一种超声波强化过热蒸汽干燥/灭菌装置

本技术属于过热蒸汽干燥、灭菌，具体涉及一种超声波强化过热蒸汽干燥/灭菌的装置。

背景技术：

1、过热蒸汽干燥技术是指具有较高焓值的过热蒸汽可以快速地将热量传递给被加工的物料，使物料水分快速蒸发。其优点主要有：①热效率高，节能效果明显；②传热系数高，无传质阻力；③有效减少危害物质的二次污染和防止爆炸发生。该干燥技术已被广泛应用于污泥干燥、罐头加工、木材干燥、食品干燥和杀菌等领域。但目前过热蒸汽干燥技术的应用中也发现了问题：由于物料表面温度较低，而通入的过热蒸汽温度较高，易在物料表面冷凝并形成一层液膜，从而阻碍过热蒸汽与物料表面的热质传递，降低工作(干燥或灭菌)效率。

2、因此，如何解决过热蒸汽干燥和灭菌过程中物料表面液膜产生的传递阻力问题，提高过热蒸汽处理效果、强化传热传质、缩短处理时间以及降低能耗，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超声波强化过热蒸汽干燥/灭菌的装置，将超声波与过热蒸汽有效结合，超声作用可以在过热蒸汽干燥过程中打碎由于温差而在物料表面产生的液膜，有利于强化传热传质、提高效率、缩短干燥或灭菌时间。

2、本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

3、一种超声波强化过热蒸汽干燥/灭菌的装置，其包括过热蒸汽发生装置、超声波发生装置、混合室、喷嘴、工作室、余热回收装置以及控制系统，所述过热蒸汽发生装置包括蒸汽发生器和蒸汽过热器；所述超声波发生装置包括超声发生器及超声导出装置；所述余热回收装置包括冷凝器、过滤器和离心泵；蒸汽发生器产生的饱和蒸汽通过蒸汽过热器加热成为过热蒸汽，从混合室上方径向通入混合室，超声导出装置与超声发生器前端相连，超声导出装置安装于混合室内部前端，混合室后端与工作室前端连接并安装有喷嘴，工作室后端连接余热回收装置的冷凝器，冷凝器的冷凝水经过滤器、离心泵输送回蒸汽发生器中，控制系统与蒸汽发生器、蒸汽过热器、超声波发生器、冷凝器、过滤器、离心泵控制连接；超声导出装置在混合室径向通入的过热蒸汽中产生传播方向和振动方向一致的纵波，形成具有超声振动的过热蒸汽流，并以一定速度从喷嘴喷入工作室内，对工作室内待加工物料进行干燥/杀菌处理。

4、而且，所述超声导出装置为超声波换能器或超声喇叭。

5、而且，所述工作室为干燥室或灭菌室。

6、而且，所述蒸汽发生器出口压力不大于0.7mpa，工作过程中的操作压力为0.05～0.5mpa，所述蒸汽过热器的加热温度范围为不超过300℃。

7、而且，所述超声波发生器的超声波频率为20～100khz，最大功率100w，功率控制范围为0～100％，使用超声波发生器的频率优选为20～40khz。

8、而且，所述喷嘴的数量为一个或若干个，若干个喷嘴时采用点阵式布局，保证工作室特别是物料周围的全覆盖，喷嘴为扁平状、圆形或方形喷嘴。

9、本实用新型的优点和有益效果为：

10、1、本实用新型的超声波强化过热蒸汽干燥/灭菌的装置，超声导出装置在混合室径向通入的过热蒸汽中产生传播方向和振动方向一致的纵波，形成具有超声振动的过热蒸汽流，并以一定速度从喷嘴喷入工作室内，对工作室内待加工物料进行干燥/杀菌处理，将超声波与过热蒸汽有效结合，超声波处理可以扰乱或去除物体周围空气或蒸汽的保护层，以防物料表面液膜的产生，从而增强过热蒸汽的穿透效果，迅速将过热蒸汽压到物料表面甚至物料内部，从而增强过热蒸汽与物料表面之间的传热传质，有利于物料的干燥和杀菌。

11、2、本实用新型的超声波强化过热蒸汽干燥/灭菌的装置，将超声波与过热蒸汽有效结合，超声作用可以在过热蒸汽干燥过程中打碎由于温差而在物料表面产生的液膜，从而有利于强化传热传质、缩短干燥或灭菌时间。

12、3、本实用新型的超声波强化过热蒸汽干燥/灭菌的装置，利用过热蒸汽作干燥介质，由于物料表面不易形成阻碍传质的硬壳、干燥应力小，不易产生开裂、变形等缺陷；同时由于过热蒸汽干燥无氧化、燃烧等反应，产品颜色不会褪变，产品品质好。

13、4、本实用新型的超声波强化过热蒸汽干燥/灭菌的装置，设有余热回收装置，可回收蒸汽的汽化潜热，提高热效率(有时可高达90％)，在强化干燥及杀菌效果的同时，大大降低了能耗，节约能源、降低成本；此外，整个过程在密封条件下进行的，无粉尘排放，有利于保护环境，便于大规模工业化生产。

技术特征：

1.一种超声波强化过热蒸汽干燥/灭菌装置，其特征在于：包括过热蒸汽发生装置、超声波发生装置、混合室（15）、喷嘴（6）、工作室、余热回收装置以及控制系统（12），所述过热蒸汽发生装置包括蒸汽发生器（1）和蒸汽过热器（2）；所述超声波发生装置包括超声发生器（3）及超声导出装置；所述余热回收装置包括冷凝器（9）、过滤器（10）和离心泵（11）；蒸汽发生器（1）产生的饱和蒸汽通过蒸汽过热器（2）加热成为过热蒸汽，从混合室（15）上方径向通入混合室（15），超声导出装置与超声发生器（3）前端相连，超声导出装置安装于混合室（15）内部前端，混合室（15）后端与工作室前端连接并安装有喷嘴（6），工作室后端连接余热回收装置的冷凝器（9），冷凝器（9）的冷凝水经过滤器（10）、离心泵（11）输送回蒸汽发生器（1）中，控制系统（12）与蒸汽发生器（1）、蒸汽过热器（2）、超声波发生器、冷凝器（9）、过滤器（10）、离心泵（11）控制连接；超声导出装置在混合室（15）径向通入的过热蒸汽中产生传播方向和振动方向一致的纵波，形成具有超声振动的过热蒸汽流，并以一定速度从喷嘴（6）喷入工作室内，对工作室内待加工物料进行干燥/杀菌处理。

2.根据权利要求1所述的超声波强化过热蒸汽干燥/灭菌装置，其特征在于：所述超声导出装置为超声波换能器（5）或超声喇叭（4）。

3.根据权利要求1所述的超声波强化过热蒸汽干燥/灭菌装置，其特征在于：所述工作室为干燥室（7）或灭菌室（8）。

4.根据权利要求1所述的超声波强化过热蒸汽干燥/灭菌装置，其特征在于：所述蒸汽发生器（1）出口压力不大于0.7mpa，工作过程中的操作压力为0.05~0.5mpa，所述蒸汽过热器（2）的加热温度范围不超过300℃。

5.根据权利要求1所述的超声波强化过热蒸汽干燥/灭菌装置，其特征在于：所述超声波发生器的超声波频率为20~100khz，最大功率100w，功率控制范围为0~100%。

6.根据权利要求1所述的超声波强化过热蒸汽干燥/灭菌装置，其特征在于：所述喷嘴（6）的数量为一个或若干个，若干个喷嘴（6）时采用点阵式布局，保证工作室特别是物料周围的全覆盖，喷嘴为扁平状、圆形或方形喷嘴。

技术总结
本技术涉及一种超声波强化过热蒸汽干燥/灭菌的装置，其包括过热蒸汽发生装置、超声波发生装置、混合室、喷嘴、工作室、余热回收装置以及控制系统，过热蒸汽发生装置包括蒸汽发生器和蒸汽过热器；超声波发生装置包括超声发生器及超声导出装置；蒸汽发生器产生的饱和蒸汽通过蒸汽过热器加热成为高温过热蒸汽，从混合室上方径向通入混合室，超声导出装置与超声发生器前端相连，超声导出装置安装于混合室内部前端，混合室后端与工作室前端连接并安装有喷嘴，工作室后端连接余热回收装置。本技术将超声波与过热蒸汽有效结合，超声作用在过热蒸汽干燥过程中打碎由于温差而在物料表面产生的液膜，有利于强化传热、提高干燥效率、缩短干燥时间。

技术研发人员：赵丽娟,谢慧,冉晨曦
受保护的技术使用者：天津科技大学
技术研发日：20220329
技术公布日：2024/1/12