CN216716785U - 一种防止美拉德反应的低温冷冻喷雾干燥设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种防止美拉德反应的低温冷冻喷雾干燥设备，包括容器(1)，所述容器(1)顶部设置有将待冻干液体雾化分散为液滴并喷入的多个雾化喷嘴(10)，所述容器(1)侧面设置有多个水雾化喷头(19)，还包括在在容器(1)中形成真空环境使液滴降温冻结形成颗粒，并在干燥阶段持续抽真空的真空系统。通过真空冷冻造粒技术将液体预冻成冰颗粒，极大提高了冷冻速率，提供的真空冷冻造粒技术利用容器的侧装有水雾化喷头，水雾化喷头经水高压泵和水流量阀通往无菌水箱，完全杜绝物料被污染的风险，保证了冻干工艺的无菌性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种干燥设备，具体涉及防止美拉德反应的低温冷冻喷雾干燥设备。
背景技术
喷雾冷冻干燥(Spray freeze drying,SFD)是21世纪新发展的一项革命性技术，其在低温环境中进行雾化冻结，冷冻时间非常短，所以能最大限度地减小对生物制品(如蛋白质)结构的破坏，并能快速形成稳定的固态结构，形成多孔、粒径小、比表面积大的颗粒产品，提高产品的溶解性和生物利用度。
目前喷雾冷冻干燥技术实现通常有常压循环喷雾冷冻干燥、液氮喷雾冷冻干燥两种方式。前者将料液雾化喷入含有干冰的流化床迅速冷冻，再从下部吹入干燥冷空气，使凝固溶剂升华，并通过低温装置回收升华气体再利用，通过不断重复循环吹入干燥冷空气除去溶剂得到干燥产品，其缺点是设备成本高、干燥过程长、常压条件下冻干工艺条件难以控制而导致干燥品质不稳定等技术瓶颈，难以大规模推广应用。后者利用液氮作为冷却剂，先将料液雾化喷入液氮中迅速直接冻结成冰晶体颗粒，然后再将冰晶体颗粒与液氮分离收集至真空冷冻干燥设备完成冻干过程。其缺点是过程繁琐且存在安全隐患，冻结颗粒转移过程质量难以控制，分两步间歇式作业，不利于喷雾冷冻干燥技术的大规模连续化工业化应用。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型公开了一种可以省去雾化冻结过程中冷冻剂、并确保颗粒冻结彻底的低温冷冻喷雾干燥设备集成。本实用新型适应含水率低的原始料液，整个过程实现一体化作业，高效率，过程简单，加工原料适应性广。在冷冻干燥过程中，通过降低设备温度和减少物料的含水量，能有效防止美拉德反应。。
本实用新型的技术方案如下：
一种防止美拉德反应的低温冷冻喷雾干燥设备，其特征在于：包括容器(1)，所述容器(1)顶部设置有将待冻干液体雾化分散为液滴并喷入的多个雾化喷嘴(10)，所述容器(1)侧面设置有多个水雾化喷头(19)，还包括在在容器(1)中形成真空环境使液滴降温冻结形成颗粒，并在干燥阶段持续抽真空的真空系统。
进一步的，所述真空系统包括冷凝器(21)，连接冷凝器(21)的真空泵(22)，所述冷凝器(21)通过管道(13)连接所述容器(1)顶部的连接口。
进一步的，所述连接口内设置有过滤网(11)。
进一步的，所述水雾化喷头(19)还依次连接有水高压泵(18)、水流量阀(17)以及无菌水箱(16)。
进一步的，所述雾化喷嘴(10)连接配液管道(14)，所述配液管道(14)上设置有流量调节阀(15)。
进一步的，所述容器(1)底部用于在真空喷雾冷冻造粒阶段制冷并在干燥阶段提供颗粒中的部分组分升华热量的调温装置。
进一步的，所述调温装置包括设置在所述容器(1)底部外侧的调温夹套(3)，以及连接所述调温夹套(3)上调温流体入口和调温流体出口的循环管路，所述循环管路上依次设置有流体泵(7)、加热器(8)、热交换器(9)。
进一步的，所述容器(1)底部内设有搅拌桨(4)，搅拌桨(4)通过连接轴和电机(6)连接。
进一步的，所述容器(1)上部为圆柱形，下部为圆锥形，下部设置有出料阀(5)。
进一步的，所述容器(1)上部顶壁上设置有第二振动器(20)，所述容器(1)上部侧壁上设置有第一振动器(2)。
借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：
1、本实用新型完全不同于传统冻干常压下液体静置的慢冻技术，通过真空冷冻造粒技术将液体预冻成冰颗粒，极大提高了冷冻速率；本实用新型提供的真空冷冻造粒技术利用容器的侧装有水雾化喷头，水雾化喷头经水高压泵和水流量阀通往无菌水箱，完全杜绝物料被污染的风险，保证了冻干工艺的无菌性。
2、因真空喷雾冷冻造粒技术预先将物料分散为固体冰颗粒，使动态地加热干燥物料得以实现，改善了传统冻干过程中传热传质效果，大大提高了冷冻干燥的效率，减短冻干周期，进一步降低生产能耗。
3、一体式低温冷冻喷雾干燥设备集成可以省去雾化冻结过程中冷冻剂、并确保颗粒冻结彻底，高效率，过程简单，从而使其更易于工业化推广应用。
4、本实用新型使用螺旋螺纹管换热器为冷凝器，可以有效解决换热器在换热过程中，流体在通过横向的折流板时，会产生严重的压力损失，流体压力降低，且长时间换热管容易产生水垢，影响换热的效率的问题。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本实用新型的结构示意图；
图中：
1-容器、2-第一振动器、3-调温夹套、4-搅拌桨、5-出料阀、6-电机、7-流体泵、8-加热器、9-热交换器、10-雾化喷嘴、11-过滤网、12-阀门、13-管道、14-配液管道、15-流量调节阀、16-无菌水箱、17-水流量阀、18-水高压泵、19-水雾化喷头、20-第二振动器、21-冷凝器、22-真空泵。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
参见图1，本实施例的低温冷冻喷雾干燥设备，低温冷冻喷雾干燥设备集成包括：容器1，容器1包括了上部的圆柱形和下部的锥形部，容器1的顶部装有料液雾化喷嘴10，液雾化喷嘴10用于在真空喷雾冷冻造粒阶段在容器1中形成真空环境使的液滴中的水汽化吸热进而使液滴降温冻结形成颗粒，并在干燥阶段持续抽真空以维持的真空环境的真空系统。
容器1内壁的一侧装有一组上下均布水雾化喷头19构成喷头阵列，水雾化喷头19经水高压泵18和水流量阀17通往无菌水箱16，可以充分利用水分在真空状态下快速汽化相变且大量吸热的自然物理属性，对料液雾滴进行直接深度冷却。
调温夹套3安装在容器1锥形部外壁上，用于在真空喷雾冷冻造粒阶段制冷以避免的颗粒中的冰融化并在干燥阶段提供的颗粒中的冰的升华热量。调温夹套3内通有调温流体，调温夹套3具有调温流体入口和调温流体出口，调温流体入口和调温流体出口分别连接调温流体循环管路的两端，调温流体循环管路上依次设有流体泵7、加热器8和用于调节调温流体温度的热交换器9。调温夹套3的截面为矩形，以环绕容器1的下部一圈的形式设置，调温夹套3内的调温流体为硅油。热交换器9连接制冷系统，制冷系统为压缩机。
以及在真空喷雾冷冻造粒阶段将汽化后的水蒸气冷凝和在干燥阶段将升华后的的颗粒中的水蒸气冷凝的冷凝装置，冷凝装置为无菌水雾化喷头19和冷凝器21中的组合，无菌水雾化喷头19在容器左侧内部，冷凝器21设于的容器外，并与容器1连接。冷凝器21采用螺旋螺纹管换热器。
容器1内设有用于在真空喷雾冷冻造粒阶段转动以避免的冻结形成的颗粒团聚成冰块，以及在干燥阶段转动使的颗粒上下翻滚与的容器1的内壁换热并使升华水蒸气从颗粒之间的缝隙逸出的搅拌桨4，搅拌桨4位于容器1的下部，搅拌桨4通过连接轴和电机6连接。
雾化喷嘴10连接待冻干液体的密闭的配液管道14，配液管道14上设有管道流量调节阀15。
真空系统包括真空泵22，容器1设有用于与真空泵22连接的连接口，真空泵22通过管道13连接的容器1的连接口，管道13上设有阀门12。容器1的连接口上设有过滤网11。容器1的底部设有用于排出干燥颗粒的出料阀5。出料阀5可与收料装置连接。容器1的顶壁和上部侧壁的外侧各设有一个用于震落物料的第一振动器2、第二振动器20。第一振动器2、第二振动器20由电机驱动振动。
真空喷雾冷冻干燥设备还包括将洁净水引入的容器内进行清洗，及将消毒引入的容器内进行灭菌的清洗灭菌系统，消毒剂可以是无菌纯蒸汽。
采用本实施例的设备由于利用外加雾化水替代冷冻剂对料液雾滴进行直冷处理，无需冷冻剂的分离和回收操作，使得喷雾冻结作业简便顺畅，且冻结效率极高。
本装置的技术原理如下：
本实用新型公开了一种用于防止美拉德反应的低温冷冻喷雾干燥设备集成，该设备包括在真空喷雾冷冻干燥过程中容纳物料的密闭的容器，容器的顶部装有将待冻干液体雾化分散为液滴并喷入所述的容器中的雾化喷嘴；容器的侧装有水雾化喷头，水雾化喷头经水高压泵和水流量阀通往无菌水箱；在真空喷雾冷冻造粒阶段在容器中形成真空环境使液滴中的部分组分汽化吸热进而使液滴降温冻结形成颗粒，并在干燥阶段持续抽真空以维持真空环境的真空系统；以及用于在真空喷雾冷冻造粒阶段制冷以避免颗粒中的部分组分融化并在干燥阶段提供颗粒中的部分组分的升华热量的调温夹套。
本实用新型技术与现有技术相比，具有以下优点：
1、本实用新型完全不同于传统冻干常压下液体静置的慢冻技术，通过真空冷冻造粒技术将液体预冻成冰颗粒，极大提高了冷冻速率；本实用新型提供的真空冷冻造粒技术利用容器的侧装有水雾化喷头，水雾化喷头经水高压泵和水流量阀通往无菌水箱，完全杜绝物料被污染的风险，保证了冻干工艺的无菌性。
2、因真空喷雾冷冻造粒技术预先将物料分散为固体冰颗粒，使动态地加热干燥物料得以实现，改善了传统冻干过程中传热传质效果，大大提高了冷冻干燥的效率，减短冻干周期，进一步降低生产能耗。
3、一体式低温冷冻喷雾干燥设备集成可以省去雾化冻结过程中冷冻剂、并确保颗粒冻结彻底，高效率，过程简单，从而使其更易于工业化推广应用。
4、本实用新型使用螺旋螺纹管换热器为冷凝器，可以有效解决换热器在换热过程中，流体在通过横向的折流板时，会产生严重的压力损失，流体压力降低，且长时间换热管容易产生水垢，影响换热的效率的问题。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种防止美拉德反应的低温冷冻喷雾干燥设备，其特征在于：包括容器(1)，所述容器(1)顶部设置有将待冻干液体雾化分散为液滴并喷入的多个雾化喷嘴(10)，所述容器(1)侧面设置有多个水雾化喷头(19)，还包括在容器(1)中形成真空环境使液滴降温冻结形成颗粒，并在干燥阶段持续抽真空的真空系统。
2.根据权利要求1所述的一种防止美拉德反应的低温冷冻喷雾干燥设备，其特征在于：所述真空系统包括冷凝器(21)，连接冷凝器(21)的真空泵(22)，所述冷凝器(21)通过管道(13)连接所述容器(1)顶部的连接口。
3.根据权利要求2所述的一种防止美拉德反应的低温冷冻喷雾干燥设备，其特征在于：所述连接口内设置有过滤网(11)。
4.根据权利要求1所述的一种防止美拉德反应的低温冷冻喷雾干燥设备，其特征在于：所述水雾化喷头(19)还依次连接有水高压泵(18)、水流量阀(17)以及无菌水箱(16)。
5.根据权利要求1所述的一种防止美拉德反应的低温冷冻喷雾干燥设备，其特征在于：所述雾化喷嘴(10)连接配液管道(14)，所述配液管道(14)上设置有流量调节阀(15)。
6.根据权利要求1所述的一种防止美拉德反应的低温冷冻喷雾干燥设备，其特征在于：所述容器(1)底部用于在真空喷雾冷冻造粒阶段制冷并在干燥阶段提供颗粒中的部分组分升华热量的调温装置。
7.根据权利要求6所述的一种防止美拉德反应的低温冷冻喷雾干燥设备，其特征在于：所述调温装置包括设置在所述容器(1)底部外侧的调温夹套(3)，以及连接所述调温夹套(3)上调温流体入口和调温流体出口的循环管路，所述循环管路上依次设置有流体泵(7)、加热器(8)、热交换器(9)。
8.根据权利要求1所述的一种防止美拉德反应的低温冷冻喷雾干燥设备，其特征在于：所述容器(1)底部内设有搅拌桨(4)，搅拌桨(4)通过连接轴和电机(6)连接。
9.根据权利要求1所述的一种防止美拉德反应的低温冷冻喷雾干燥设备，其特征在于：所述容器(1)上部为圆柱形，下部为圆锥形，下部设置有出料阀(5)。
10.根据权利要求9所述的一种防止美拉德反应的低温冷冻喷雾干燥设备，其特征在于：所述容器(1)上部顶壁上设置有第二振动器(20)，所述容器(1)上部侧壁上设置有第一振动器(2)。
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