第八章喷雾干燥设备

六 喷雾干燥方法的基础
• 2.液滴的干燥特性 • 3.喷雾干燥系统构成 • 4.喷雾干燥对设备的要求
七、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
喷雾干燥系统组成
2.离心喷雾雾化器 （1）雾化机理 ：离心喷雾是利用在水平方向做 高速旋转的离心盘的离心力的作用进行雾化的
电动机
离心盘
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。
• 离心盘(多叶)
• 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。
浓奶
1、主要技术参数
蒸发量 物料处理量 蒸汽耗量 雾化形式 工作压力 进风温度 排风温度 干燥塔有效体积 塔内负压 /kg· h-1 /kg· h-1 /kg· h-1 压力喷雾 /MPa /℃ /℃ /m3 /Pa 350 673～713(浓奶45%～50%) 850（包括流化床） 0.8 160℃ 85～90℃ 67 100～200
六、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。
进料 排风
排料
流化床进风系统
九、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。
十、热风分布器
• 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。
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
七、细粉回收装置
• （一）旋风分离器
1分离的原理 • • • • • 2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
旋风分离器 风机
Static Fluid Bed 嵌入流化床
Cyclones
Big Bag
进风口
SFB Air
Concentrate
空气过滤网 Vibro-Fluidizer 流化床 Sieve粉筛 奶粉 Vibro-Fluidizer Air System Vibro-流化床系统
Powder
Air Fine Filters
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：
（二） 布 袋 过 滤 器
八、流化床
（一）流化床的结构
排风口 外壁 奶粉入口 流化床板
奶粉出口
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。
（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 典型喷雾干燥设备
一、压力喷雾干燥设备
空气加热器 空气过滤器 风机 干燥塔
空气冷却器
高压泵 平衡槽 双联过滤器 过滤器 流化床
旋风分离器 旋风分离器
空气过滤器
风机 空气冷却器 空气加热器 空气加热器
Bag Filter – latter installation 袋式过滤器（将来）
选择风机考虑因素：
• 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 雾化器（微粒化部分）
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。
三、风机
• • 风机 • 引风机 排风机
七、细粉回收装置
• （一）旋风分离器
Fra Baidu bibliotek 旋风分离器
• （一）旋风分离器
3.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。
• • • • 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
（2）离心喷雾影响液滴大小的因素：
• a、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； • b、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； • c、物料浓度与液滴大小的关系 物料浓度与液滴大小成 正比。
3、工作过程
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
（二）流化床干燥的特点
• 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。
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。
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。
2.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
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
• 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。
乳品机械与设备
第八章
喷雾干燥设备
第一节 喷雾干燥的概述
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。
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。
Nozzle Cooling Air喷嘴冷却风
Hot Air
Suction Fan风机
Cyclones 旋风分离器
Air Heater
for Cone 椎体热风 To Silo 去粉罐
热风
Cooling Fan
冷却风机 Air for Fluidized Bottom
Air Intake
进风口
Pressure Fan Air Intake
2、降速干燥阶段
• 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 喷雾干燥方法的基础
• • • • • • • • • 1.喷雾干燥方法的优缺点 优点： （1）干燥速度快，物料受热时间短。 （2）干燥条件和产品的质量指标易于调节。 （3）生产效率高，操作人员少。 （4）生产过程简化，后续工序少。 2.缺陷 （1）干燥室庞大。 （2）回收被废气夹带的成品粉末的装置复杂。
• 1.压力喷雾雾化器 • (1)
五 雾化器（微粒化部分）
• (2)雾化器 S形喷嘴
M形喷嘴
喷嘴(导沟槽)
（3）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。
• • • • • • • • • 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
空气中的有害物质 组成
二氧化硫、一氧化碳等有害气体 1、板框 煤烟、粉尘等尘埃 2、滤板 3、滤层(海绵)
性能评价：