8干燥机械与设备

干燥机械与设备于宙合肥学院干燥从物体中除去水分的操作干燥示意图目的：防止变质，便于贮存运输，加工出不同风味。干燥分类•1、自然干燥•2、人工干燥：机械干燥、热风干燥、真空干燥、冷冻干燥、介质接触干燥、辐射干燥。干燥器分类•操作压力：常压式、真空式•操作方式：间歇操作、连续操作•物料形态：块状物料、带状物料、粒状物料、膏状物料、溶液火浆状物料•供给物料热量的方法：传导加热干燥器、辐射加热干燥器、高频加热干燥器•使用干燥介质的种类：空气、烟道气、过热水蒸气、惰性气体干燥介质•结构：喷雾干燥器、流化床干燥器、气流干燥器、回转干燥器、圆筒干燥器、滚筒干燥器、真空干燥器、各种箱式和带式干燥器等。通风干燥设备•传统干燥设备•适用于块状、片状、颗粒状等食品物料的干燥。•根据设备结构和通风方式的不同，通风干燥设备有箱式干燥机、带式干燥机和流化床干燥机。•平流式：热风从物料表面通过，料层薄(20～50mm)，干燥强度小。箱式干燥机•穿流式：热风从料层中通过，料层厚(45～65mm)，干燥强度大。化学实验室，常用的烘干箱，它就是一个箱式干燥器•影响箱式干燥机性能主要因素：•（1）风速率•（2）物料层的间距•（3）物料层的厚度•（4）风机的风量带式干燥机•是一种将物料置于输送带上，再随带运动通过隧道过程中与热风接触干燥的设备。•由若干个独立的单元段组成，每个单元段包括循环风机、加热装置、单独或公用的新鲜空气抽入系统和尾气排出系统，干燥介质的温度、湿度和循环量等操作参数可以独立控制，使物料干燥过程达到最优化。•1.单级带式干燥机•单级带式干燥机一般由一个循环输送带、两个以上空气加热器、多台风机和传动变速装置等组成。•2.多级带式干燥机•两个干燥段和一个吹风冷却段，第一段分前、后两个温区，物料经第一、二段干燥后，从第一输送带的末端自动落入第二输送带的首端，其间物料受到拨料器的作用而翻动，然后通过冷却段，最后由终端卸出产品。流化床干燥器•指粉状或颗粒状物料呈沸腾状态被通入的气流干燥。这种沸腾料层称为流化床，采用这种方法干燥物料的设备，称为流化床干燥设备。•特点•接触面积大，热传导效果好。•干燥速度快，适用于热敏性食品物料。•结构简单、造价低廉流化过程•（1）固定床湿物料进入干燥器，落在干燥器底部多孔金属板上，因气流速度较低，使物料与孔板间不发生相对位移，称为固定床状态，此为第一阶段。•（2）流化床当增大通入的气体流速，物料颗粒则吹起悬浮在气流中，此为第二阶段。•（3）气流输送气流速度继续增大，大于固体颗粒的沉降速度时，固体颗粒则被气流带走，此为第三阶段。流化床流态化干燥的特征（1）物料与热风的接触面积大，体积传热系数较高，一般在8.36～25.08MJ/（m2·ｈ·℃）。（２）由于气固相对激烈地运动，热传递迅速，处理能力大；温度分布均匀，且易调和控制。（３）物料受热时间的调节范围大，可使产品的终水分达较低程度。（４）所用设备结构简单，造价低廉，运转稳定，操作维修方便。流化床干燥机的类型、组成和特点•按结构形式分为单层型、多层型、多室型。立式和卧式。按附加装置分有带振动器和间接加热器的．按作业方式分为连续式和间歇式。以下只介绍两种常用的流化床干燥机。气流干燥器真空耙式干燥器休息一下！喷雾干燥•利用不同的喷雾器，将需干燥的物料喷成雾状，形成具有较大的表面积的分散微粒（10-200um），同热空气发生热交换，在几秒至几十秒内获得干燥。•如：与高温400-500℃的热风接触需0.01-0.04秒内就完成干燥。成品以粉末状态沉降于干燥器的底部排出。喷雾干燥对设备的要求1.食品在干燥过程中，凡与产品性接触的部位，必须便于清洗灭菌；2.应采取措施防止焦粉，防止热空气产生涡流与逆流，满足工艺要求；3.由于空气过滤器效果不好，风管及加热器中心中的铁锈以及保温层中材料的泄漏所造成的；产品中杂质的增加应特别注意，保证热风清洁。4.为了便于检查生产运行情况，应配置温度、压力指示记录仪、灯孔等；5.具有高回收率的粉尘回收装置；6.为了提高产品的溶解性、速溶性，干燥的产品应迅速从干燥室取出冷却（连续出粉）；7.干燥室内温度及排风温度不许超过100℃，它不仅是保证质量，而且是安全问题（因为气体中粉浓度达到一定值，温度大于160℃，若遇闪火，容易产生爆炸）；8.提高干燥室的热效率，必须使喷雾时料液液滴和热空气均匀接触，其次，加热器、干燥室、风管等应予以保温。9.对于粘性物料应尽量减少粘壁现象。喷雾干燥是比较新型的干燥，目前应用也比较广泛。比如奶粉，豆浆晶、各种中药冲剂，都是使用喷雾干燥器，由水剂制成粉粒状产品的。喷雾干燥器喷雾干燥的优缺点•（1）采用喷雾干燥，不需要粉碎、分级等操作，直接制成粉末产品，简化了工序，节省了设备。•（2）适合于处理热敏性物料：物料微粒化后，表面积增大，干燥迅速（几秒到十几秒），防止物料过热变质。•（３）制品的溶解性和流动性好：雾滴与热风接触，水分蒸发极快，可以形成中空球状或疏松团粒状的粉体，制品有良好的冲调性和流动性。•（４）容易改变操作条件，控制或调节产品的质量指标、改变原料的浓度、热风温度等喷雾条件，可获得不同水分和粒度的产品。•（５）可以满足对产品的各种要求：增加某些措施或运用操作上的灵活性，能制成不同形状（球形、粉末、疏松团粒）、性质（流动性、速溶性）、色、香、味的产品。•（６）连续作业，处理量大•（7）设备较庞大，投资费用、动力和热能消耗均较大。对喷雾干燥机的要求•(1)物料在干燥过程中，凡与物料相接触的设备部位，必须便于清洗灭菌。•(2)应采取措施防止焦粉，避免热空气产生逆流。•(3)要保证热风洁净。•(4)为了提高产品的溶解度，速溶性，干燥的产品，应迅速从干燥室连续排出，经冷却后包装。•(5)排风温度不允许超过要求，以保证产品质量和安全。•(6)对粘性物料，应采取措施尽量减少粘壁现象。•实现物料雾化的雾化器目前有如下三种：•1、压力喷雾器（压力喷嘴）利用高压泵（70-200大气压）强制液体通过小孔（孔径为0.5-1.5mm）使之分散成雾滴；•2、气流式喷雾器利用压缩空气或过热蒸汽（一般为2.5-6大气压表压）的高速流动，将溶液分散成雾滴；•3、离心室喷雾器利用高速旋转（75-150m/s圆周速度）的圆盘，使液体受离心力的作用而分散成雾滴。三种雾化方法各有其优缺点•压力喷雾器（机械式）适用于一般粘度的料液，动力消耗最少，大约每吨溶液所需耗能为4-10kw.h，其缺点是必须要有高压泵，喷嘴小易堵塞，操作弹性小，调节范围窄。•气流式的动力消耗最大，每㎏料液约需0.4-0.8㎏压缩空气。但其结构简单容易制造，适用于任何粘度或稍有固体的料液。•离心式的动力消耗介于上述两种之间，适用于高粘度或带有固体的料液，而且转盘雾化操作弹性宽，可在设计生产能力的±25％范围内调节产量，而不影响产品的质量。•其缺点是机械加工要求高，制造费用大，雾滴较粗，喷嘴较大。因此，塔的直径也相应的比其他的喷雾器的塔大的多。喷雾干燥室中热风与雾滴的运动形式•并流，逆流和混合型三种•1.并流：在喷雾干燥室内，液滴与热风呈同方向流动.•在并流系统中，最热的干燥空气与水分含量最大的液滴接触，因而迅速蒸发，液滴表面温度接近于空气的湿球温度，同时空气的温度也随着降低，因此，从液滴到干燥成品的整个过程中，物料的温度不高，这对于热性物料的干燥是特别有利的。•这时，由于蒸发速度快，液滴膨胀甚至破裂，因此并流操作时所得产品常为非球形的多孔颗粒，具有较低的视密度。•在食品工业中，如牛奶，果汁，鸡蛋液物料的干燥，绝大多数采用并流喷雾干燥。2.逆流型•在喷雾干燥器内，热风与液滴呈反方向流动。•特点：高温热风进入干燥器内首先与要干燥的粒子接触，使内部水分含量达到较低的程度，物料在干燥器内悬浮时间长.•适于含水量高的物料干燥.•应注意气流速度小于成品粉粒悬浮速度，以防粉粒被废气夹带。•常用于压力喷雾。•对于逆流操作系统中，在塔顶，喷出的雾滴与塔底上来的热空气相接触，因此，蒸发速度较并流的慢。在塔底，最热的干燥空气与最干的颗粒接触，物料易过热.•若干燥产品能经受高温，需要较高的视密度时，则用逆流系统最合适。•逆流过程中，平均温度差和分压差较大，停留时间较长，有利于传质和传热，热的利用率也高。3.混合型•气流从上向下（有一个方向），雾滴有两个方向（从下向上，从上向下）。•特点：气流与产品较充分接触，并起骚动，脱水效率较高，耗热量较少。但产品有时与湿的热空气流接触，故干燥不均匀。(二)离心式喷雾器原理：利用在水平方向做高速旋转的圆盘，给浓料以离心力，将其成薄膜状甩出，受到空气的撕扯，变成细丝、雾状液滴喷入干燥室，与热空气直接接触，其表面水分迅速蒸发，在很短的时间内完成干燥。1.离心喷雾盘的结构•周边有喷嘴、叶片、沟槽。•离心喷雾盘的型式很多。常见的有喷枪式和圆盘式两大类。•喷雾器型式的选择主要取决于被干燥物料的性质，如粘度较小的料液可采用喷枪式和多叶片式，对粘度大的料液可采用光滑盘，如碟式。2.离心喷雾的雾化机理•离心喷雾是利用在水平方向作高速旋转的圆盘给予溶液以离心力，使其以高速甩出，形成薄膜，由喷雾盘的边缘甩出同时受空气的摩擦以及本身表面张力作用而成细丝或液滴。•从离心盘甩出的液体被分散为液滴的现象，受下列因素的支配：•1）液体的粘度，表面张力；•2）液体在离心盘边缘的惯性力（离心力）；•3）液体甩出点周围空气的摩擦力；•当离心盘转速很低并且液量很小时，则粘度和表面张力起决定因素。此时雾化机理为物性控制。•当离心盘的转速越来越高，液量也越来越大时，则离心力和摩擦力起决定因素，此时雾化机里液就从物性控制过渡到离心力和摩擦控制，成为速度雾化机理。•在工业生产条件下，大多采用高速转盘和大流量操作，所以雾化主要是速度雾化。•速度雾化所得喷雾具有很宽的滴径分布，为了提高喷雾的均匀性，可在低液量的情况下，提高转盘的速度。在喷雾干燥的操作条件下，想利用调节料液粘度和表面张力来获得均匀的液滴是不可能的。因此料液量一定时，为了保证液滴的均匀性，必须注意以下几点：•①离心盘必须无震动运转；•②转盘速度要高；•③转盘上的叶片的沟槽表面必须平滑；•④转盘上叶片表面完全为料液所润湿；•⑤进料量要稳定而且均匀•总之，液滴大小和喷雾的均匀性，与物料的性质、处理量、盘的结构、转速等有密切关系。喷雾干燥的附属装置(一)气粉分离装置：1、布袋过滤器能捕集极细粉尘。捕集废气中粉尘效率达99％。在较低的过滤速度下，达到100％。结构简单2、旋风分离器工作原理：干燥塔排出的废气中所夹带着粒径较小而微细的粉末，进入旋风分离器，形成一种回旋运动。粉末因受离心力的作用撤向分离器内壁，并与器壁撞击而失去速度，然后在重力的作用下沿壁下，从出料口排出。净化后的气流，则从旋风分离温上部的中央管排出。休息一下！滚筒干燥设备•(一)工作原理：湿物料在滚筒内被回转筒的抄板抄起至一定高度后落下，在下落过程中接触热风，由于回转筒的操杨搅拌综合作用，物料和热风接触充分，干燥迅速，热效率高。•特点：作业连续平稳，适合高水分物料，但机构庞大，造价高。这是工厂常用的转筒干燥器红外干燥•构成物质的基本质点是电子、原子或分子，这些质点即使处于基态都在不停地运动着—振动或转动。这些运动都有自己的固有频率。当遇到具有某个频率的红外线辐射时，如果红外线的频率与基本质点的固有频率相等，则会发生与振动学中共振运动相似的情况，质点会吸收红外线并使运动进一步激化，转换成分子热运动温度升高。特点(1)热辐射率高使用远红外线加热食品有着较高的热辐射率。(2)热损失小辐射加热不存在传热界面，远红外线直接辐射到被加热物体的表面，远红外线在空气中传播时的损失很小，即传热损失小。•(3)容易进行操作控制远红外线同其它光波一样，具有直接传播、漫反射和镜反射的性质，因此可以通过光的集散、遮断机构，更合理地控制辐射热，使之在加热器中更为有效地被利用，以提高加热质量，减少热损失。•(4)加热速度快，传热效率高在食品加工中，不仅要使产品的色、香、味俱佳，而且要尽可能保存食品的营养成分．采用一般加