干燥器及干燥方法

专利名称:干燥器及干燥方法
本发明涉及干燥方法及干燥设备。
通常采用喷雾干燥方法形成颗粒状物料。把液体雾化成小液滴，使液滴受到干燥气体(例如热空气)的作用，蒸发液滴的液态组分留下干燥的颗粒物料。在食品和饲料工业中，采用这种工艺过程制备可溶咖啡粉，奶粉和脱水代乳品等产品。
在大的垂直容器或“塔”内，使雾化液体与热空气接触，完成了典型的喷雾干燥。对于生产过程具有足够生产能力的塔式干燥器，可高达20米和直径6米，如此大型设备建造费用昂贵。
在典型喷雾干燥中物料受热，对干燥产品质量产生不利影响。在干燥器内，热空气的再循环可能导致干燥颗粒在干燥器内长时间地滞留，因而加剧由加热引起的损失。这些难题在食品和饮料工业方面特别值得注意，因为食用物料的香料组分在加热时易受损失或分解。
美国专利3038533公开了一种不同的喷雾干燥过程。在该过程中，进行雾化的热空气或热初级空气以比较高的速度通过喷嘴射出，当料液通过喷嘴时，被初级空气雾化成小液滴。该小液滴顺流地通过，在从喷嘴喷出的初级空气射流中快速干燥。
初级空气射流导致在靠近射流处产生局部真空区，因而引起周围空气的再循环。为了防止这种再循环，上述专利提出沿筒式容器的轴向导引气流，并在底部补充与器内射流同向的空气或次级空气进入器内，以致初级空气射流被次级空气流包围。
上述专利公开的气流喷雾干燥技术，似乎解决了常规喷雾干燥中的某些难题。然而，这种喷雾干燥技术必然有其自身的缺陷，干燥物料会在筒式容器的壁上积聚。此外，气流喷雾干燥并不适合处理能经受喷雾成很细液滴的物料，例如高度浓缩的饮料提取物。所以，改进喷雾干燥方法和干燥装置是非常有意义的。
本发明提供如此改进。
根据本发明的干燥方法，料液被雾化，并且向下喷射雾化的物料流，干燥气体在器内朝雾化物料流喷射，在湍流状态下，从液流的相对边横向于顺流方向。该向内流动的干燥气体沿着液流长度或液流的上端到下端的范围内分布，以便当雾化物料顺流移动时，从向内的相对干燥气体流之间通过。于是，当物料顺流通过时，雾化物料和气体不断强烈地搅动，从而促进快速干燥。
用通过喷嘴的压力气体向下喷射物料，以致压力气体从喷嘴喷出成为一种射流，并且在射流中夹带物料。当气体和液体通过喷嘴时，物料可能被夹带在喷嘴上端的压力气体中，并被压力气体雾化成细小液滴。
当应用压力气体射流时，最好喷射干燥气体，以致起码在其长度的上流部分，压力气体完全被向内流动的干燥气体所包围。因此，由于射流挟带气体，就不可能在靠近射流处产生局部真空区，基本上排除了气体再循环，以及干燥物料伴随而产生的这种局部真空区。况且，向内流动的干燥气体势必驱散射流，故进一步遏制了再循环。
因此，干燥气体引起湍流但又遏制了再循环，湍流是不同于再循环的。用于本
发明内容
的术语“再循环”指的是涡流作用，该作用在相当长时间内基本上保持固定的位置，是稳定不变的。用于本
发明内容
的术语“湍流”指的是被更大的气流包围的涡流作用，以致涡流随着更大的气流流动。在宏观的基础上，湍流不影响挟带在气体中的物料流动，也不引起通过干燥的物料重复循环。
根据本发明进一步的见解，可以控制沿液流长度或液流的上端至下端范围，在每一位置的干燥区温度。因为干燥气体沿液流长度分布，并且横向地指向液流，因此，雾化物料被暴露在沿液流长度的每个位置上时，气体温度随着指向那个位置的干燥气体温度而变化。由于把不同温度的干燥气体供给不同的液流区，当物料顺流通过时，在预定顺序中，雾化物料就面临不同温度的影响。例如把相当热的干燥气体供给上部区域，把相对冷的干燥气体供给下部区域，则下部区域的温度可限制在控制干燥器出口处的产品温度，而在上部区域保持很高的温度以促使快速干燥。
采用高度雾化法同样促进干燥，然而根据本发明的工艺过程，用大于应用在现有典型气流喷雾干燥过程的液滴，仍然达到有效和快速的干燥。所以能有效地干燥粘性的或抗高度雾化的物料。人们相信，改进混合并且达到在本发明的最佳形式中所要求的气体温度，则有所裨益。
本发明还提供改进的干燥设备。该设备包括料液的雾化装置和在顺流方向喷射雾化物料的装置，还包括在湍流状态下喷射干燥气体的装置。该干燥气体从液流相对边朝液流喷射，由此横向地朝着顺流方向，以致向内流动的干燥气体沿着液流的长度而分布。干燥气体喷射装置最好设置沿液流长度，在不同温度下提供干燥气体。雾化和喷射装置可包括一个喷嘴、把压力气体供给喷嘴的装置以及把料液输送到喷嘴喉部上端的压力气体中的装置。
根据本发明的设备，对于给定的干燥生产能力说来是非常小型的，在它的最佳形式中，本发明设备只有同等生产能力的标准喷雾干燥器体积的百分之一。
本发明的其它目的、特定和优点，将存显于下述实施方案的详细描述中，并参见附图。
图1是根据本发明一个实施方案设备的局部剖面图。
图2是局部放大剖面图，表示图1所示设备的一部分。
图3是取自图1沿3-3线的剖面图。
图4是根据本发明又一个实施方案所描绘的设备的部分剖面图。
图5和6是根据本发明另一个实施方案所描绘的设备的局部透视图。
根据本发明一个实施方案的设备，该设备包括一个喷嘴部件10，设置在细长管壳形状的多孔扩散管12的顶端，喷嘴部件包括进气管14，在进气管下端带有圆锥形渐变过渡段16(图2)，喷嘴18在渐变过渡段的下端，喷嘴内表面是围绕喷嘴中心轴22的回转曲面，渐缩在喷嘴底部未端的喉部或最狭窄部分24。
室26由对中螺钉27支承在进气管内，其底部位于喷嘴的上端。进料管28安装于室26，进料下端伸入喷嘴并稍高于喷嘴喉部24。在室内的进料管周围有保温层。对中螺钉27固定了室26从而进料管未端与喷嘴同心。
安装喷嘴部件致使喷嘴18与壳体12同心，以及喷嘴下部未端与壳体的顶端对中。端盖29在喷嘴和壳壁之间延伸，端盖具有平整的端面30，其与喷嘴的未端平齐。
壳体12的壁包括邻接喷嘴部件的截头圆锥的上部套管31，以及与上部套管同心的圆柱形下部套管32(图1)。每个套管由多孔烧结金属形成，并在其整个表面上均匀布有许多微小的孔隙和小孔。上部套管31设置在第一室34内，形成了环状通道或空间36，此空间环绕上套管并与其外表面相遇。下套管32设置在类似的室38内，形成了又一个环形通道40，通道36和40由隔板41而彼此分开。下套管32的未端通过出料管42连接到常规旋风分离器44。
喷嘴部件的进料管28连接到提供料液的物料源46，物料源系统可包括常规的储槽、泵和计量装置。进气管14连接到气源48，在预定压力下提供可控温度的气体。通道36和40相应连接到类似的各自独立的可控气源50和52。气源系统包括常规的压缩机、减压器、热交换器和流量计量装置。
根据本发明的一个工艺过程，由气源48提供的压力气体通过进气管14高速流过喷嘴18。由物料源46迫使料液通过进料管28，当它从进料管未端出口时，被压力气体挟带通过喷嘴18并被雾化而通过喷嘴喉部24，以致从喉部随着压力气体喷射出滴状液流。压力气体与挟带的液滴从喷嘴下端通过，形成普通圆锥形射流54，其上端至下端范围内的轴线与喷嘴的轴线22一致，因而与扩散管或壳体12的纵向轴线也一致。
气源50把第一部分干燥气体给环形通道36，通道36几乎不存在流体阻力，通道内的压力基本上是均匀的。因此，上套管31的外表面临基本上均匀的气体压力的影响。在上套管31整个周壁，基本上具有均匀的孔隙，以使干燥气体围绕套管周边，以每单位管壁面积基本均匀的速率通过套管壁。由于套管壁的孔是极细微和被紧密相隔的，干燥气体在遇到射流前，从邻接孔处射出的气体流距离套管内表面极微小的距离处彼此就汇合了。这样，射流的上部区域被连续的干燥气体流包围，该干燥气体从射流周边的外面向内朝射流的轴线作径向流动，在图3中由箭头所示。干燥气体还有与轴线平行的低速顺流。
第二部分干燥气体由气源52提供，通过通道40和下套管32的管壁，以使射流的下部区域被类似的连续流动的干燥气体包围。靠近两个套管交界处即在隔板41部位，流体含有通过两个套管所供给的干燥气体。
干燥气体与压力气体及液滴一起向下流动，当液滴顺流通过时，液滴内的水分蒸发，以使液滴在到达出料管42前成为干燥颗粒。颗粒和气体通过出料管到分离器44，在分离器中颗粒与气体分离，并从系统中排走。
干燥气体通过管壳壁渗入射流，并在射流中与压力气体混和。此外，朝向射流轴线的干燥气体流在射流中引起湍流，从而促进中心或接近轴线的射流中心区和射流外围区(远离轴线)之间气体的交换。干燥气体如此充分混和及连续补充，保持了整个射流区的气体所要求的低温度。尽管从被干燥到气体的物料不断的转移水分。
可以任意控制干燥气体各个部分的温度及压力气体的温度。第一部分干燥气体供给上套管31，在上部区域靠近喷嘴处与压力气体和被干燥物料混合。同时，第二部分干燥气体供给下套管32，在下部区域与其余的气体和物料混合。这样，热量输入到干燥器的每个区域，此后当气体向下通过时与物料相遇，气体温度的范围可以任意控制。
在许多情况下，最好在上部区域使物料相应面临较高的气体温度，而在下部区域相应面临较低的气体温度。在上部区域中，物料相对地有高的含水量，并且在水分转化为蒸汽中消耗大量的热量。在下部区域，物料是相对地干燥，以致蒸发水分较少，因此在下部区域，对蒸发说来只需较少的热量。在相对高的温度下把压力气体和干燥气体供给上部区域，在相对低的温度下，把干燥气体供给下部区域，热量输入与干燥器每个区域中的热需要量接近一致。因此，供于气体的热量向来是有效地完成所需要的蒸发而非耗损。
况且，由于沿射流长度供给不同温度的干燥气体，则不是提高被干燥物料在所需范围以上的温度，可达到有效干燥。在上部区域中，物料有相当多的含水量，并在蒸发中消耗大量热量，液滴的温度基本上低于周围的气体温度。所以，在上部区域的气体可以保持相对高温，在不过分提高被干燥物料温度情况下有利于蒸发。当物料向下流动并逐渐变得较干，而蒸发速度却降低。随着热量从气体到被干燥物料的连续传递，物料的温度趋近周围气体的温度，应限制下部区域气体温度以防止物料过热。通过沿液流长度以不同温度供给干燥气体，可以在上部区域保持高的气体温度，而在下部区域保持低的气体温度。
如果供给下部区域的干燥气体温度是足够低的，那么下部区域的混合气温度可能低于被干燥物料的温度，热量就从物料传递到气体，干燥物料的聚集起来之前就在气流中冷却。物料直接暴露于对液流横向喷射干燥气体所形成的气流中，这对物料提供了有效而快速冷却。虽然使用术语“干燥气体”为的是便于表示对液流横向喷射气体，但应该理解，在物料已经干燥后，在冷却物料中所应用的某些或全部干燥气体可以接触物料。在液流未端可以喷射一部分或全部用于冷却的干燥气体，物料在未端达到最终含水量。
当物料聚集之前在气流中被冷却，它只需在干燥期间暴露高温下，相反，在常规喷雾干燥中，冷却聚集之前的干燥物料一般是不可行的。在常规工艺中，一般在提高温度下聚集干燥物料，因此聚集以后对温度下降是敏感的。
在上述实施例中，两部分干燥气体是在两种不同温度下使用的，由干燥气体在不同温度下供给沿液流长度的不同区域而达到所需要的干燥效果，可以采用多于两部分的干燥气体供给两个以上区域的方法来提高干燥效果。例如可以在高温、中温和低温下供匡给三部分干燥气体。
也可以使用其他气体温度模式。所以如果在低于干燥气体(该干燥气体朝液流的上部区域喷射)温度下供给压力气体，则混合气体刚接近喷嘴的温度是低的，并且在上部区域内沿顺流方向逐渐地增加。在干燥过程的初始阶段，雾化物料的温度的很低的，通过把干燥气体在低温下供给最上部区域以及在较高温度下供给下一个区域来增强干燥效果。干燥最初阶段的低温对物料是有用的，当物料潮湿时，对热特别敏感，在它们趋近干燥时对热就变得较不敏感。当咖啡和茶提取物逐渐趋向干燥，在加热时易挥发香料就较少损失。
在上述设备中，物料流或干燥气体流围绕射流的轴线是对称的，向内的干燥气体流从扩散管或壳壁的各个部分被相对方向的同样内部气流平衡，该部分气流径向离自壳壁的相反部位。相对是干燥气体流使雾化物料不偏离轴线。参照图3可作最好的解释，干燥气体必然能使雾化物料离开壳壁，向外朝壳壁移动的液滴或颗粒遇到向内流动的气体就朝轴线返回。
气体射流必然会挟带包围的气体，此后在接近射流的上端势必产生局部真空，局部真空本身导致周围气体流向射流外的上端，因而造成再循环，向内流动的干燥气体防止了这种再循环。
射流的特征在于气体速度的特殊分布，较高的速度在接近轴线的中心区域，较低的速度在离轴线偏远的周边区域，特殊的速度分布与射流的扩散有关，这个挟带量或挟带气体的趋向从周围递减，因而形成再循环的倾向也递减。由干燥气体导致的充分混合，促进了射流的中间区域与边缘区域间的动量传递。这样，干燥气体加速了射流速度分布的扩散而降低它的挟带量。
此外，通过壳壁供给的向内流动的干燥气体与剩余的射流挟带物相遇，靠近壳壁上端，通过壳壁每单位轴向长度所要求的干燥气体流量，超过每单位长度射流挟带物流量。因此在射流外边有一些干燥气体的顺流，如果通过壳壁下部区域，每单位轴向长度干燥气体流量比射流挟带物流量小，那么过量的干燥气体的顺流部分可补其不足。在相反情况下，上部区域干燥气体不足和下部区域中的过量是较少合乎要求的。在射流外边有一股向上气流可引起再循环。在另一方面，对总的流量来说，沿射流长度朝其上部的任意部位喷射干燥气体，通过壳壁上部任意部位总的干燥气体流量，最好等于或超过对那部分射流的总的扶带量。
受向内喷射干燥气体影响而下降的射流实际夹带量是不易计算的。经由喷嘴的给定压力气流引起的射流，其实际挟带物流量比相应的自由射流的夹流量要少。自由射流也就是具有同样流率的压力气体射流，从同一喷嘴中喷出进入巨大的空间，而没有任何向内喷射的干燥气体。这样一个自由射流的每单位长度所要求的挟带量E，由计算式近似计算得出。
E＝ (0.26(Mo))/(D)式中Mo是通过喷嘴的压力气体质量流率D是喷嘴喉部直径。
用于本发明中的术语“理论挟带量”指的是根据上述计算式计算的自由射流相应的挟带量，如果向内的干燥气体流量等于或超过射流的理论挟带量，那么，干燥气体流量将超过射流的定际挟带量。由下列计算式可表明所需要的关系
式中R是干燥气体流过壳壁每单位轴向长度的流量X是向下离开喷嘴喉部的轴向距离;及q是任选的值。
上述的挟带量和干燥气体流量之间关系式最好保持在紧接喷嘴的区域，轴向距离范围等于或比喷嘴直径大10倍，导q的任意值在0和10D之间。当射流在那区域中明显下降时，在更下面部位保持那关系就不那么重要。然而，保持规定关系式用于喷嘴下方大于10倍喷嘴直径的距离，特殊的直至30到60倍喷嘴直径，可确保遏制再循环。
根据本发明的最佳实施方案，在干燥过程中，几个因素共同作用排除了被干燥物料对干燥室壁的粘附。粘附一般起因于湿物料在干燥器壁上的碰撞，而干物料一般不会粘附于壁上。根据本发明改进混合和所要求的气体温度分布可促进快速干燥，因而在物料碰撞器壁之前就加速了干燥。再循环往往会向外朝器壁携带被干燥物料而促使其碰撞和粘附，故采用干燥气体抑制再循环，足以消除粘附。同样地，向内流动的干燥气体必然向内吹动干燥物料使之离开器壁，进一步排除了物料对器壁的附着作用。
为使湿物料在器壁上碰撞机会减到最低，上部区域的壳壁最好设置在射流横向边界的外面。射流具有连续实际界面，距射流轴线的距离逐渐增大，气体速度沿顺流方向下降，在射流和包围气体之间带有不明显的不均匀性。自由射流的横向边界未受向内流动的气体扰动，通常定义为理论截头锥体，从喷嘴喉部以约23.5℃的夹角向外扩展。由于干燥气体的作用，实际射流伸展一个较小角度，根据本发明，自由射流近似值可用来设计干燥装置。因此，可以把壳壁安装得使其上部区域位于上述截头锥体的外边。在下部区域，雾化物料基本上干燥，物料在壳壁上的碰撞就无关紧要，壳壁可安放在理论圆锥体内。
要求壳壁或者与壳体的纵向轴线平行，或者偏斜轴线一个角度，此角度小于或等于3 1/2 度左右，截头圆锥壳壁最好含有不大于7度的夹角。如果壳壁是以回转曲面形式区别平截头圆锥形，产生如此表面的母面偏斜纵向轴线不应大于3 1/2 度。
为达到干燥气体和液滴之间最好的相互作用，并使设备的体积减到最小，设置的壳壁或扩散管应尽可能靠近纵向轴线，与上述原理相一致。不过本发明不由操作原理所限制。当干燥气体通过扩散管壁内小孔时就产生旋涡运动，这些涡流有助于干燥气体和液滴之间的相互作用。进而，当这些涡流与干燥气体一起向内运动时就减弱了。扩散管壁与雾化物料的密切接近，使物料更好地处于涡流中，最好至少在物料流中心的25厘米内安排一部分扩散管壁，以提供涡流进入物料流中心的有效传送。涡流和分散的物料之间有效的相互作用发生在靠近壳壁或扩散管壁。因此那些接近壳壁的液滴干燥得最快，所以进一步抑制了雾化物料对壳壁的粘附。
孔的尺寸也具有重要性。干燥气体从小孔喷出所产生的涡流范围直接与孔的尺寸有关。当涡流的大小接近液滴直径时，产生涡流和雾化物料之间最佳相互作用。为了达到这个相互关系，主要地是每个孔的尺寸应大约是雾化阶段产生的液滴平均直径的0.1至10倍、最好约1.0到5.0倍。在这个意义上，孔的“尺寸”指的是通过孔的最大的固定球状颗粒的直径。
根据本发明另一实施方案的设备，以图4示意说明。使用一细长的长方形开口的喷嘴60，在喷嘴内部装有一个具有长方形出口的进料管62。喷嘴定向长方形横截面的管将多孔壳体64，该壳体的壁朝壳体下端向外引。压力气体给喷嘴60输送并雾化供给进料管62的料液。气体从喷嘴喷出，一般形成长方形横截面的射流，并携带液滴流。干燥气体供给壳体64的两个窄边和宽边。正如上述关于图1-3的实施方案中，射流完全被从多孔壁向内喷射的干燥气体包围，并且雾化物料从相对向内流动的干燥气体之间通过。
上述射流挟带量和通过壳壁的干燥气体流量之间的相互关系，适合于图4那样的应用非圆形横截面喷嘴的设备。用矩形喷嘴狭窄边尺寸取作喷嘴的直径。从矩形喷嘴喷出的射流以差不多同样方式向外扩散，如同从圆形喷嘴喷出的射流。从矩形喷嘴喷出自由射流的理论横向边界不受向内流动的气体影响。具有从喷嘴边缘延伸边的方尖柱形状，其相对边夹角均为23.5度。再者，虽然射流在某种程度上被干燥气体抑制，而理论上自由射流边界可用作壳体的原始设计。
图5示意的设备，装有许多截头圆锥体的多孔壳体66和相联的进气管68，安排每个进气管通过喷嘴排放压力气体进入相联的壳体，料液通过每根进气管中的进料管(图示表示)供给。通过围绕壳体的干燥室(图未表示)供给的干燥气体是通过壳壁喷射的。因此，每个壳体以同样方式操作，如同上述关于图1-3所描述的干燥室的上部区域。从每个喷嘴喷出的射流，在它长度的整个上端部分完全被向内喷射的干燥气体包围。壳体的下端安排在一对相对的多孔板70之间，并经由室72通过多孔板补充干燥气体。
从壳体喷出的气体和雾化物料，从两块多孔向内相对喷射的干燥气体流之间通过，如图5箭头所示。干燥气体从板喷出，在湍流条件下与雾化物料以及从壳体喷出的气体混合。气流与雾化物料从壳体喷出，当它们通过两板之间时，不完全被向内喷射的干燥气体包围。为了在邻近气体之间的区域中减少再循环的可能性，壳体66的结构形式和流过壳体的干燥气体流量被安排得使每个喷嘴喷出的射流基本上在相联的壳体内扩散。因此，每个壳体最好从相联的喷嘴延伸下去，延伸距离至少是喷嘴直径的10倍，并且最好通过每一壳体供给的干燥气体流量至少等于射流理论挟带量。
在上述实施方案中，物料在压力气体的射流中被喷射。然而，图6所示的设备，物料可以不用压力气体来雾化和喷射。该设备包括一个干燥室74，它的顶端和周边是密闭的，干燥室的两个相对边由多孔扩散板76限定。每个多孔板连通干燥室78，干燥室接到气源(未表示)。喷雾嘴80安装到干燥室的顶盖，每个喷雾嘴有许多细孔朝向干燥室内部，喷雾嘴与高压泵82相连接。
由泵82输送料液通过喷嘴80，使细液滴物料从每个喷嘴下端通过。经由室78供给的干燥气体，通过多孔板76朝液滴流喷射。物料在沿物料料长度分布的相对而向内流动的干燥气体流之间通过，并且被扩散的液体在湍流条件下有效地受到干燥气体的影响。最好，多孔板76向下延伸至物料基本上干燥的这点之外。
由于室的顶盖是密闭的，因此，干燥气体连续流进干燥室而加压在室底部的干燥气体。已干燥的物料收集在连接到室下端的分离器(未示出)。
因为没有压力气体射流，没有必要安排干燥气体的流，以致避免了由这样的射流产生的再循环。因此，液滴的液流不完全被向内喷射的干燥气体包围。另外，为干燥所需的热量完全由干燥气体供给。任一喷雾嘴的液体能够达到应用所需的雾化程度。在其他方面，干燥操作类似上述的那些实施方案。
所需的干燥时间明显地随液滴直径而变化，与喷雾方法无关。干燥较大的液滴耗费较长时间。因此，最好喷雾到平均液滴尺寸约70微米或以下，很大的液滴相对地干燥得慢，依然是湿的物料，则会在干燥器壁上碰撞，从而粘附在壁上。通常，很大液滴的比例直接随液滴直径分布的不均匀程度而变化，也直接随平均液滴直径而变化。因此液滴直径分布越均匀，较大平均直径的液滴不会发生粘附。液滴雾化到平均直径约63微米，与3%直径212微米以上的液滴以及12.2%直径150微米和212微米的液滴一起可以成功地应用。就干燥过程而论，在液滴直径方面没有更低的限度，假定干燥颗粒直径与雾化阶段产生的液滴直径相同的情况下，此处提到的液滴直径由测定颗粒的直径决定。
粘稠的或其它原因难于雾化的料液，例如含固量约40%或更多的含水可食用物料，最好被挟带液体的压力气体喷雾，压力气体通过上述关于图1-5所述的喷嘴。一般来说，当压力气体在喷嘴喉部处趋近达到声波速度时，可得到最有效的雾化。
压力气体和干燥气体通常是空气，但也可应用其它气体。虽然干燥过程通常包含水分蒸发，带有与水不同的液体物料也可被干燥，糖基物料，例如糖水溶液、蜂蜜和糖浆在干燥时进入发粘的非晶体状态，在干燥后保持在这个状态一个相当长的周期是完满的。为了避免在干燥过程中这种物料的粘附问题，可以用其它物料与糖基物料混和，提供成核晶格点，并加速结晶过程。
本发明特别适宜于干燥可食用液体，例如牛奶、含水的咖啡、巧克力茶提取物，这些提取物的混合物以及含有与糖、糖浆或蜂蜜一起的这种提取物的混合物。使用本发明快速干燥，在干燥器内基本上不存在再循环，并达到控制产品温度，能保持产品的香味。
在本发明的典型实施方例中，为干燥含水可食用液体，喷嘴上端的压力气体温度一般在500℃或以下，供给上部区域的干燥气体温度约在120℃-210℃范围，供给下部区域的干燥气体温度约低于80℃，干燥气体总的质量流率通常约10-20倍于压力气体的质量流率，在这些条件下，常用的可食用液体在干燥器仃留时间大约50毫秒或再小些，可以有效地被干燥。对于如此过程的壳体和干燥室长度可为1-2米，直径可少于1米。
下面举例说明本发明的实际情况，在实施例中含固量和含水量的比率由重量百分比表示。
实施例1应用相似于图1-3表示的设备，喷嘴有一个直径18毫米的喉部，壳体是截头圆锥形，长约1米，其上端内径约7厘米，下端约33厘米，壳壁小孔平均直径约30微米，含固量约45%的含水咖啡提取物约以70公斤/时泵送到进料管，267公斤/时压力空气在大约410℃下供给喷嘴，当压力空气通过喷嘴时，由于膨胀而冷却到约310℃，1662公斤/时的干燥气体约在160℃供给上半部壳体，1948公斤的/时的干燥气体约在42℃时供给下半部壳体。空气和干燥物料约在80℃时从壳体下端排出，咖啡提取物被干燥到颗粒直径约20-30微米及含水量大约为5%。
在壳壁上观察不到物料的积聚。由若干品味员蒙眼试味，从干燥产品制备饮料较由常规塔喷雾干燥同样提取物获得的粉末所制备的饮料为佳。
实施例2-6如实施例1中应用的设备，壳体除了在上部有一个上端内径为约22厘米、下端内径为32厘米的截头圆锥形以外，在下部还有一内径为32厘米的圆柱形，两部分都有平均直径约30微米的孔。空气在室温和大气压下进入系统，在加热和压缩前测量空气流速。压力气体一到喷嘴上端就测定其压力和温度。出口温度是在出口管处混合气体和干燥产品的温度，在离壳体下端近1米处测量。在各种情况下，每分钟约有28300升干燥气体通过壳体的每个部分。每个实施例的其它参数在下列表中示出。
表压力气体 干燥气体 产品温度℃ 含水量%表压 平均颗粒直径千帕 上部 下部 出口 微米流率 温度 温度 温度 生产能力实施例 料液 升/分 ℃ ℃ ℃ 公斤/时干基2 咖啡提取物 312 3.6646%固体 103 170 103 92 506800 673 咖啡提取物 153 N.A45%固体 98 170 91 85 636800 344 咖啡提取物和变成焦 316 2.6糖的糖浆 104 139 86 95 2944%固体 3680 33
5 咖啡提取物和糖30%固体 324 2.6103 120 85 84 163680 196 巧克力提取物 248 4.2744.5%固体 108 144 62 77 273680 N.A(“N.A”表示得不到的值)实施例7采用如实施例2-6所用的同样的设备，料液在115公斤/时进料流率下干燥固体44%的茶提取物，并且用空气作为压力气体和干燥气体。压力气体流率是317公斤/时，总的干燥气体流率是2860公斤/时，在多孔壳体上端和下端之间平均分配。紧接着喷嘴上端处，压力气体的温度是93℃，它通过喷嘴冷却到约28℃。干燥气体以246℃供给上部壳体，以93℃干燥气体供给下部壳体。因此雾化提取遇到排列成低温，高温及中间温度混合气体的作用，出口温度约为85℃，该产品含水量约为35%。
实施例8采用如实施例7所用的同样工艺过程和设备来干燥浓度到含固量约48%的牛奶。除料液进料流量是170公斤/时和压力空气流率是476公斤/时以外，出口温度约为65℃及产品含水约为5%。
权利要求
1.一种干燥液体物料的方法，该方法包括(a)雾化物料并沿顺流方向喷射雾化物料流；以及(b)使雾化物料与干燥气体接触，在湍流状态下喷射干燥气体，横向于上述的顺流方向，因此干燥气体从相对边朝向液流，并沿液流的长度方向分布，以致雾化物料从相对的向内干燥气体流之间通过，干燥气体由此与雾化物料混合，并且雾化物料向下移动时就被干燥。
2.根据权利要求
1所述的方法，其中物料被通过喷嘴的压力气体向下喷射及雾化，并且物料夹带在喷嘴喉部上端的压力气体中，以致压力气体通过喷嘴时，物料被它雾化，并且压力气体向下通过喷嘴成为射流，雾化物料被夹带在上述射流中。
3.根据权利要求
2所述的方法，其中喷射上述干燥气体，以便靠近喷嘴上部区域的射流完全被向内流动的干燥气体包围。
4.根据权利要求
3所述的方法，其中对喷嘴与其下方10倍喷嘴直径距离之间位置喷射干燥气体，朝喷嘴和上述任意位置之间的射流部位喷射干燥气体的总流量，等于或超过喷嘴与上述任意位置之间射流部分的总的理论挟带量。
5.根据权利要求
2、3或4所述的方法，其中压力气体在喷嘴喉部达到声波速度。
6.根据上述任何一项权利要求
所述的方法，其中朝着沿液流长度的不同区域喷射不同温度的干燥气体。
7.根据权利要求
6所述的方法，其中朝上部区域喷的干燥气体的温度比朝下部区域喷射的干燥气体的温度高。
8.根据权利要求
7所述的方法，其中干燥物料被朝上述的下部区域喷射的干燥气体所冷却。
9.根据上述任何一项权利要求
所述的方法，其中物料被雾化到液滴平均直径小于约70微米。
10.根据上述任何一项权利要求
所述的方法，其中通过靠近液流设置的多孔扩散管，至少供应某种干燥气体，扩散管内小孔尺寸约在上述雾化阶段成的液滴干均直径的0.1至10倍之间。
11.根据上述任何一项权利要求
所述的方法，其中液体物料是一种含水的可食用物料，选自下列一组食用物料，包括;牛奶、咖啡提取物、巧克力提取物、茶提取物及其混合物，或者上述含水食用物料的一种或数种与糖、糖浆或蜂蜜的混合物。
12.根据权利要求
11所述的方法，其中料液至少含有40%固体(重量百分比)。
13.干燥料液的设备，包括(a)进行雾化物料及沿顺流方向喷射雾化物料流的装置;以及(b)喷射湍流状态的干燥气体，横向于上述顺流方向，从相对边朝液流喷射，致使干燥气体沿液流的长度方向分布，并且与雾化物料混合的装置。
14.根据权利要求
13所述的设备，其中上述干燥气体喷射装置包括一个具有相对的多孔表面并沿上述顺流方向延伸的扩散管，以及迫使干燥气体通过上述相对表面的装置，上述雾化和喷射装置是为喷射上述相对表面之间的雾化物料而进行操作的。
15.根据权利要求
14所述的设备，其中上述扩散管包括一个纵向多孔管式壳体，上述迫使干燥气体通过相对表面的装置，包括在压力下将干燥气体供到壳体外表面的装置，上述雾化和喷射装置是为以纵向进入壳体的雾化物料流而进行操作的。
16.根据权利要求
15所述的设备，其中上述雾化和喷射装置包括一个与上述壳体同心的喷嘴，压力气体在压力下供给喷嘴的装置，使压力气体从喷嘴排出，在上述壳体内向下射流，以及在喷嘴喉部上端压力气体中挟带料液的装置。
17.根据权利要求
16所述的设备，其中上述喷嘴的内表面和上述壳体是回转曲面而且是彼此同轴的。
18.根据上述权利要求
14至17的任意一项权利要求
所述的设备，其中上述干燥气体喷射装置包括在不同温度下，沿壳体上端至下端范围的上述相对表面的不同部位喷射干燥气体的装置。
专利摘要
料液被连续地喷射成细雾状，并与干燥气体相接触而进行干燥。从液体对面以湍流状态喷射干燥气体，这样的气流是沿液流的长度方向分布的。物料被从喷嘴喷出的气体射流雾化及喷射，围绕射流喷射干燥气体，以致干燥气体满足射流的挟带需要量，所以可防止射流外面气体的再循环。
文档编号A23L3/40GK86106073SQ86106073
公开日1987年3月4日 申请日期1986年8月30日
发明者詹姆斯·图特 申请人:雀巢制品公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan