噴霧干燥設(shè)備.doc

噴霧干燥設(shè)備定義：凡是使物料（溶液、懸浮液及漿液）所含水分由物料向氣相轉(zhuǎn)移，從而變物料為固體制品的操作，統(tǒng)稱干燥。根據(jù)這一定義，干燥的含義顯然與過(guò)濾、壓榨等濾干、榨干以及濃縮均有區(qū)別。要使水分從物料轉(zhuǎn)移到氣相，物料必須受熱，水分吸收熱量才能汽化。物料受熱的方式仍然就是三種基本傳熱方式，即對(duì)流、傳導(dǎo)和輻射。因此根據(jù)傳熱方式的不同干燥分熱風(fēng)干燥、接觸干燥和輻射干燥。物料中水分的汽化可以在不同的狀態(tài)下進(jìn)行，水分是在液態(tài)下汽化的，倘若預(yù)先將物料中水分凍結(jié)成冰，而后在極低的壓力下，使之直接升華而轉(zhuǎn)入氣相，這種干燥稱為冷凍干燥或冷凍升華干燥。（應(yīng)用：）干燥在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門都有著重要意義。食品工業(yè)中干燥操作是一項(xiàng)最基本的單元操作，對(duì)于干燥食品它是一項(xiàng)主要的單元操作。例如：果蔬的干制，奶粉和蛋黃粉的制造，面包餅干的焙烤和淀粉的制造等等。另外發(fā)酵食品，味精，檸檬酸，酶制劑等等。啤酒生產(chǎn)中麥芽干燥，制糖生產(chǎn)中砂糖的干燥等。目的：食品干燥目的是去除物料中的水分，減少其體積和重量，便于產(chǎn)品的儲(chǔ)存和運(yùn)輸；可防止微生物在成品中繁殖。干燥的方法：熱風(fēng)干燥-空氣干燥法 此法直接以高溫的空氣作熱源，籍對(duì)流傳熱，將熱量傳給物料，使水分汽化同時(shí)被空氣帶走。接觸干燥法：此法是間接靠間壁的導(dǎo)熱，將熱量傳給與間壁接觸的物料。熱源可為水蒸氣、熱水、燃?xì)狻峥諝獾?。輻射法：此法是利用紅外線、遠(yuǎn)紅外線、微波或介電等能源將熱量產(chǎn)給物料。干燥通常是產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中最后一道工序，因此與產(chǎn)品質(zhì)量，最終產(chǎn)品有著重要關(guān)系。如果干燥過(guò)程控制不好，會(huì)使產(chǎn)品變質(zhì)而受到損失。食品多為熱敏性物料，在干燥過(guò)程中如果控制不好導(dǎo)致變質(zhì)，破壞其色、香、味，影響產(chǎn)品質(zhì)量。干燥方法和干燥設(shè)備的選擇，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)，產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)性等綜合考慮。目前食品產(chǎn)品的干燥廣泛采用的是空氣干燥法。空氣干燥設(shè)備按工作原理分為：氣流干燥、沸騰干燥和噴霧干燥。氣流干燥：高速熱氣流將顆粒懸浮于氣流忠，一邊與熱氣流并流輸送，一邊進(jìn)行干燥。沸騰干燥：顆粒呈懸浮狀態(tài)。本章主要介紹干燥設(shè)備。 干燥的推動(dòng)力：水分在氣相傳遞的推動(dòng)力為物料表面附近的一層氣膜的蒸氣分壓與氣相主體中蒸汽分壓之差。由于物料水分汽化是在表面進(jìn)行，故逐漸形成從物料內(nèi)部到表面的濕度梯度，此濕度梯度即為干燥的推動(dòng)力。溫度梯度也可以使物料內(nèi)部水分方式傳遞，稱為熱傳遞。水分將從溫度高處向低溫處轉(zhuǎn)移。對(duì)于任一種干燥方法，上述兩梯度均存在于物料內(nèi)部。第二節(jié) 噴霧干燥技術(shù)裝備一.、噴霧干燥原理及特性（一）噴霧干燥原理利用不同的噴霧器（機(jī)械），將需干燥的物料噴成霧狀，形成具有較大的表面積的分散微粒（10-200um），同熱空氣發(fā)生強(qiáng)烈的熱交換，迅速排除本身的水分，在幾秒至幾時(shí)秒內(nèi)獲得干燥，如與高溫400-500的熱風(fēng)接觸需0.01-0.04秒內(nèi)就完成干燥，與100-150的熱風(fēng)接觸需1-3秒就完成干燥。成品以粉末狀態(tài)沉降于干燥器的底部排出。（二）液滴的干燥特性 在噴霧干燥過(guò)程中，即使初速度很高，但由于液滴很小，其雷諾準(zhǔn)數(shù)Re一般都是很低的，約在1/10-100范圍以內(nèi)。小于50m 的液滴，遂以100-150m/s的相對(duì)速度運(yùn)動(dòng)，但Re也不超過(guò)200。當(dāng)液滴速度很快衰減到與氣流的速度相等時(shí)，其Re小于2。傳熱膜系數(shù)： 當(dāng)純液滴在空氣流中的運(yùn)動(dòng)的Re2時(shí)可按傳熱方程式計(jì)算： 式中：h-傳熱膜系數(shù)，w/m2.k D-液滴直徑，m -熱空氣熱導(dǎo)率，w/m.k g-氣體的密度，Kg/m3 g-氣體的粘度，Kg/m.s Cg-氣體的比熱，J/Kg.k v-液滴與空氣的相對(duì)速度，m/s 在噴霧干燥過(guò)程中，空氣膜的平均溫度約為100，即可將Cg,g,g , 等值代入上式，并以D換成m單位，則上式可轉(zhuǎn)化為: 傳熱膜系數(shù)與液滴直徑成正比，與氣體相對(duì)速度（V）的平方根成正比（三）噴霧干燥對(duì)設(shè)備的要求1、食品在干燥過(guò)程中，凡與產(chǎn)品性接觸的部位，必須便于清洗滅菌；2、應(yīng)采取措施防止焦粉，防止熱空氣產(chǎn)生渦流與逆流，滿足工藝要求；3、產(chǎn)品中雜質(zhì)的增加應(yīng)特別注意，保證熱風(fēng)清潔。由于空氣過(guò)濾器效果不好，風(fēng)管及加熱器中心中的鐵銹以及保溫層中材料的泄漏所造成的；4、為了便于檢查生產(chǎn)運(yùn)行情況，應(yīng)配置溫度、壓力指示記錄儀、燈孔等；5、具有高回收率的粉塵回收裝置；6、為了提高產(chǎn)品的溶解性、速溶性，干燥的產(chǎn)品應(yīng)迅速?gòu)母稍锸胰〕隼鋮s（連續(xù)出粉）；7、干燥室內(nèi)溫度及排風(fēng)溫度不許超過(guò)100，它不僅是保證質(zhì)量，而且是安全問(wèn)題（因?yàn)闅怏w中粉濃度達(dá)到一定值，溫度大于160，若遇閃火，爆炸）；8、提高干燥室的熱效率，必須使噴霧時(shí)濃料液滴和熱空氣均勻接觸，其次，加熱器、干燥室、風(fēng)管等應(yīng)予以保溫。9、對(duì)于粘性物料應(yīng)盡量減少粘壁現(xiàn)象。二.噴霧干燥器的分類（一）按生產(chǎn)流程分類1.開(kāi)放式噴霧干燥系統(tǒng)如圖. 特點(diǎn)：載熱體在系統(tǒng)中只使用一次就排入大氣中，不再循環(huán)使用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于廢氣中濕含量較高，無(wú)毒無(wú)臭氣體。缺點(diǎn)：載熱體消耗量大，簡(jiǎn)述流程：壓力噴霧，離心噴霧，氣流噴霧都可以按照開(kāi)放式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 2.封閉循環(huán)是噴霧干燥系統(tǒng) 特點(diǎn)：載熱體在系統(tǒng)中組成一個(gè)封閉的循環(huán)回路，有利于節(jié)約載體熱。回收有機(jī)溶劑，防止污染大氣，載熱體大多使用惰性氣體（如N2,CO2等）。 流程：從干燥塔排除的廢氣，經(jīng)旋風(fēng)除塵器除去微細(xì)粒子，然后進(jìn)入冷凝器。冷凝器的作用是將廢氣中的溶劑（或水分）冷凝下來(lái)，除濕后的尾氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)升壓，進(jìn)入一個(gè)間接式加熱器后又變?yōu)闊犸L(fēng)，如此往復(fù)循環(huán)使用。適用于：可燃性溶劑系統(tǒng)，溶劑需回收，產(chǎn)生有污染的臭氣。粉料與空氣混合爆炸等。3.自惰循環(huán)是噴霧干燥系統(tǒng) 自惰就是指系統(tǒng)中有一個(gè)自制惰性氣體的裝置。在這個(gè)裝置中，引入空氣和可燃性氣體進(jìn)行燃燒，將空氣中的氧氣燒掉，剩下氮?dú)夂投趸甲鳛楦稍锝橘|(zhì)。為使系統(tǒng)中氣體壓力平衡，在鼓風(fēng)機(jī)出口處安裝一個(gè)放氣減壓裝置，部分空氣可排放到大氣中。適用于：有臭氣發(fā)出，產(chǎn)品有高度爆炸性，著火危險(xiǎn)，通過(guò)燃燒消除掉臭氣和產(chǎn)品粉末。4.半封閉循環(huán)是噴霧干燥系統(tǒng)系統(tǒng)中有一燃燒器。半封閉在于干燥介質(zhì)燃燒去臭氣后一部分排入大氣，另一部分燃燒后循環(huán)使用。 （二）按噴霧和氣體流動(dòng)方向分類 并流，逆流和混合型三種 1.并流：在噴霧干燥室內(nèi)，液滴與熱風(fēng)呈同方向流動(dòng) 。常用的基本形式：垂直下降并流（特點(diǎn)是：塔壁粘粉比較少），垂直上升并流行型（要求干燥塔截面風(fēng)速要大于干燥物料的懸浮速度，以保證物料能被帶走。由于在干燥室內(nèi)細(xì)粉干燥時(shí)間短，粗粒干燥時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)品具有均勻干燥的特點(diǎn)。但動(dòng)力消耗大。）水平并流型（熱風(fēng)在干燥室內(nèi)呈螺旋狀運(yùn)動(dòng)，以便與液滴均勻混合，并能延長(zhǎng)干燥時(shí)間。液滴水平噴出（壓力噴霧）。缺點(diǎn)是處理量增加時(shí)，需增加壓力噴槍數(shù)目，但由噴霧距離小，噴霧角度受一定限制，在清掃產(chǎn)品時(shí)存在問(wèn)題不小。漸漸被淘汰）。由于高溫?zé)犸L(fēng)進(jìn)入干燥室立即與（含水多的物料）噴霧液滴接觸，室內(nèi)溫度急降，不會(huì)使干燥的物料受熱過(guò)度，料溫升高較小，因此適宜于熱敏性物料的干燥。風(fēng)與物料接觸不充分，越到底部，傳熱溫差小，傳熱速率小。在并流系統(tǒng)中，最熱的干燥空氣與水分含量最大的液滴接觸，因而迅速蒸發(fā)，液滴表面溫度接近于空氣的濕球溫度，同時(shí)空氣的溫度也隨著降低，因此，從液滴到干燥成品的整個(gè)過(guò)程中，物料的溫度不高，這對(duì)于熱性物料的干燥是特別有利的。這時(shí)，由于蒸發(fā)速度，液滴膨脹甚至破裂，因此并流操作時(shí)所得產(chǎn)品常為非球形的多孔顆粒，具有較低的視密度。在食品工業(yè)中，如牛奶，果汁，雞蛋液物料的干燥，絕大多數(shù)采用并流噴霧干燥 2.逆流是噴霧干燥器 在噴霧干燥器內(nèi)，熱風(fēng)與液滴呈反方向流動(dòng)。特點(diǎn)：高溫?zé)犸L(fēng)進(jìn)入干燥器內(nèi)首先與要干燥的粒子接觸，使內(nèi)部水分含量達(dá)到較低的程度，物料在干燥器內(nèi)懸浮時(shí)間長(zhǎng)，適于含水量高的物料干燥，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意氣流速度小于成品粉粒懸浮速度，以防粉粒被廢氣夾帶。常用于壓力噴霧。對(duì)于逆流操作系統(tǒng)中，在塔頂，噴出的霧滴與塔底上來(lái)的熱空氣相接觸，因此，蒸發(fā)速度較并流的慢。在塔底，最熱的干燥空氣與最干的顆粒接觸，物料易過(guò)熱，因此，若干燥產(chǎn)品能經(jīng)受高溫，需要較高的視密度時(shí)，則用逆流系統(tǒng)最合適。此外，逆流過(guò)程中，平均溫度差和分壓差較大，停留時(shí)間較長(zhǎng)，有利于傳質(zhì)和傳熱，熱的利用率也高。 3.混合型噴霧干燥器 氣流從上向下（有一個(gè)方向），霧滴有兩個(gè)方向（從下向上，從上向下）。 特點(diǎn)：氣流與產(chǎn)品較充分接觸，并起騷動(dòng)，脫水效率較高，耗熱量較少。但產(chǎn)品有時(shí)與濕的熱空氣流接觸，故干燥不均勻。（三）按霧化方法分類1.壓力是噴霧干燥器2.離心式噴霧干燥器3.氣流使噴霧干燥器 食品工業(yè)上應(yīng)用以壓力式和離心式為主，氣流式應(yīng)用范圍較小，這是由于動(dòng)力消耗大，經(jīng)濟(jì)上不合理。 三、霧化器的結(jié)構(gòu)和霧化機(jī)理噴霧干燥要求霧滴的平均直徑一般為20-60um,因此將溶液分散成的霧滴是噴霧干燥的一個(gè)關(guān)鍵。它不僅對(duì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)而且對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量均有較大的影響，特別是對(duì)熱敏性物料的干燥更為重要。實(shí)現(xiàn)物料霧化的霧化器目前有如下三種：1、壓力噴霧器（壓力噴嘴）系利用高壓泵（70-200大氣壓）強(qiáng)制液體通過(guò)小孔（孔徑為0.5-1.5um）使之分散成霧滴；2、氣流式噴霧器 利用壓縮空氣或過(guò)熱蒸汽（一般為2.5-6大氣壓表壓）的高速流動(dòng)，將溶液分散成霧滴；3、離心室噴霧器 利用高速旋轉(zhuǎn)（75-150m/s圓周速度）的圓盤，使液體受離心力的作用而分散成霧滴。三種霧化方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)：機(jī)械式適用于一般粘度的料液，動(dòng)力消耗最少，大約每噸溶液所需耗能為4-10kw.h,其缺點(diǎn)是必須要有高壓泵，噴嘴小易堵塞，操作彈性小，產(chǎn)生調(diào)節(jié)范圍窄。氣流式的動(dòng)力消耗最大，每料液約需0.4-0.8壓縮空氣。但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易制造，適用于任何粘度或稍有固體的料液。 離心式的動(dòng)力消耗介于上述兩種之間，適用于高粘度或帶有固體的料液，而且轉(zhuǎn)盤霧化操作彈性寬，可在設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的25范圍內(nèi)調(diào)節(jié)產(chǎn)量，而不影響產(chǎn)品的粘度。其缺點(diǎn)是機(jī)械加工要求高，制造費(fèi)用大，霧滴較粗，噴嘴較大，因此塔的直徑也相應(yīng)的比其他的噴霧器的塔大的多。（一）機(jī)械式（壓力式）噴霧器目前較為常用的有M型和S型兩種。噴嘴一般均有使液體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。1.S型噴嘴結(jié)構(gòu)：噴嘴、噴芯、噴嘴座、管接頭、旋轉(zhuǎn)室、導(dǎo)流溝槽等。噴芯及噴嘴必須用耐磨材料制造。常用的為硬質(zhì)合金鋼，粉末冶金、炭化鎢、人造寶石、陶瓷等。在乳品生產(chǎn)中現(xiàn)多為不銹鋼噴嘴。噴頭小孔為0.5-1.4mm.工作過(guò)程：液體從任意角度進(jìn)入噴芯的溝槽。由于溝槽與軸線傾斜成一定角度，液流是螺旋狀進(jìn)入旋室，產(chǎn)生離心力，在噴嘴出口處噴霧。噴芯的溝槽一般為2-6條，噴芯在噴嘴座里不固定，經(jīng)高壓推動(dòng)力，