真空帶式干燥機(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，物料隨傳送帶運動經(jīng)過加熱區(qū)被干燥，然后被冷卻脆化的一種低溫干燥方法。在整個干燥過程中，中藥浸膏處于真空、封閉環(huán)境，干燥過程溫和(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。由于物料直接進入高真空度下經(jīng)過一段時間逐步干燥，干燥后所得的顆粒有一定程度的結(jié)晶效應，同時從微觀結(jié)構(gòu)上看內(nèi)部有微孔。直接粉碎到所需要的粒徑后，顆粒的流動性很好，可以直接壓片或者灌膠囊，同時由于顆粒具有微觀的疏松結(jié)構(gòu)，速溶性。
真空帶式干燥機的適應范圍廣，對于絕大多數(shù)的中藥浸膏，都可以適用。尤其是對于粘性高、易結(jié)團、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太密和溫度過高的缺點。另外，真空帶式干燥的傳送帶運行速度、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)，以適應不同的產(chǎn)品的工藝要求。在這一點上，帶式真空干燥機遠遠優(yōu)于噴霧干燥機。
真空帶式干燥機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)下通過加熱隔板對浸膏進行加熱，使浸膏中的水分蒸發(fā)，得到顆粒狀的制品。整個干燥過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，帶式真空干燥機正是既保持了真空干燥的優(yōu)點，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。
真空帶式干燥機在規(guī)?；a(chǎn)和縮短干燥時間方面取得了極大的發(fā)展，可以應用于多個生產(chǎn)領域，例如調(diào)味料、酵母提取物、麥芽、飴糖的干燥等等。據(jù)報道，國外有一種連續(xù)式真空帶式干燥機每年大約能生產(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。
此類設備主要應用于以下行業(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 主要部件
真空帶式干燥機主要由真空系統(tǒng)、帶式干燥機、加熱系統(tǒng)和控制及測量系統(tǒng)等組成。
1、真空系統(tǒng)
真空系統(tǒng)是為干燥過程提供傳質(zhì)動力的裝置。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
它是真空帶式干燥設備的核心，主要由干燥室、進料機構(gòu)、傳動裝置及其拖動機構(gòu)、加熱板和冷卻板、剪切及出料機構(gòu)等組成。
干燥室體是一個嚴格要求密封的不銹鋼容器，使用時抽出其內(nèi)空氣形成真空，其形狀一般為圓筒形或方箱形。進料機構(gòu)一般由原料槽、閥門、輸送泵(可用蠕動泵或計量泵)，軟管、噴嘴和噴嘴拖動機構(gòu)等組成。液態(tài)和漿狀物料可以由計量泵傳輸?shù)礁稍锸覂?nèi)，固態(tài)、片狀物料則需要有專用的真空進/吸料設備來完成進料過程。液態(tài)、漿狀物料進料前一般應經(jīng)過真空濃縮，提高其固形物含量達到50%左右再進行真空帶式干燥，以達到節(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。剪切機構(gòu)就是將物料切成小塊狀，便于粉碎和出料。出料時的情況是干制品達到一定量后打開成品倉上面的閘板閥（開啟前已將成品倉抽過真空），將粉碎后的產(chǎn)品顆粒放入成品倉，然后關閉該閘板閥。如此反復，將干燥、粉碎好的產(chǎn)品一批一批地存入成品倉內(nèi)。當其成品達到一定量或干燥工藝結(jié)束時，開啟成品倉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、管路及加熱溫度平穩(wěn)、物料受熱均勻、易于控制的優(yōu)點、但該加熱系統(tǒng)較復雜，需要配備熱媒循環(huán)泵和熱源設備等，成本相對較高。加熱系統(tǒng)一般不采用電加熱直熱傳導方法，這是因為物料干燥后設備常需用水清洗，比較容易發(fā)生故障。一般來說，加熱區(qū)可以分成幾個子加熱區(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，以達到節(jié)能和保證制品質(zhì)量的目的。
4、控制及測量系統(tǒng)
真空帶式干燥設備的控制主要包括真空泵、制冷機和循環(huán)泵的起停，傳送帶和噴嘴拖動機構(gòu)電機的起停及其速度的調(diào)控，加熱溫度的控制，安全保護和報警裝置以及各種傳感裝置。配有真空計測量裝置、溫度測量裝置?？刂萍皽y量系統(tǒng)的主要功能是方便操作，并在線測量作業(yè)時干燥室內(nèi)真空度、各個區(qū)段加熱板及物料的溫度，以達到實時監(jiān)控的目的。
低溫真空帶式干燥機 工藝流程圖
低溫真空帶式干燥機 設計亮點
真空帶式干燥機的組成部件主要有:干燥機筒體、布料機構(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、破碎機構(gòu)、滾輪機架、剪切機構(gòu)、出料機構(gòu)、氣動刀閘閥、旋轉(zhuǎn)清洗球、測試儀表、電控柜等。(1) 布料應均勻
由高剪切乳化機、螺桿泵、閥門、軟管、接管、噴嘴和支架組成。物料進料時,先開啟閥門,再啟動螺桿泵,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,支架隨傳動軸旋轉(zhuǎn),使噴嘴繞傳動軸擺動,達到均勻分布的目的。噴嘴架由一臺減速電機帶動轉(zhuǎn)動輪旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)動輪上開有一滑動槽,滑塊連同連桿一起固定在轉(zhuǎn)動輪上,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,電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為齒條的左右直線運動,調(diào)節(jié)滑塊與轉(zhuǎn)動輪中心的距離可調(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,帶動齒輪作正反轉(zhuǎn),齒輪又固定在傳動軸上,從而達到了布料的目的。一般控制擺動角度≤60°,控制物料層的布料寬度為帶寬的90%～95%,擺動的頻率為10～15次/min,擺動頻率可變頻調(diào)節(jié)。
噴嘴和傳送帶間的垂直距離對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。在物料的進料實驗中發(fā)現(xiàn),當Hv較大時,物料并不立即從噴嘴口落到傳送帶上,而是有一個往下逐漸體積增大的趨勢,附者在噴嘴口,呈漏斗形長大,然后一團團地掉到傳送帶上。首先,物料從離開噴嘴口到傳送帶上需要經(jīng)歷一段時間,而在這個時間間隔內(nèi),傳送帶在移動,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在一起,形成一個較大的團狀物,這樣物料厚度有了較大地增加,需要較長的時間才能干燥。另外,物料經(jīng)過噴嘴口的同時還是液態(tài),一進入真空環(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也造成了物料的損失。當Hv較小時,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小的時候,氣泡爆破造成污染室壁的現(xiàn)象將大大減小。在實驗中,取Hv=3mm。
(2) 履帶輸送裝置和糾偏裝置應運行可靠
由機架、主動輪、從動輪、傳送帶、彈簧張緊機構(gòu)、托輪、鼻輪等部件組成,共分為5層,每層設有獨立的傳動機構(gòu)。主動輪與從動輪均采用瑞士的到期“輪”結(jié)構(gòu),使傳送帶在運轉(zhuǎn)過程中能夠自動糾偏,在“輪”的兩側(cè)開有導條限位槽,使傳送帶不易跑偏;鼻輪的作用是:當傳送帶出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象時,只要調(diào)整鼻輪的角度,就可糾正;彈簧張緊機構(gòu)是安裝在從動軸兩側(cè),軸的兩端裝有帶滑塊座的球面球軸承,當壓縮彈簧時,使軸承座滑移,從而達到傳送帶張緊,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,有利于延長傳送帶的使用壽命;傳動帶是承載物料和輸送物料的部件,采用基布雙面噴涂PTFE,包邊加導條,無縫斜搭接,確保物料無滲漏,并完成加熱升溫、脫濕干燥、冷卻剝離的全過程。
糾偏問題是真空帶式干燥機的核心問題,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糾偏,為此可以采取6項糾偏措施:
Ⅰ、履帶上設置導條,主動輪、從動輪上設置導條槽,讓導條在槽內(nèi)運動,導條材質(zhì)為PTFE,一般工況下導條能起到一定的導向作用;
Ⅱ、主動輪、從動輪采用“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。其原理有點類似大型輸送機上常用的“鼓輪”;
Ⅲ、利用張緊裝置進行糾偏,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發(fā)生變化時,能起到一定的導向和校正作用。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、采用無縫履帶,包邊加強,控制履帶的兩端邊的周長偏差≤5mm,對角線誤差±3mm,利用加工精度來保證。表面要光潔、平整;
Ⅵ、設置擋輪,萬一出現(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) 剪切剝離和出料機構(gòu)運動靈活
剪切機構(gòu)是由氣缸、密封圈、導向塊、切刀、刀桿等部件組成。刀桿即常用的活塞桿,在氣缸的進、排氣作用下,刀桿帶動切刀上下運動,其行程可調(diào),一般以正好切斷傳送帶上的已干物料為宜,切刀速度亦可預先設定,而且在每一層上裝有一把刀,切刀長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。實際上,剪切機構(gòu)就是一組作上下往復運動的升降機構(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。
出料機構(gòu)是由破碎機、螺旋輸送機、上閘閥、中間罐、下閘閥和收料桶組成,破碎機采用動刀和靜刀組合結(jié)構(gòu),是將經(jīng)剪切的塊狀或條狀物料,經(jīng)破碎后進入螺旋輸送機,當中間罐的物料積存到一定量后,關閉上刀閘閥,將三通閥置于充空氣位置,中間閥充空氣后,此時中間罐恢復常壓,則開啟下刀閘閥,放出成品物料,然后關閉下刀閘閥,對中間罐抽真空,當中間罐的真空度與筒體真空度基本平衡時,再打開上刀閘閥,如此反復、循環(huán)操作。破碎速度和螺旋輸送速度采用變頻調(diào)速,刀閘閥采用氣動控制,可任意設定開閥和關閥的速度和時間,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、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)的傳導式加熱。加熱板放在傳送帶的下方,共分3個加熱區(qū),1個冷卻區(qū),用冷水泵打冷卻水循環(huán)冷卻。
Ⅱ、一個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,因為水蒸汽壓力過高,平板式換熱器容易變形,物料容易變性,物料色澤會加深,只能采用飽和水蒸汽,嚴禁使用過熱水蒸汽;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)冷水機組自動制得冷水,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。冷水溫度不宜過低,要防止結(jié)露返潮,通冷水時間也不宜過早,嚴格控制露點溫度。統(tǒng)的主要功能是方便操作，并在線測量作業(yè)時干燥室內(nèi)真空度、各個區(qū)段加熱板及物料的溫度，以達到實時監(jiān)控的目的。
