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选择热处理技术

如果不提高热处理精度,今天的许多粉状产品,高营养加工食品,药品和某些有机产品将无法实现。

许多因素有助于确定针对特定应用的适当热处理技术。所有图片均由Marion Process Solutions提供
许多因素有助于确定针对特定应用的适当热处理技术。 所有图片均由Marion Process Solutions提供

热处理是指以某种方式改变材料状态的方式来改变材料的温度。 热处理技术用于重型制造业,用于金属和建筑材料的加工,以及食品和饮料,制药,化学,生物质和许多其他应用程序的行业。 让我们研究一下消费品和包装品行业中最常见的广泛的热处理技术。

热处理可以通过直接或间接方法进行,其中间接方法最为普遍。 关键区别在于直接方法基于在材料本身内部产生热量/能量,而间接方法则依赖于从另一源产生并通过传导或对流施加到材料的热传递。

如果不提高热处理精度,今天的许多粉状产品,高营养加工食品,药品和某些有机产品将无法实现。 如果不提高热处理精度,今天的许多粉状产品,高营养加工食品,药品和某些有机产品将无法实现。

本文着眼于热处理在材料干燥和微生物还原方面的广泛应用,尽管考虑因素也与热处理的其他应用相关,例如活化化学过程,结晶,脱气和蒸煮或其他类型的改变。材料的性质。

不同的热处理方法在以下方面有所不同:

  • 能源使用和效率
  • 干燥温度的精度和精确度
  • 处理速度
  • 整个材料施加的温度均匀性
  • 他们工作的温度范围
  • 能够处理易碎或易碎的材料
  • 控制沸点的能力(通过真空技术)
  • 物料量和产量的能力
  • 保留质量,例如最终产品的化学活性,营养价值,颜色和香气
  • 由于机械损耗或由于诸如粘着,燃烧,表面硬化和输出不一致等质量问题而浪费材料
  • 卫生和维护要求

应用领域

如果不提高热处理精度,今天的许多粉状产品,高营养加工食品,药品和某些有机产品将无法实现。 随着干燥和加工能力的提高,可以提高成品的质量。

示例应用程序包括:

生物质

  • 大麻,啤酒花和其他农产品的低温干燥

矿物质:

  • 炭黑,碳酸钙和二氧化钛的低水分干燥
  • 陶瓷涂层和干燥

餐饮:

  • 水果,蔬菜和肉类脱水
  • 食品粉中的微生物减少
  • 萃取
  • 巴氏杀菌
  • 焙烧
  • IQF产品的解冻

药品:

  • 干燥粉末,包括活性药物成分

化学物质:

  • 状态变更
  • 去除溶剂

特殊应用:

  • 纳米晶体和纳米材料加工

热处理技术的进步

用于热处理的工业设备的使用寿命可达数十年。 结果,寻求替换或补充现有设备的工程师可能几年都没有研究他们的选择。 由于熟悉,他们可能最终犯了一个错误,就是简单地重复购买工厂中已安装的设备。

但是,制造商的需求和对成品的需求在不断发展。 彻底研究可用的热处理技术至关重要。

工程师应寻求在提高能效,清洁性以及将多种技术结合到单个设备中的形式方面的进步,以提供最大的灵活性。 通过技术的结合,制造商正在制造工艺和产品方面取得突破,从而多次改变其竞争格局。

马里恩信息图表

热处理技术选项

干燥技术通常分为以下一般类别:

  • 闪蒸:闪蒸干燥器结合了搅拌,热气体和强制空气以将水分与固体物料分离。 快速干燥机在移动物料时会在短时间内使用非常高的温度。
  • 流化床:流化床干燥器的工作原理是使加热的高压空气或工艺气体以大于颗粒沉降速度的速度向上流过材料层。 在这种状态下,床被流化并且颗粒开始干燥。
  • 冷冻:冷冻干燥,也称为冻干,是一个脱水过程,涉及三个阶段:冷冻,一次干燥(升华)和二次干燥(吸收)。
  • 微波:微波加热是一种直接的加热方法,在这种方法中,被处理的材料在分子水平上进行加热,而不是与外界的热量接触。 由于微波的多功能性和精确的加热能力,它已在许多工业应用中获得普及。 可以在搅拌机,水壶,传送带或烤箱内施加微波能量。
  • 旋转式:旋转式滚筒干燥机使用旋转式滚筒,使物料在加热过程中排入滚筒内,同时加热以吸收水分,从而得到干燥的产品。 鼓可以从被处理的物料中产生薄片,粉末和薄片。
  • 喷雾:喷雾干燥器使用雾化器或喷嘴分配热空气流,以从液体或浆液中产生干粉,颗粒或附聚物。 旋转盘和单流体高压喷嘴是喷雾干燥器最常用的设备类型。
  • 隧道:隧道干燥机是空气和烤箱干燥机的一种。 隧道式干燥机可以提供大规模的加热和干燥。 连续式隧道干燥机可能会在输送机区域的不同区域提供不同的热量。
  • 除了上面列出的设备之外,有时还可以添加选件以缩短处理时间,提高效率或产生更精确的结果。 经常使用的技术包括:
  • 搅动:可通过摇动,滚动或使用桨叶/色带搅拌器来实现运动,更重要的是物料的混合。 这可以提高加热速率并提供更一致的结果。
  • 真空:施加真空后,可以降低特定材料的沸点,从而可以在较低的温度下处理敏感材料。 在某些应用中还使用真空来帮助从材料中去除水,从而缩短了处理时间。

马里恩信息图表2

不同类型材料的注意事项

根据材料的干燥要求,制造商应考虑几种选择。 以下是一些重要要求,以及与此相关的干燥机。 许多因素有助于为特定应用确定合适的热处理技术,但是根据已确定的要求,存在一般的经验法则。

  • 低温:冷冻干燥,微波,隧道
  • 精确的温度范围:流化床,微波,隧道
  • 高温:闪光,旋转,隧道
  • 快干:闪蒸,喷雾
  • 敏感材料:微波,冷冻
  • 能源效率:闪蒸干燥器,微波炉
  • 保留风味,颜色和化学特性:冷冻干燥机,微波炉
  • 低水含量:微波,流化床
  • 含水量高:闪蒸干燥机,旋转干燥机
  • 潜在的易燃性:微波,隧道,旋转
  • 粘性,湿性或凝结性材料:旋转,微波
  • 在加工时需要混合:旋转干燥机,微波炉
  • 连续处理:流化床,隧道式干燥机,旋转式干燥机,微波
  • 易于卫生:闪光灯,冰箱,微波炉

马里恩信息图表3

特定应用的其他注意事项

下表重点介绍了与不同设备相关的一些优点和缺点。

考虑

  • 喷雾干燥机和快速干燥机可以达到极高的水分去除率。
  • 冷冻干燥机具有诱人的质感,营养价值和风味保持力。
  • 微波加热极为灵活且精确。 微波可有效保持食品的化学品质以及风味,颜色和营养价值。 它是最节能的热处理方法之一,也是最安全的方法(无热表面或化学药品)。
  • 旋转式或滚筒式干燥机可以压缩产品以用于纸张应用,可以干燥液体而不会损失物料,并且可以处理粘性物料。
  • 喷雾干燥可以控制粒度,堆积密度,结晶度,有机挥发性杂质和残留溶剂水平。 大多数喷雾干燥的颗粒是球形的,这使得下游操作(如包装和过滤)更容易且成本更低。 喷雾干燥无定形制剂可以增加药物的溶解度和生物利用度。
  • 隧道式干燥机可以达到很高的温度和高产量。
  • 真空技术在热处理中很重要,因为在干燥容器中产生压力可以降低物料的沸腾阈值。 微波技术中引入真空技术在处理曾经被认为不可能干燥或制成粉末而又不会降低材料质量的材料时特别有效。 如今,这些技术的结合已产生了突破性的结果,使他们能够制造出易于重构以保持其原始效能的粉末。

避免

  • 流化床干燥机不适用于液体,太湿,发粘或有粘性的材料。
  • 旋转式干燥机和滚筒式干燥机需要较大的占地面积,会加热周围的空间,并且加热和冷却速度很慢。
  • 喷雾干燥器还可能遭受较高的维护和零件更换成本。
  • 隧道式干燥机可能会因燃烧,表面硬化或加热不一致而损坏产品。
  • 冷冻干燥机至少需要24-48小时才能产生所需的结果,并且仅可用于批处理。
  • 微波处理只能用于具有与微波相互作用(水含量)的能力的材料。

测试中

在购买任何种类的热处理设备之前,必须进行测试以验证该技术将产生所需的结果。 可靠的设备制造商通常会拥有实验室或测试设施,使您能够了解您的材料在研发和中试规模方面的表现,从而准确地预测和确定工艺要求。

在为您的应用确定合适的干燥技术时,必须考虑许多因素。 咨询经验丰富的应用工程师将在此过程中提供帮助,确保不仅选择了正确的热处理技术,而且在未来的几年中对其进行了优化。

Jason BoylesMarion Process Solutions的 WaveMix业务部门总监,该公司是创新型热加工和混合设备的全球提供商。 有关热处理的更多信息,请查看我们的热处理手册, 网址http://info.marionsolutions.com/landing-page-0


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