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第八章喷雾干燥设备第一节概述一、干燥概念干燥是利用热能加热物料，使物料中的水分蒸发而除去或利用冷冻法使水分结冰后升华而除去水分的单元操作。二、干燥的目的减小食品的体积和重量，方便运输或减少运输费用；可以有效的防止微生物的繁殖；便于食品贮存和提高使用方便性；加工出不同风味的产品及其它产品的辅料。三、物料中水分的分类1、平衡水分与自由水分在一定干燥条件下，物料中不能除去的那部分水分就是平衡水分，而可以被除去的水分为自由水分，故物料中的总水分=平衡水分+自由水分。2、结合水分与非结合水分物料的总水分=结合水分+非结合水分。借化学力或物理化学力与固体物料相结合的水分称为结合水分四、对流干燥过程对流干燥过程的特点：1、对流干燥过程是气固两相间进行的热和质同时反向的传递过程。在一般情况下，这种质量传递属于单组分单向传递。2、只要气流中的水汽分压Pw低于湿物料表面所产生的水汽分压Ps，即△P=（Ps-Pw）﹥0，干燥过程就可以继续进行下去。显然，△P越大，干燥过程进行得越快，这是干燥过程得以进行的必要条件。3、作为干燥介质的热空气，既是载热体，又是载湿体。4、湿物料的升温与水分汽化所需吸收的热量是由干燥介质的温度降低而提供的，它通过气固两相间的温差传递给湿物料，与此同时，固体湿物料表面和干燥介质中水汽分压都将变化，因此，热量传递与质量传递不仅是同时进行的，又是相互制约的。5、既然对流干燥过程是干燥介质（一般为热空气）与湿物料之间相互作用的结果，就有必要了解空气和湿物料在干燥过程中的有关性质及其对过程的影响。五、恒速干燥阶段与降速干燥阶段在恒定干燥条件下，干燥过程主要包括两个阶段：恒速干燥阶段（通常由于物料的预热阶段时间很短）和降速干燥阶段。1、恒速干燥阶段在此阶段中物料表面始终被非结合水分充分湿润，这是由于物料内部水分表面的扩散速率大于表面水分的汽化速率，在恒速干燥阶段有以下特点：.1）湿物料表面被非结合水所湿润，表面水分充分；2）传热推动力（温度差）以及传质推动力（饱和蒸汽压差）的值一定，因此，干燥速率的值也一定；3）物料表面的温度近似等于热空气的湿球温度；4）此间段除去了大部分非结合水；5）恒速干燥阶段干燥速率只取决于物料表面水分的汽化速率，即取决于物料外部的干燥条件，与物料的性质和含水量无关，因而恒速干燥阶段又称为表面汽化控制阶段。2、降速干燥阶段1）物料湿含量降至临界点以后，水分子从物料内部向表面的扩散速率开始低于在物料表面水分的汽化速率，物料表面逐渐出现“干区”；2）随着干燥的进行，物料的温度有所上升；3）随着物料内部含水量的不断减少，水分向表面的扩散速率也不断降低，于是，汽化表面逐渐向物料内部移动，干燥速率也就愈来愈低。4）在此阶段中，干燥速率的大小取决于物料本身的结构、形态和尺寸，而与外部的干燥介质条件关系不大，所以降速干燥阶段又称为物料内部扩散控制阶段。5）此阶段除去的水分为剩余的非结合水分和一部分结合水分。六、干燥设备的新发展1、大型的自动化的设备普遍使用；2、提高热效率，节约能源；3、先进的附聚技术在干燥过程中的应用；4、奶粉的全自动枕式包装的应用。第二节喷雾干燥系统分析喷雾干燥系统组成1、空气过滤器2、风机3、空气减湿器4、空气加热器5、热风分布器6、浓缩乳雾化器7、干燥室8、细粉回收装置9、产品输送设备一、空气过滤器组成1、板框2、滤板3、滤层(海绵)空气中的有害物质二氧化硫、一氧化碳等有害气体煤烟、粉尘等尘埃性能评价：1、捕集效率；2、压力损失；3、集尘容量；4、操作难易；5、设备费、运输费。二、空气减湿器当进入干燥塔的空气中湿含量较大时，特别是进入流化床的空气含湿量较大时会造成奶粉返潮，所以必须除湿。除湿的原理：将空气冷却到零点以下，使其中的水蒸汽凝结。减湿器实际上就是一个热交换器，在减湿器壳内装有管道，壳腔直接与空气过滤器相连，进来的新鲜空气，与壳腔内通入的冷水或冰水的管道进行热交换，使空气冷却到零点以下，使所含湿气冷凝，进入的空气湿度降低，尽量降低返潮现象的发生。三、风机引风机风机排风机选择风机考虑因素：根据喷雾干燥设备蒸发水分的能力来确定风量，进风机应考虑增加10%～20%的风量，排风机应增加15%～30%的风量，一般情况下，排风机的风量较进风机风量大20%～40%。排风机的风量较进风机的风量大的原因：1、计算进风机风量时以新鲜空气的温度计，而排风机是以排风温度计。温度升高体积增大，排风量增大；2、排出的废气中不仅有进入的风，而且还有蒸发的水蒸气需要排出；3、另外，还需要保证塔内具有一定的负压。四、空气加热器五、干燥塔喷雾干燥室是热空气与被干燥的料液进行热和质交换的场所，要求具有足够的空间，以保证空气及物料在干燥室内停留的时间，保证制品的含水量达到生产工艺的要求，又不致受热过度或产生粘壁等现象。例子立式干燥塔(立式垂直并流型干燥塔)塔体内外壁一般用厚度为2～3mm的不锈钢焊成，塔体夹层用保温材料保温，塔径6～10m，高度为20～30m，塔底多为圆锥型，塔体上设有灯孔、视孔、人孔、振荡器、排风管等。取粉方法：流化床(常用)吸气式输送器刮板式输送器螺旋输送器气动运输经旋风分离器送至乳粉贮藏罐六、细粉回收装置（一）旋风分离器分离的原理含粉尘的气体以较高的速度沿切线方向进入，在外筒与排气管件之间形成旋转向下的外旋流，到达锥底后，以相同的旋转方向折转向上，形成内旋流，到上部后通过中心伸进来的圆筒形排气管排出，颗粒在旋转的气体中运动，受到离心力作用向器壁方向抛出，沿内壁下落到排出口排出。因为在装置内部发生激烈气流旋转运动，故命名旋风分离器，它的器体上部为圆柱体，下部为圆锥形，内部还有一圆筒。进气管位于外圆筒上侧，与外圆筒相切，底部有粉尘出口，上部是废气排出口。旋风分离器特点1、分离效率高，提高产品得率，减少损耗，减少环境的污染；2、分离器内壁应非常光滑，减少流动阻力，粉末不至粘壁；3、因各地区各车间气温不同，温度太低时，旋风分离器外壁应保温；4、尽可能减少旋风分离器的个数；5、从结构上看，易于拆装，清理方便，密闭性好；6、卸粉装置简单。影响旋风分离器分离效率的因素1、颗粒的大小2、气流的速度3、设备的制造精度4、旋风分离器结构5、旋风分离器的密封性（二）布袋过滤器七、流化床（一）流化床的结构奶粉入口排风口奶粉出口流化床板外壁热风（二）流化床干燥的特点1、物料与干燥介质接触面大，搅拌激烈，表面更新机会多，热容量大，传热效果好，设备利用率高，可实现小规模设备大生产。2、干燥速度大，物料在设备内停留时间短，适宜对热敏性物料的干燥。3、物料在干燥室内的停留时间可由出料口控制，故容易控制制品的含水量。4、装置简单，设备造价低廉。5、密封性能好，机械运转部分不直接接触物料，对卫生要求较高的食品干燥十分有利。6、对干燥物料的颗粒粒度有一定的限制，一般要求颗粒为不小于30μm，而又不大于4～6mm,限制了使用范围。7、对易结块物料因容易产生与设备壁间粘结而不适用。八、鼓形阀（旋转阀）特点：1、能连续排料和供料，基本上能定量供料，调节转速能改变供料量，对于粒状物料在排料或供料中不易破碎。2、适用于高温物料的排料或供料，具有一定的气密性，适用有压差的设备排料。3）设备结构简单，运转准确方便。九、热风分布器（一）直线运动分风型式（压力喷雾）（二）螺旋分风型式（离心喷雾）第三节压力喷雾干燥设备一、设备空气过滤器风机空气加热器平衡槽平衡槽过滤器双联过滤器高压泵高压泵空气过滤器风机风机风机空气加热器空气加热器空气加热器空气冷却器流化床干燥塔旋风分离器旋风分离器空气冷却器一、主要技术参数蒸发量/kg·h-1350物料处理量/kg·h-1673～713(浓奶45%～50%)蒸汽耗量/kg·h-1850（包括流化床）雾化形式压力喷雾工作压力/MPa0.8进风温度/℃160℃排风温度/℃85～90℃干燥塔有效体积/m367塔内负压/Pa100～200压力喷雾干燥原理主要采用高压泵，以0.7~20MPa的压力，将浓缩后的浓溶液通过喷枪使之克服浓奶的表面能力而雾化成直径在10~20μm的雾状微粒喷入干燥室。由于同热空气直接接触，进行热交换和水分的传递，其表面水分迅速蒸发，在很短的时间内即被干燥成球状颗粒，沉降于塔底。结构组成：立式干燥塔、喷枪、旋风分离器、空气过滤器、空气冷却器、空气加热器、热风分配器、进风机、排风机、高压泵、平衡槽、流化床、筛粉器等喷枪喷嘴(导沟槽)影响压力喷雾液滴大小的因素:雾化状态与液滴的大小取决于雾化器的结构、喷雾压力、浓乳的物理性质（浓度、粘度、表面张力等）。1）当喷嘴的喷孔不圆或有豁口时，则雾化不良；2）当喷雾压力增大时雾滴变小，反之喷雾压力降低时雾滴增大；3）当喷嘴孔径和喷雾压力不变时，若浓乳浓度降低，则雾滴粒度小；若浓乳浓度大、粘度高，则雾滴粒度大；4）当喷嘴孔径小，导乳沟槽窄而浅，浓乳浓度低，喷雾压力高时，喷雾角度大，雾滴粒度小；反之，喷雾角度小，雾滴粒度大。二、工艺流程1、进料至出粉浓奶首先进入平衡槽，在奶泵的作用下经双联过滤器除去杂质后，由高压泵泵入塔顶内部的喷嘴，雾化后与同时进入的热风进行充分的热交换，水分蒸发。颗粒落入塔底的锥形部分。在振荡器的作用下将物料送入流化床进行二次干燥及冷却，奶粉经筛粉机筛粉后排出。2、进风至排风新鲜的空气经空气过滤器除去杂质后，被进风机送入空气加热器加热至160℃左右，经塔顶的热风分布器均匀的吹入塔内，与压力雾化形成的雾滴进行热交换，蒸发出来的水蒸气及热风形成废气，带着细粉的废气进入旋风分离器，细粉被旋风分离器回收，废气通过排风机排出。3、流化床的进风至排风新鲜空气经空气过滤器除去杂质后，(1)经鼓风机吹入蒸汽加热器，将空气加热后吹入流化床，对奶粉进行二次加热干燥；(2)经鼓风机进入除湿器除湿后冷却，然后吹入流化床将奶粉冷却，携带细粉的废气由流化床上部的排风口经旋风分离器将细粉回收后，由排风机排出。4、细粉回收由旋风分离器回收的细粉经下部的鼓形阀进入细粉回收管道，排出的细粉被压缩机吹出的经过过滤的空气吹入流化床或干燥塔进行回收。第四节离心喷雾干燥设备一、设备典型的尼罗离心喷雾干燥设备过滤器加热器风机(冷)风机(冷)风机(热)风机振动筛流化床干燥室旋风分离器旋风分离器风机(废气)鼓风机鼓形阀细粉收集器1加热器(间接)2干燥室3振动流化床4带加热器的风机(用于流化床的空气)5风机(用于流化床的周围冷却空气)6风机(用于流化床的脱湿冷却空气)7振动筛塔体：内外壁全用不锈钢制造，并经抛光处理，符合食品卫生要求，外形美观；保温层达60mm；在塔的锥部装有电磁振荡器，由继电器控制，每隔一定时间交换的震动几次，把粘在塔壁上的粉振下并及时送出。电动机离心盘离心盘(多叶)16条叶槽离心盘直径210mm，转速15,000r/min，物料处理量500kg/h。4个小孔直径3mm，保证物料均匀进入离心盘。直沟槽弯曲沟槽：减少成品中的空气，减少了氧化的可能，提高了单位容量，有利于包装雾化机理浓乳在高速旋转的离心盘上雾化时，受到两种力的作用，一种是离心盘旋转产生的离心力，另一种是与周围空气摩擦产生的摩擦力。浓乳在排到热空气之前被离心力作用加速到很高速度。从离心盘的边缘甩出时呈薄膜状。与周围空气接触受摩擦力作用力即分散成为微细的乳滴，达到雾化的目的。液滴随转盘旋转而产生的切线速度与离心力作用而产生的径向速度被甩出，其运动轨迹是一螺旋形。离心盘制作要求：1、无振动旋转；2、具有比重力大的离心力（高速旋转）；3、供液量一定；4、平滑的叶片平面；5、均匀湿润的叶片面。离心喷雾影响液滴大小的因素：1、转速对液滴大小的影响转速增大，液滴变小；反之转速降低，液滴变大；2、供料量与液滴大小的关系在旋转速度一定的情况下，液滴大小与供料量成正比；3、物料浓度与液滴大小的关系物料浓度与液滴大小成正比。传动系统由一级皮带