化工原理课程设计 奶粉喷雾干燥

时间：1.5周
要求：根据设计任务，确定方案合理，论证清楚，计算正确，简述简明，图纸整洁无误，书写整齐清洁。
一、工艺流程确定及论证
本工艺采用并流、压力式喷雾干燥法对奶粉进行喷雾干燥。
1.1
乳粉是一种干燥粉末状乳制品，具有耐保藏、使用方便的特点。生产乳粉的目的在于保留牛乳营养成分的同时，除去乳中大量水分，使牛乳由含水88%的液体状态转变成含水2%的粉末状态，从而大大缩小牛乳体积，既利于包装运输，又便于保藏和使用。乳粉的主要化学成分有水分、脂肪、蛋白质、乳糖、灰分、乳酸等，因含量差异而形成各种种类的乳粉。乳粉的营养价值一般通过乳脂肪及非脂乳固体部分来体现。
压力式喷雾干燥器是通过高压设备给料液加压后通过雾化器雾化，其压力一般在2～20MP。与离心式相比，其结构较紧凑，生产能力大，耗能量少，而且改变内部元件能改变不同的雾炬形状，调节雾化压力能调整产品粒度【4】。压力式的主要缺点是高粘度物料不易雾化；喷嘴易堵塞；喷嘴易受磨损。对于低粘度的料液，采用压力式较适宜。因此在奶粉喷雾干燥中选择压力式。
（3）并流型操作特点是：被干燥物料允许在低温下进行干燥。由于热风进入干燥室立即与喷雾液滴接触，室内温度急降，不会使干燥物料受热过度，因此，适宜于热敏性物料的干燥。塔壁粘粉较少。由于在干燥室内细粒干燥时间短、粗粒干燥时间长，产品具有比较均匀干燥的特点，适合于液滴高度分散均一的喷雾场合。
成品奶粉含水量≯2.5%（一级品）、密度600 kg/m2、比热2.1kJ/kg.
3、新鲜空气状态：t0=23℃、ф0=55%
大气压760mmHg
4、热源：饱和水蒸气。
三、设计项目：
a)工艺流程的确定
b)喷雾干燥装置的计算
c)辅助设备的选型及计算
d)绘制工艺流程图
e)编制设计说明书
四、设计时间和设计要求
喷雾干燥的特点如下：
（1）干燥速度快：由于料液经喷雾后雾化成几十微米大小的液滴，所以单位重量的表面积很大，每公升料液经喷雾后表面积可达300㎡左右，因此热交换迅速，水分蒸发极快，干燥时间一般只要几秒钟，多则几十秒钟，具有瞬间干燥的特点。
（2）干燥过程中液滴的温度比较低：喷雾干燥可以采用较高的温度的载热体，但是干燥塔内的温度一般不会很高。当液滴仍有大量水分存在时，它的温度不超过热空气的湿球温度，例如塔内热空气温度>>100℃时，物料温度约50—60℃。所以适合于热敏性物料的干燥，能够保持产品良好的色泽和香味。
（3）干燥产品具有良好的分散性和溶解性能：根据工艺上的要求，选用适当的雾化器，可将料液喷成球状液滴，由于干燥过程是在空气中完成的，所得到的粉粒能保持与液滴相近似的球状，因此具有良好的疏松性、流动性、分散性，冲调时能迅速溶解。
（4）产品纯度高，环境卫生好：由于干燥是在密闭的容器内进行的，杂质不会混入产品，保证了产品纯度。生产有毒气、臭气物料时，可采用封闭循环或“自惰”循环系统的喷雾干燥设备，将毒气、臭气烧毁，防止公害，改善环境。
化工原理 课程设计任务书
专业：
班级：
姓名：
一、设计题目：奶粉喷雾干燥
二、设计条件：
1、生产任务：年产全脂奶粉840吨（学号：13--18）；
以年工作日330天，日工作二班，班实际喷雾时间6小时计。产品质量符合国家“全脂奶粉质量标准”。
2、进料状态：浓缩奶总固形物含50%
温度55℃、密度1120kg/m2、表面张力0.049N/m、黏度15cp。
1.1.1
喷雾干燥，是指用单独一次工序，将溶液、乳浊液、悬浮液或含有水分的膏糊状物料变成粉状、颗粒或块状的干燥产品。其形成取决于物料的物理特性，以及喷雾燥设备的流程和操 。
奶粉喷雾干燥的原理是将浓缩乳借用机械力量，即压力或离心的方法，通过喷雾器将乳分散为雾状的乳滴（直径为10-15um），大大增加了其表面积，同时送入热风的情况下雾滴和热风接触，浓乳中的水分便在0.01-0.04s的瞬间内蒸发完毕，雾滴被干燥成球形颗粒落入干燥室的底部，水蒸气被热风带走，从干燥室排风口排出，而且微粒表面的温度为干燥介质的湿球温度（50～60℃），若连续出料，整个干燥过程仅需10～30s，故特别适用于热敏性物料的干燥，蛋白质的变性很少，乳清蛋白依然保持良好的溶解性，酶的活性也没有丧失。具有较高的溶解度及冲调性，保持其原有的营养成分及色、香、味。
其主要缺点有：
（1）当热风温度低于150℃时，热交换的情况较差，需要的设备体积大。在用低温操作时空气消耗量大，因而动力耗用量随之增大。
（2）为了保证乳粉水分含量的要求，必须严格控制各种产品干燥时排风的相对湿度，一般为10%~13%，故需消耗较多的空气量，从而增加了风机的容量及电耗，同时也增加了粉尘回收装置的负荷，影响了产品得率。
（3）对某些膏糊状物料，干燥时需加水稀释，这样就增加了干燥设备的负荷。
（4）由于设备体积庞大，对生产卫生要求高的产品时，设备的清扫工作量较大。
（5）设备的热效率较低，在进风温度不高时，热效率约30—40%左右。
1.1.
喷雾干燥按照雾化方法分为压力式、离心式和气流式喷雾干燥。
离心式主要是利用高速旋转轴产生很大的离心力，使料液被甩出去而分散雾化。离心式的特点是可以处理较粘稠；料液内含有颗粒的物料；雾化均匀，不易堵塞雾化器。缺点是只能采用立式，由于高速旋转，故对旋转轴及轴承、齿轮等要求很严，乳粉中气泡较多，不利于保藏等。
1.1.
喷雾干燥按照喷雾和流体流动方向分为并流型、逆流型和混合型三类。
（1）逆流型操作特点是热利用率较高，但只适用于非热敏性物料的干燥，而且若空塔速度超过限度将引起颗粒的严重夹带，给回收系统增加负荷。
（2）混合型操作特点是气流与产品较充分接触，脱水效率高，但产品有时与湿的热空气流接触，故干燥不均匀，内壁局部粘粉严重。
（5）生产过程简化，操作控制方便：即使含水量高达90%的料液，不经浓缩，同样能一次获得均匀的干燥产品。大部分产品干燥后不需粉碎和筛选，从而简化了生产工艺流程。对于产品粒径大小、松密度、含水量等质量指标，可改变操作条件进行调整，控制管理都很方便。
（6）适宜于连续化大规模生产：干燥后的产品经连续排料，在后处理上结合冷却器和风力输送，组成连续生产作业线，实现自动化大规模生产。