浅谈低温薄层干燥技术的应用

徐建校 杨锐

（常州朗脉洁净技术有限公司，江苏常州213149）

浅谈低温薄层干燥技术的应用

徐建校 杨锐

（常州朗脉洁净技术有限公司，江苏常州213149）

针对目前干燥设备存在的问题，提出了新研发的干燥设备——低温薄层干燥机，介绍了其低温辐射技术的原理，阐述了其优势及特点，在热传递性能、蒸发率、产品有效物质损失、产品色调、产品品质等方面，与同领域的干燥设备比较具有很大的优势。

低温；辐射；薄层；高品质；低能耗

0 引言

干燥是各类食品、药品等生产过程中重要的单元操作之一。各类干燥设备被广泛应用于化工、食品、医药及农副产品的加工生产中。然而，干燥过程中往往存在高能耗、低效率以及产品品质下降等问题，这些问题也一直成为干燥技术发展的焦点。

随着社会的发展和技术水平的不断提高，目前对干燥设备的总体要求体现为“两高一低”，即高效率、高品质和低能耗。由此对干燥设备提出的要求则表现在：（1）传热效率高，保持高产能；（2）有效地减少有效成分的热力损失；（3）减少热损失，提高热能利用率；（4）设备结构简化，操作维护简便。干燥设备具体的技术发展则表现为以“连续、低温、自动化”为特征的新型干燥设备的开发。

鉴于干燥工艺的特性，当前广泛应用于生产的各类干燥设备，大多在产品品质和能耗方面存在明显的缺陷。许多干燥设备或不能适应产品物料特性而造成产品品质下降；或能耗偏高，效率低下，在效率、品质和能耗之间往往顾此失彼。例如，为了减少热力干燥过程对产品物料有效成分的破坏，保证产品品质，通常采用冷冻干燥和真空低温干燥设备，但是设备成本高，结构复杂，运行维护费用大幅增加，热效率及热能利用率下降。而低温干燥操作带来的干燥速率下降，又引发生产能力难以满足规模生产要求以及产品水分难以达标等问题，这些都严重制约了低温干燥技术的广泛应用与发展。

因此，提高低温下的传热效率，有效降低水分移出阻力及大幅降低过程热量损失，同时使设备具有结构简洁、运行成本低的特点，成为了当前低温干燥技术及设备发展的关注焦点和发展方向。常州朗脉洁净技术有限公司开发的“低温薄层干燥机”（图1）正是这一技术发展的具体体现，该设备表现出了显著的优势和广阔的发展前景。

图1 低温薄层干燥机效果图

1 低温辐射技术的原理

低温薄层干燥机干燥时采用循环热流体介质作为干燥的热源，湿物料被分布到加热薄膜传送带上，形成物料薄层，传送带以设定速度运转，并保持与加热液体紧密贴合。通过辐射作用，加热介质的热量透过传送带进入湿物料，湿物料中的水分因此被加热蒸发。

随着干燥进行，物料水分含量逐渐减小至干燥终点，在干燥传送带末段再通过低温水冷却，有助于物料从传送带上移除，还可以减少温度对产品质量的影响。通过控制调节传送带的运行速度可调整干燥时间。

辐射薄层干燥，通常以热流体作为加热介质（一般为95℃），热流体表面所覆盖的加热薄膜传送带是一种导热不良的特殊薄膜材料，因此由循环水的蒸发作用及热传导带来的热量的损失被大大减弱。辐射传热原理如图2所示，当加热传送带上的湿物料时，薄膜可以将水辐射出的红外线反射回来，此时存在的只有热传导，热量散失极少，如图2（a）所示；当湿物料置于此传送带上时，湿接触面类似于一个“折射窗”，“折射窗”开启让红外线通过，此时热能以传导和辐射的方式传送到湿物料上，使湿物料中的水分蒸发，如图2（b）所示。当物料干燥后，物料和薄膜之间的水膜变为一空气薄层，空气膜较水膜产生较大的折射角，因此较易发生全反射，“折射窗”关闭，热能只能以传导的方式传送，由于加热传送带为热的不良导体，因此，避免了物料的过度加热和热量损失。物料在整个干燥过程的温度与加热介质温度可保持稳定的温差（一般可稳定控制在低于加热介质温度的15～20℃之间）。

低温薄层干燥机采用薄层布料，水分脱出阻力小，同时在加热面上部空间设置抽风装置，使蒸发出的水分可以及时移出，强化了脱水，因此在无需真空条件下即可达到较高的蒸发强度，满足一般干燥生产的要求。

图2 辐射传热原理示意图

2 低温薄层干燥技术的特点与优势

从目前的研究与应用情况看，低温薄层干燥机的主要技术特点如下：

（1）由于采用低温操作，并可有效控制物料温度，对于天然制品，可以最大限度地保持其色、香、味，得到高质量的最终产品，其产品品质与冷冻干燥产品品质基本相同；

（2）由于无需真空系统和冷冻系统等高能耗的辅助系统，低温薄层干燥机具有结构简单、设备制造成本和运行成本低、操作方便、运行维护费用低的特点；

（3）低温操作，热损失低，热能利用率高，并可利用多种能源作为干燥的热源，如电能加热、蒸汽加热、太阳能加热等。

从目前的研究与应用情况看，低温薄层干燥机的主要优势如下：

（1）低温薄层干燥具有很好的热传递性能，如表1所示。

表1 热传递性能

（2）低温薄层干燥具有很好的热效率和蒸发率，如表2所示。

（3）低温薄层干燥产品成分损失低，产品质量与真空冷冻干燥相接近，但热效率远远高于真空冷冻干燥，被称为第四代干燥技术。

使用低温薄层干燥机干燥的产品损失和色调如表3所示。

以某产品为例，使用低温薄层干燥机干燥的产品品质如表4所示。

表2 热效率及蒸发率

表3 产品损失和色调

表4 产品品质

3 干燥产品应用实例

低温薄层干燥机被广泛运用于食品行业中，对于富含天然食品纤维的新鲜瓜果类，其干燥效果尤为突出。

除此之外，低温薄层干燥机在植物调料、糖类、化工类、藻类等的干燥中也有广泛的应用，充分体现出了高品质、低能耗的干燥特点。

使用低温薄层干燥机干燥的产品应用实例如图3所示。

4 结语

作为一种新的干燥技术，低温薄层干燥机在热传递性能、蒸发率、产品有效物质损失、产品色调、产品品质等方面，与同领域的干燥设备比较具有很大的优势。

低温薄层干燥技术运用新的干燥原理，采取薄层干燥方式，结合特殊的薄膜干燥技术，诞生了一种新型的高品质、低能耗的干燥设备——低温薄层干燥机，其运用必将会在干燥行业带来一场重大的变革。

2015-08-17

徐建校（1970—），男，上海人，工程师，研究方向：压力容器设计、医药设备、洁净设备、干燥设备。

杨锐（1983—），男，四川自贡人，助理工程师，从事医药、食品行业干燥设备的研究工作。