[发明专利]一种果蔬低压过热蒸汽干燥乏汽余热两级热泵回收装置及方法

说明书

本发明涉及一种果蔬低压过热蒸汽干燥乏气余热两级热泵回收装置，包括热水箱、闪蒸器、干燥箱、第一级热泵蒸发器、第一级压缩机、第一级热泵冷凝器、第一级热泵膨胀阀、第二级热泵蒸发器、第二级压缩机、第二级热泵冷凝器、第二级热泵膨胀阀、循环水泵、过滤器、管道泵、缓冲罐、排水阀和真空泵。该发明的有益效果：以低压过热蒸汽为干燥介质，干燥效率高，避免了在高温干燥条件下果蔬出现热损伤，干燥质量好；实现应用两级热泵回收干燥过程产生二次蒸汽潜热与显热，节能效果显著；应用第一级热泵与第二级热泵相结合的两级热泵组合回收干燥过程产生二次蒸汽潜热与显热，形成一个较大温差区间的蒸发温度和冷凝温度两级热泵余热回收系统。

技术领域

本发明涉及一种果蔬干燥装置及方法，尤其是涉及一种以低压过热蒸汽为干燥介质、乏汽余热两级热泵回收装置及方法。

背景技术

果蔬是人们喜爱的食品，它们不但味美，而且具有非常丰富的营养，是人们获得维生素、无机物(钙、磷、铁等)、碳水化合物、纤维素、半纤维素的主要来源，在一些果蔬中还富含维生素A原(β―胡萝卜素)等，人类所需维生素C主要是从果蔬中获得。新鲜果蔬含水率多数超过80％，质脆易腐及生产的季节性、区域性，导致果蔬在时间上和空间上相对过剩，滞销跌价，腐烂损耗率高。新鲜水果每年损耗率达到30％，新鲜蔬菜达到40～50％，价值约750亿元人民币，果蔬收获后最有效处理方法之一就是干燥脱水。我国是脱水果蔬生产、出口大国，出口总量占世界市场总额的40％。但传统的干燥工艺能耗高、质量差，导致国际竞争能力下降，而且干燥能耗高是制约脱水果蔬业发展的关键技术瓶颈。果蔬为高含水热敏性物料，其干燥特点：①水分含量高，多数果蔬含水率为75～90％，有些蔬菜如莴笋、生菜和瓜类含水量高达95％。高水分使得干燥能耗极高，生产1㎏脱水蔬菜需要蒸发除去8～10㎏水，甚至更高(如生产1㎏脱水莴笋需要除去17㎏水)；②干燥过程有效成分易损失，果蔬含有十分丰富的维生素、色素物质、芳香物质等，这些有效成分在干燥过程极易损失，特别是采用热风高温干燥时，蔬菜中的维生素大部分被损失掉；③处理量大，果蔬属于大宗农产品，生产季节性强，收获时间短,处理量大，对干燥设备的脱水能力要求高，一般不宜采用真空冷冻干燥这样高能耗、高投资的干燥设备。

过热蒸汽干燥是一项最近发展起来的新技术，它是指利用过热蒸汽直接与被干物料接触而去除水分的一种干燥方式。但高压或常压过热蒸汽干燥温度应在倒置温度(理论值为160～200℃)以上，实际干燥温度在200℃以上，不适合果蔬等热敏性物料干燥。低压过热蒸汽干燥温度在100℃以下，解决了在常压或高压下，当达到蒸汽饱和温度时，可能出现热敏性成分的破环。低压过热蒸汽干燥不仅具有传热系数高，表面不易结壳，水分传递阻力小等优点，显著的优势是易于回收干燥过程产生二次蒸汽的潜热与显热，大大降低高水分物料干燥能耗，与真空溶液蒸发原理相似，具有高效节能的优势。

热泵干燥可以回收废汽中水蒸汽部分潜热与显热，节能效果较显著。但热泵干燥是制冷循环和干燥循环相互耦合的复杂过程，在热泵干燥的中后期，物料蒸发水分少，空汽与干燥物料之间的传质系数小，使得干燥室进出口空汽状态变化很小，影响了蒸发器降温除湿能力，空汽流过蒸发器不能降到露点以下，蒸发器吸收废汽中的显热和潜热非常有限，热泵系统运行工况变差。为了维持干燥温度的稳定，输入系统的电能大部分以热能的形式排出系统，高效能的热泵系统变成了低效能的电加热装置，导致干燥时间长，干燥能耗增加。

低压过热蒸汽耦合热泵组成高效节能干燥系统方法是应用热泵制冷系统蒸发器来回收干燥过程产生二次蒸汽潜热，通过热泵工质循环在冷凝器中释放出全部潜热作为干燥系统的热源。由于干燥介质为低压过热蒸汽，其凝结温度为系统压力对应的水蒸汽凝结温度(不是大汽环境的露点)，热泵蒸发器非常容易使干燥介质(低压过热蒸汽)达到凝结温度，全部回收干燥过程产生多余蒸汽的凝结热，物料中的水分在干燥过程蒸发，在热泵蒸发器凝结成液态水，全部回收干燥过程水分蒸发潜热，节能效果十分显著。

目前低压过热蒸汽干燥与乏汽余热利用装置及方法如下：