(yán)禁使用過(guò)熱水蒸汽;二、三區(qū)用熱水加熱,控制加熱溫度50～60℃,保證熱敏性物料不變性。冷卻系統(tǒng)即冷卻區(qū),用工業(yè)冷水機(jī)組自動(dòng)制得冷水,冷水溫度控制在15～20℃,經(jīng)板式換熱器冷卻,溫度采用自控,使物料急冷變脆,這樣有利于物料破碎和輸送。冷水溫度不宜過(guò)低,要防止結(jié)露返潮,通冷水時(shí)間也不宜過(guò)早,嚴(yán)格控制露點(diǎn)溫度。統(tǒng)的主要功能是方便操作，并在線測(cè)量作業(yè)時(shí)干燥室內(nèi)真空度、各個(gè)區(qū)段加熱板及物料的溫度，以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。
