一种真空汽爆方法与系统

本发明涉及原料预处理内的一种真空汽爆方法与系统，所构成的方法与系统强化提高了物料的破碎过程，实现了汽爆蒸汽源的高效能量回收，增加了汽爆过程的实际压差变化，使得汽爆过程更加环保、高效、节能。

背景技术：

1、汽爆是将物料置于高压密闭环境中，向原料中通入高温、高压的水蒸气，使蒸汽充分渗透到原料的组织与细胞之间，并在毫秒间释放出高压，导致原料中的水分快速膨胀、外溢，从而形成强大的剪切力破坏原料的细胞结构，最终产生“爆破”效果，可以促进物料中有效成分的释放，还可以对大分子物质进行改性修饰，增强相应的功能特性，提高提取效率。汽爆是利用高温高压水蒸汽蒸煮原料及瞬间泄压喷爆而改变原料理化特性的一种新兴的加工方法，已在能源、化工、农业、食品、医药等领域应用越来越广泛，在原料预处理方面有广阔的应用前景。

2、目前，主要探索了温度、压力、保压时间等因素对汽爆效果的影响。常规汽爆多以饱和水蒸汽为气相介质，其温度和压力是一一对应的，其相应的化学和物理作用效果也是同比增加的。汽爆过程主要包括高温蒸煮阶段和瞬时爆破两个阶段。在汽爆过程中，由蒸煮温度决定的水热化学作用和由爆破压力决定的物理爆破作用均会对物料产生实质性的爆破贡献。汽爆可实现原料的组分分离、结构变化和化学分解等多种作用，可有效破坏细胞结构，同时有利于半纤维素、纤维素和木质素等成分的降解，增加反应的有效比表面积，加强试剂的可及性，从而可提高目标提取物的产率。

3、cn 1 14001063a涉及一种物料汽爆控制装置及控制方法，通过增设电磁装置，降低了对动力缸驱动力的要求。cn 114916400a公开了一种汽爆香樟木屑制备的景天科多肉植物栽培基质，显著提高景天科多肉植物繁殖速度。cn 114259063a公开了一种利用汽爆处理改性制备高水溶性膳食纤维豆渣的方法，增加了豆渣中水溶性膳食纤维的得率。cn108450989a提供了一种食材原料的脉动真空汽爆加工方法及装置，实现对粮食、果蔬、肉骨、海产品等多种食材原料的粉碎、糊化、膨化和干燥一体化加工。上述所有专利均与本发明完全不同，有着很明显的本质区别，且尚未见提出类似发明。

4、从技术经济角度考虑，本发明提出了一种真空汽爆方法与系统，可以强化食品、中药材、生物质等物料的细胞结构破碎过程，提高物料中有效成分的提取效率和最终得率，实现汽爆蒸汽源的高效能量回收，减少不凝性气体对汽爆补汽、汽爆增压、汽爆减压、汽爆分离和汽爆能量回收的影响，增加了汽爆增压和汽爆减压部分的实际压差变化，无任何废热外排，节能效果更加显著，且具有良好的经济、环境效益。因此该方法与系统对于食品、中药材、生物质等物料的提质增效、节能减排具有重要的意义。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的不足，为强化食品、中药材、生物质等物料的粉碎过程，提高有效成分的提取效率，以及实现汽爆蒸汽源的高效能量回收，降低一次能源的投入和消耗，于是提出了一种真空汽爆方法与系统。

3、(二)技术方案

4、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

5、本发明提供一种真空汽爆系统，所述系统设备主要包括真空汽爆增压罐、真空汽爆减压罐、真空汽爆罐设备、旋风分离器和水蒸汽压缩机；上述设备通过管道、控制阀门、泵体组成多源抽真空单元、汽爆补汽单元、汽爆增压单元、汽爆减压单元、汽爆分离单元和汽爆能量回收单元，以上各部分均可以独立操作；

6、所述多源抽真空单元用于将真空汽爆增压罐、真空汽爆减压罐、真空汽爆罐设备、旋风分离器内部空气抽出，形成真空负压环境；

7、汽爆补汽单元通过向真空汽爆增压罐输入水蒸汽，随时进行补汽；

8、汽爆增压单元从真空汽爆增压罐向真空汽爆罐设备输入高温饱和蒸汽，完成增压；

9、汽爆减压单元通过将真空汽爆罐设备内的蒸汽输送至真空汽爆增压罐，完成减压；

10、汽爆分离单元通过将真空汽爆减压罐、真空汽爆罐设备的蒸汽输送至旋风分离器内进行气、液、固分离；

11、汽爆能量回收单元将旋风分离器分离后的蒸汽进入水蒸汽压缩机压缩、真空汽爆增压罐气液分离出，压缩分离后的气体进行循环使用、液体进入水蒸汽压缩机进行循环使用。

12、进一步地，多源抽真空单元分别与汽爆补汽单元、汽爆增压单元、汽爆减压单元、汽爆分离单元、汽爆能量回收单元相连接，并分别交叉于真空汽爆增压罐、真空汽爆罐设备、真空汽爆减压罐、旋风分离器、水蒸汽压缩机。

13、进一步地，多源抽真空单元包括依次连接的冷却进水管、真空泵和真空出水管，以及将真空泵与真空汽爆增压罐、真空汽爆减压罐、真空汽爆罐设备、旋风分离器分别连接的真空管i、真空管ii、真空管iii、真空管iv；冷却进水管上安装进水阀、真空出水管上安装出水阀；真空管i、真空管ii、真空管iii、真空管iv上分别安装真空阀i、真空阀ii、真空阀iii、真空阀iv。

14、进一步地，汽爆补汽单元包括真空汽爆增压罐、向真空汽爆增压罐输入水蒸汽的蒸汽进管、从真空汽爆增压罐向外排水的排水管、与排水管相连通的排水泵，蒸汽进管上安装蒸汽阀、排水管上安装排水阀i、排水泵的出水管上安装排水阀iv。

15、进一步地，汽爆增压单元包括真空汽爆罐设备、从真空汽爆增压罐向真空汽爆罐设备输入高温饱和蒸汽的输汽管、安装在输汽管上的汽爆阀i、为真空汽爆罐设备排液通过驱动力的排液泵、安装在排液泵排液出口管上的排液阀。

16、进一步地，汽爆减压单元包括真空汽爆减压罐、连接真空汽爆减压罐与真空汽爆罐设备的管道、安装在该管道上的汽爆阀ii、从真空汽爆减压罐向外排水的出水管、安装在出水管上的排水阀ii，出水管与排水泵相连通。

17、进一步地，汽爆分离单元包括两部分，第一部分包括将真空汽爆减压罐与旋风分离器相接的连接管道一、设置在连接管道一上的汽爆阀iii；第二部分包括将真空汽爆罐设备与旋风分离器相接的连接管道二、设置在连接管道二上的汽爆阀iv，此外，旋风分离器的末端设置安装了排水阀iii的排水管，且该排水管与排水泵向连接。

18、进一步地，所述汽爆能量回收单元包括将水蒸汽压缩机压缩的蒸汽输送至真空汽爆增压罐的蒸汽管道、按照蒸汽流动方向依次设置在蒸汽管道的排气阀和单向阀、将真空汽爆增压罐气液分离后液体抽出并输送至水蒸汽压缩机的循环水泵和循环水管、安装在循环水管上的循环水阀。

19、本发明还提供采用权上述系统进行真空汽爆的方法，包括如下步骤：

20、s1、将汽爆原料装入真空汽爆罐设备，由多源抽真空单元将真空汽爆增压罐、真空汽爆减压罐、真空汽爆罐设备、旋风分离器内部空气抽出，形成真空负压环境；

21、s2、持续性向真空汽爆增压罐内输入水蒸汽，在真空汽爆增压罐内生成高温饱和蒸汽，再快速流入真空汽爆罐设备中进行增压；

22、s3、打开真空汽爆罐设备与真空汽爆减压罐之间的汽爆阀门，向真空汽爆减压罐中进行快速减压，并维持一小段时间后，关闭汽爆阀门，从而完成瞬间汽爆过程；

23、s4、汽爆过程中，将真空汽爆减压罐、真空汽爆罐设备的蒸汽输送至旋风分离器内进行气、液、固分离；分离后的蒸汽依次进入水蒸汽压缩机压缩、真空汽爆增压罐气液分离出，压缩分离后的气体进行循环使用、液体进入水蒸汽压缩机进行循环使用。

24、(三)有益效果

25、采用了上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：

26、(1)该方法与系统大大强化了食品、中药材、生物质等物料的细胞结构破碎过程，使之更容易进行粉碎；

27、(2)该方法与系统大大提高了食品、中药材、生物质等物料中有效成分的提取效率和最终得率；

28、(3)该方法与系统实现了汽爆蒸汽源的高效能量回收过程，降低了一次能源的投入和消耗，起到了很好的节能效果；

29、(4)该方法与系统通过多源抽真空的方式，减少了不凝性气体对汽爆补汽、汽爆增压、汽爆减压、汽爆分离和汽爆能量回收部分的影响，增加了汽爆增压和汽爆减压部分的实际压差变化，使得汽爆过程更加高效合理；

30、(5)与其他汽爆方法与系统相比，该方法与系统的应用范围更广，无任何废热外排，不污染环境，节能效果更加显著，最终降低了生产成本，提高了物料预处理的品质，且具有良好的经济、环境效益。