食品加工技術(shù)作業(yè)

1、噴霧干燥技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 姓名：王碌碌 學(xué)號：2015111103 班級：食品科學(xué)21班噴霧干燥技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望摘要:噴霧干燥技術(shù)應(yīng)用比較廣泛，利用噴霧干燥發(fā)制作的奶粉，產(chǎn)品質(zhì)量高，近年來在果蔬粉加工中的應(yīng)用研究也較多。本文綜述了噴霧干燥技術(shù)的發(fā)展歷程、技術(shù)原理、特點、應(yīng)用，并對今后噴霧干燥技術(shù)發(fā)展前景做了展望。關(guān)鍵詞： 噴霧干燥；技術(shù)；應(yīng)用前景The research situation of spray drying technology and prospectAbstractthe spray drying technology is applied more widely,

2、 use the spray drying powder, high product quality, in recent years its application in fruit and vegetable powder processing research more also.This article summarizes the development course of spray drying technology, technology principle, characteristics, applications, and spray drying technology

3、for the future development prospects were discussed. Key words: spray drying;Technology;The application prospect 噴霧干燥技術(shù)已有一百多年的歷史, 它在工業(yè)上的應(yīng)用也有近百年的歷史。噴霧干燥技術(shù)具有干燥速度快、時間短、物料溫度低 、易于連續(xù)化生產(chǎn)等特點, 適合于熱敏性物料的干燥, 在食品干燥中顯示出很強(qiáng)的優(yōu)越性。我國是農(nóng)業(yè)大國, 果蔬、奶的產(chǎn)量很大，但是由于這些物質(zhì)都不易保藏，因為其自身含有很好的適宜微生物生長繁殖的條件，因此，人們就考慮將它們制成粉末，而且粉末的重量輕，易于攜帶，還

4、能保持原有水果蔬菜、奶的營養(yǎng)風(fēng)味以及營養(yǎng)成分, 可以作為配料加工其他食品。果蔬、奶干燥制粉的途徑一般有 3個：一是熱烘干燥磨粉；二是真空冷凍升華干燥磨粉；三是噴霧干燥制粉。其中，熱烘干燥方法不僅切分成型困難, 還會由于干燥所需溫度高 、時間長, 造成色 、香、味和營養(yǎng)成分的損失; 真空冷凍干燥方法雖然能很好保持原料的色、香、味和營養(yǎng)成分，但也會遇到切分成型困難的問題 ,而且所用設(shè)備投資昂貴、能耗大、生產(chǎn)能力低、成本高, 很難實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；采用噴霧干燥制粉，所用原料為漿狀料液, 避免了加工成型困難的問題, 干燥過程是在不高于 100的溫度下瞬間完成的 , 一般果品的色、香、味和營養(yǎng)成分可

5、得到較好的保護(hù)。所以, 果蔬、奶制粉的最佳方法是噴霧干燥法。1、 發(fā)展歷程噴霧干燥技術(shù)的研究早在 19世紀(jì)初期就開始了。最早是LaMont1865年提出用噴霧干燥法來處理蛋品, 但做出極為重要貢獻(xiàn)的是美國的Sameul Percy的發(fā)明。他在1872年題為“干燥操作的改進(jìn)及通過霧化將液體物料濃縮”的專利中，雖然沒有給出附圖, 但清楚地論述了噴霧干燥過程的實質(zhì)。1888年，巴斯勒第一次使用噴霧干燥技術(shù)推廣到商業(yè)化應(yīng)用中。1905年，Stauff 的專利被美國的Mer-ril-Soul公司購買后，制造出一種乳制品生產(chǎn)的專用設(shè)備。這是當(dāng)時美國第一個獲得成功的噴霧干燥器，用它生產(chǎn)出質(zhì)量遠(yuǎn)高于滾筒式干燥

6、器生產(chǎn)的奶粉，說明噴霧干燥能成功地處理熱敏性食品。1929年，從偶然的實踐中發(fā)現(xiàn)了在噴霧干燥果汁時,異丙醇被保留下來，這種干燥方法可以保留飲料中風(fēng)味物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，使其在這一領(lǐng)域的應(yīng)用有廣闊的前景。在 20世紀(jì) 20年代以后, 噴霧干燥開始大量在乳制品工業(yè)和洗滌工業(yè)中應(yīng)用 , 乳制品的干燥在1926年就已經(jīng)有詳細(xì)的報道。第二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā) ,需要大量的脫水食品和各種形式的粉狀制品 ,以降低產(chǎn)品重量及運(yùn)輸費用 , 使噴霧干燥的應(yīng)用更為廣泛, 干燥器的容量也變得很大, 從而使噴霧干燥技術(shù)得到更加迅速的發(fā)展 。我國的噴霧干燥技術(shù)起步比較晚 ,但自從 50年代吉林染料廠引進(jìn)第一臺前蘇聯(lián)的離心盤式噴霧干燥

7、器以來, 我國的噴霧干燥技術(shù)發(fā)展也很快。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天, 新材料將不斷涌現(xiàn) , 噴霧干燥技術(shù)的應(yīng)用范圍也隨之?dāng)U大 ,無論是理論研究還是設(shè)備的研究都不能達(dá)到終點 ,而且還要不斷地進(jìn)行下去 。2 噴霧干燥技術(shù)原理及特點2.1 技術(shù)原理空氣經(jīng)過濾和加熱，進(jìn)入干燥器頂部空氣分配器，熱空氣呈螺旋狀均勻地進(jìn)入干燥室。料液經(jīng)塔體頂部的高速離心霧化器，(旋轉(zhuǎn))噴霧成極細(xì)微的霧狀液珠，與熱空氣并流接觸在極短的時間內(nèi)可干燥為成品。成品連續(xù)地由干燥塔底部和旋風(fēng)分離器中輸出，廢氣由引風(fēng)機(jī)排空。2.2 技術(shù)特點噴霧干燥是將原料液用霧化器分散成霧滴, 并用熱空氣( 或其它氣體) 與霧滴直接接觸的方式而獲得粉粒狀

8、產(chǎn)品的一種干燥過程。原料液可以是溶液、乳濁液或懸浮液, 也可以是熔融液或膏狀物。干燥產(chǎn)品可以根據(jù)需要, 制成粉狀、顆粒狀、空心球狀或團(tuán)粒狀。噴霧干燥技術(shù)的主要特點是:1、干燥速度快, 時間短( 約為3-10s)，可以把初始狀態(tài)為含固的液體通過特殊設(shè)計的霧化器霧化后再與干燥介質(zhì)接觸, 在短時間內(nèi)完成蒸發(fā)干燥而獲得干燥的產(chǎn)品，特別適合于熱敏性物料的干燥； 2、能避免干燥過程中造成粉塵飛揚(yáng),可由液體直接得到干燥產(chǎn)品, 無需蒸發(fā)、結(jié)晶、固液機(jī)械分離等操作；3、 產(chǎn)品具有良好的分散性和溶解性, 不經(jīng)過粉碎也可以在溶劑中迅速溶解； 4、生產(chǎn)過程簡單, 操作控制方便。但也有其不可忽視的缺點: 干燥器的體積大

9、； 5、傳熱系數(shù)低, 導(dǎo)致熱效率低( 約40%以下) , 動力消耗大； 6、操作彈性小,易發(fā)生沾壁現(xiàn)象。目前我國噴霧干燥技術(shù)的應(yīng)用還存在諸如多問題, 突出表現(xiàn)在以下三個方面:1) 技術(shù)開發(fā)能力不強(qiáng)。我國從事干燥設(shè)備技術(shù)開發(fā)的企業(yè)較少, 設(shè)備加工精度也較低, 干燥塔內(nèi)壁表面過于粗糙, 掛粉比較嚴(yán)重, 并且沒有較好的振動裝置, 使粉末在塔內(nèi)停留時間較長。2) 自動化控制程度低。密閉循環(huán)系統(tǒng)的控制點包括進(jìn)料濃度/速度、進(jìn)風(fēng)速度/溫度、系統(tǒng)壓力、各部件壓差、氣體純度檢測等等,由于設(shè)備控制點較多地采用手動控制, 因此控制精度較低, 進(jìn)而影響噴霧干燥技術(shù)的使用。3) 進(jìn)風(fēng)溫度低。我國很多企業(yè)的規(guī)模普遍較小

10、, 中小型鍋爐的工作壓力偏低, 干燥塔排風(fēng)過濾系統(tǒng)存在缺陷, 再加上觀念認(rèn)識上的一些問題, 因而進(jìn)風(fēng)溫度較低。由于以上不足, 致使噴霧干燥技術(shù)在食品、洗滌劑、肥料、合成樹脂等各個工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用受到了限制。三、噴霧干燥技術(shù)的研究進(jìn)展噴霧干燥可以歸納為下列4個組成部分：即料液的輸送和霧化, 干燥介質(zhì)的加熱, 干燥介質(zhì)和霧滴的接觸干燥, 以及干燥產(chǎn)品從氣體介質(zhì)中的分離。因此,噴霧干燥的研究也從干燥介質(zhì)、霧化、氣液接觸干燥、產(chǎn)品分離和產(chǎn)品的性質(zhì)控制等方面展開。3.1 噴霧干燥系統(tǒng)3.1.1 新型霧化器的研究噴霧干燥的核心部件是液體的霧化裝置, 簡稱霧化器。常用的有離心式霧化器、壓力式霧化器和氣流式霧化

11、器, 而氣流式霧化器針對不同的料液特性又分為二流體霧化器和三流體霧化器。上述霧化器的研究已有很多, 在此不再贅述。中國在20 世紀(jì)引進(jìn)吸收消化國外霧化器技術(shù)的基礎(chǔ)上, 形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的霧化器的設(shè)計能力, 現(xiàn)在國內(nèi)不少廠家可以制造不同規(guī)格離心式霧化器, 單臺霧化能力從每小時數(shù)kg 到10t, 特別要提的是: 無錫市林洲干燥機(jī)廠在2005 年推出了目前國內(nèi)單臺霧化能力最大的離心式霧化器, 單機(jī)每小時霧化能力達(dá)45t, 并已經(jīng)在化工行業(yè)得到了運(yùn)用和驗證。 3.1.2 噴霧干燥系統(tǒng)的設(shè)計噴霧干燥設(shè)備是一種得到市場廣泛使用的裝置, 因此, 它的設(shè)計準(zhǔn)則都是商業(yè)秘密, 通常很少見到研究報道。中國過

12、去的設(shè)計很大程度上依靠從國外引進(jìn)的設(shè)備中消化吸收相關(guān)的經(jīng)驗。 3.1.3 噴霧干燥的數(shù)學(xué)模型由于噴霧干燥涉及復(fù)雜的氣液兩相間的傳熱傳質(zhì)過程, 在干燥塔內(nèi)直接進(jìn)行測量是極其困難的, 而大型工業(yè)化裝置又無法直接制作一臺供試驗用, 因此目前噴霧干燥裝置的設(shè)計大多依據(jù)小型裝置的實驗結(jié)果進(jìn)行小試放大, 而且往往摻以設(shè)計人員的經(jīng)驗, 使得實際設(shè)計出來的噴霧干燥裝置總有這樣那樣的問題。近年來, 隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷提高和軟件業(yè)的發(fā)展, 使得對于噴霧干燥進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬變得可能和可行, 在國際范圍研究人員已經(jīng)取得了不少成果。3.2 節(jié)能-組合干燥隨著全球的能源緊張, 高能耗的化工單元操作越來越受到各國的關(guān)注。噴霧

13、干燥的熱效率只有40%-60%, 幾乎有一半的熱量被浪費了，所以如何提高噴霧干燥的熱效率也是各國專家研究的熱點課題。目前國際上公認(rèn)的一種辦法是組合式的干燥方式, 例如噴霧干燥+內(nèi)部流化床的二級組合干燥, 以及噴霧干燥+內(nèi)部流化床干燥+ 外部流化床干燥的三級組合干燥方式。3.3 新型派生的噴霧干燥3.3.1 噴霧冷凍干燥常規(guī)噴霧干燥采用有一定溫度的干燥介質(zhì)來完成整個蒸發(fā)干燥過程。但是, 考慮到干燥所處理的物料特性, 例如醫(yī)藥、生化產(chǎn)品等, 它們都有大量的生物活性成分, 無法承受高溫介質(zhì)環(huán)境, 為此, 大多數(shù)產(chǎn)品會直接選擇真空冷凍干燥。但冷凍干燥存在著能耗高、操作時間長、需要二次處理產(chǎn)品等不足。近

14、年來, 國外研究人員開始把噴霧干燥和冷凍干燥結(jié)合起來, 從而形成了新的干燥技術(shù), 即噴霧冷凍干燥技術(shù)。3.3.2 過熱蒸汽噴霧干燥噴霧干燥通常采用環(huán)境空氣作為干燥介質(zhì)。但對于特殊的物料, 如含有乙醇、丙酮等有機(jī)溶劑的物料, 一般會選擇閉式循環(huán)的噴霧干燥系統(tǒng), 此時系統(tǒng)中一般直接采用氮氣保護(hù)。當(dāng)然, 能夠直接選用環(huán)境空氣是個不錯的選擇, 但是, 當(dāng)很多噴霧干燥的用戶有自備的電廠產(chǎn)生廢過熱蒸汽時, 如果仍然采用過熱蒸汽換熱產(chǎn)生熱空氣, 那將是一種對能源的浪費。過熱蒸汽在食品、化工產(chǎn)品的加工中得到了運(yùn)用。用過熱蒸汽干燥主要有如下的優(yōu)勢:a、 與傳統(tǒng)的熱空氣或者煙道氣相比, 改用過熱蒸汽可以節(jié)能50%

15、-80%；b、 用了過熱蒸汽, 系統(tǒng)中沒有氧氣, 減少了可能存在的燃燒、爆炸危險。4、 噴霧干燥技術(shù)的應(yīng)用噴霧干燥技術(shù)已有一百多年的歷史。自1865年噴霧干燥最早用于蛋品處理以來, 這種由液態(tài)經(jīng)霧化和干燥在極短時間直接變?yōu)楣腆w粉末的過程, 已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步。它使許多有價值但不易保存的物料得以大大延長保質(zhì)期, 使一些物料便于包裝、使用和運(yùn)輸, 同時也簡化了一些物料的加工工藝。由于噴霧干燥具有“瞬時干燥”、“干燥產(chǎn)品質(zhì)量好”、“干燥過程簡單”等特點, 明顯優(yōu)于其它干燥方式, 到20 世紀(jì)三四十年代, 該技術(shù)已經(jīng)被廣

16、泛地應(yīng)用于乳制品、洗滌劑、脫水食品以及化肥、染料、水泥的生產(chǎn), 目前常見的速溶咖啡、奶粉、方便食品湯料等就是由噴霧干燥得到的產(chǎn)品。我國最早將噴霧干燥用于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的是乳品行業(yè), 之后是洗滌劑和染料行業(yè)等, 目前應(yīng)用已十分廣泛, 遍及了以上所涉及的所有行業(yè), 尤其在陶瓷和制藥行業(yè)噴霧干燥的應(yīng)用更為普遍。五、展望綜上所述, 無論是學(xué)術(shù)界還是企業(yè)界, 對噴霧干燥的研究、開發(fā)和完善依然有很長的路要走。根據(jù)最近幾年各國的研究動態(tài), 我們可以看出以下幾個方面值得考慮:(l) 企業(yè)界需要繼續(xù)投人力量進(jìn)行新型霧化器的研究開發(fā), 以適應(yīng)市場對于干燥產(chǎn)品的特殊

17、需求。(2) 噴霧干燥的設(shè)計除了依靠設(shè)計人員的本身經(jīng)驗外, 還需要進(jìn)一步總結(jié)過去的設(shè)計經(jīng)驗和教訓(xùn), 來完善噴霧干燥的設(shè)計理論, 提高設(shè)計的準(zhǔn)確度。(3) 考慮到噴霧干燥的低熱效率, 噴霧干燥的節(jié)能技術(shù)研究尚需要我們的研究人員繼續(xù)努力。現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了噴霧干燥+ 流化床干燥的多級干燥模式, 似可以進(jìn)一步考慮噴霧干燥+ 微波或者干燥塔內(nèi)加熱式的噴霧干燥等。(4) 新型噴霧干燥技術(shù)的研究和開發(fā), 例如噴霧冷凍干燥、過熱蒸汽噴霧干燥等, 這些新的干燥技術(shù)有待于理論上的提高和實驗室的小試證明。(5) 利用迅速發(fā)展的計算機(jī)和軟件技術(shù), 提高噴霧干燥的數(shù)學(xué)模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。筆者認(rèn)為, 這個研究方向可以解決目前很多實際上在設(shè)計初期通過實驗還無法解決的問題, 還可以提供很多目前還無法直接監(jiān)測到的數(shù)據(jù)和結(jié)果, 例如噴霧狀態(tài)下的霧滴可能的飛行軌跡和氣流分布、溫度分布等。參考文獻(xiàn)：1黃立新,周瑞君,A.s.Mujumdar.近年來噴霧干燥技術(shù)研究進(jìn)展和展望J.干燥技術(shù)與設(shè)備,2008,6(1):3-8.2蔡業(yè)彬,曾亞森,胡智華等.噴霧干燥技術(shù)研究現(xiàn)狀及其在中藥制藥中的應(yīng)用J.化工裝備技術(shù),2006,27(2)：5-6.3耿熠，陶建生.噴霧干燥技術(shù)及其在中藥制藥中的應(yīng)用J中成藥,2004, 26(1)：66-68.4提偉鋼.牛奶噴霧干燥技術(shù)研究進(jìn)展J.中國乳業(yè),2010(11):