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文檔簡介

噴霧干燥設備定義:凡是使物料(溶液、懸浮液及漿液)所含水分由物料向氣相轉移,從而變物料為固體制品的操作,統(tǒng)稱干燥。根據這一定義,干燥的含義顯然與過濾、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,即對流、傳導和輻射。因此根據傳熱方式的不同干燥分熱風干燥、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)下進行,水分是在液態(tài)下汽化的,倘若預先將物料中水分凍結成冰,而后在極低的壓力下,使之直接升華而轉入氣相,這種干燥稱為冷凍干燥或冷凍升華干燥。(應用:)干燥在國民經濟各部門都有著重要意義。食品工業(yè)中干燥操作是一項最基本的單元操作,對于干燥食品它是一項主要的單元操作。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。啤酒生產中麥芽干燥,制糖生產中砂糖的干燥等。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,便于產品的儲存和運輸;可防止微生物在成品中繁殖。干燥的方法:熱風干燥-空氣干燥法 此法直接以高溫的空氣作熱源,籍對流傳熱,將熱量傳給物料,使水分汽化同時被空氣帶走。接觸干燥法:此法是間接靠間壁的導熱,將熱量傳給與間壁接觸的物料。熱源可為水蒸氣、熱水、燃氣、熱空氣等。輻射法:此法是利用紅外線、遠紅外線、微波或介電等能源將熱量產給物料。干燥通常是產品生產過程中最后一道工序,因此與產品質量,最終產品有著重要關系。如果干燥過程控制不好,會使產品變質而受到損失。食品多為熱敏性物料,在干燥過程中如果控制不好導致變質,破壞其色、香、味,影響產品質量。干燥方法和干燥設備的選擇,應根據產品的特點,產量、經濟性等綜合考慮。目前食品產品的干燥廣泛采用的是空氣干燥法??諝飧稍镌O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,一邊進行干燥。沸騰干燥:顆粒呈懸浮狀態(tài)。本章主要介紹干燥設備。 干燥的推動力:水分在氣相傳遞的推動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行,故逐漸形成從物料內部到表面的濕度梯度,此濕度梯度即為干燥的推動力。溫度梯度也可以使物料內部水分方式傳遞,稱為熱傳遞。水分將從溫度高處向低溫處轉移。對于任一種干燥方法,上述兩梯度均存在于物料內部。第二節(jié) 噴霧干燥技術裝備一.、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)生強烈的熱交換,迅速排除本身的水分,在幾秒至幾時秒內獲得干燥,如與高溫400-500的熱風接觸需0.01-0.04秒內就完成干燥,與100-150的熱風接觸需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 在噴霧干燥過程中,即使初速度很高,但由于液滴很小,其雷諾準數Re一般都是很低的,約在1/10-100范圍以內。小于50m 的液滴,遂以100-150m/s的相對速度運動,但Re也不超過200。當液滴速度很快衰減到與氣流的速度相等時,其Re小于2。傳熱膜系數: 當純液滴在空氣流中的運動的Re2時可按傳熱方程式計算: 式中:h-傳熱膜系數,w/m2.k D-液滴直徑,m -熱空氣熱導率,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-液滴與空氣的相對速度,m/s 在噴霧干燥過程中,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,則上式可轉化為: 傳熱膜系數與液滴直徑成正比,與氣體相對速度(V)的平方根成正比(三)噴霧干燥對設備的要求1、食品在干燥過程中,凡與產品性接觸的部位,必須便于清洗滅菌;2、應采取措施防止焦粉,防止熱空氣產生渦流與逆流,滿足工藝要求;3、產品中雜質的增加應特別注意,保證熱風清潔。由于空氣過濾器效果不好,風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、為了便于檢查生產運行情況,應配置溫度、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、為了提高產品的溶解性、速溶性,干燥的產品應迅速從干燥室取出冷卻(連續(xù)出粉);7、干燥室內溫度及排風溫度不許超過100,它不僅是保證質量,而且是安全問題(因為氣體中粉濃度達到一定值,溫度大于160,若遇閃火,爆炸);8、提高干燥室的熱效率,必須使噴霧時濃料液滴和熱空氣均勻接觸,其次,加熱器、干燥室、風管等應予以保溫。9、對于粘性物料應盡量減少粘壁現象。二.噴霧干燥器的分類(一)按生產流程分類1.開放式噴霧干燥系統(tǒng)如圖. 特點: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,結構簡單,適用于廢氣中濕含量較高,無毒無臭氣體。缺點:載熱體消耗量大,簡述流程:壓力噴霧,離心噴霧,氣流噴霧都可以按照開放式系統(tǒng)設計。 2.封閉循環(huán)是噴霧干燥系統(tǒng) 特點:載熱體在系統(tǒng)中組成一個封閉的循環(huán)回路,有利于節(jié)約載體熱?;厥沼袡C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,經旋風除塵器除去微細粒子,然后進入冷凝器。冷凝器的作用是將廢氣中的溶劑(或水分)冷凝下來,除濕后的尾氣經鼓風機升壓,進入一個間接式加熱器后又變?yōu)闊犸L,如此往復循環(huán)使用。適用于:可燃性溶劑系統(tǒng),溶劑需回收,產生有污染的臭氣。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)中有一個自制惰性氣體的裝置。在這個裝置中,引入空氣和可燃性氣體進行燃燒,將空氣中的氧氣燒掉,剩下氮氣和二氧化碳作為干燥介質。為使系統(tǒng)中氣體壓力平衡,在鼓風機出口處安裝一個放氣減壓裝置,部分空氣可排放到大氣中。適用于:有臭氣發(fā)出,產品有高度爆炸性,著火危險,通過燃燒消除掉臭氣和產品粉末。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)按噴霧和氣體流動方向分類 并流,逆流和混合型三種 1.并流:在噴霧干燥室內,液滴與熱風呈同方向流動 。常用的基本形式:垂直下降并流(特點是:塔壁粘粉比較少),垂直上升并流行型(要求干燥塔截面風速要大于干燥物料的懸浮速度,以保證物料能被帶走。由于在干燥室內細粉干燥時間短,粗粒干燥時間長,產品具有均勻干燥的特點。但動力消耗大。)水平并流型(熱風在干燥室內呈螺旋狀運動,以便與液滴均勻混合,并能延長干燥時間。液滴水平噴出(壓力噴霧)。缺點是處理量增加時,需增加壓力噴槍數目,但由噴霧距離小,噴霧角度受一定限制,在清掃產品時存在問題不小。漸漸被淘汰)。由于高溫熱風進入干燥室立即與(含水多的物料)噴霧液滴接觸,室內溫度急降,不會使干燥的物料受熱過度,料溫升高較小,因此適宜于熱敏性物料的干燥。風與物料接觸不充分,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,同時空氣的溫度也隨著降低,因此,從液滴到干燥成品的整個過程中,物料的溫度不高,這對于熱性物料的干燥是特別有利的。這時,由于蒸發(fā)速度,液滴膨脹甚至破裂,因此并流操作時所得產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,絕大多數采用并流噴霧干燥 2.逆流是噴霧干燥器 在噴霧干燥器內,熱風與液滴呈反方向流動。特點:高溫熱風進入干燥器內首先與要干燥的粒子接觸,使內部水分含量達到較低的程度,物料在干燥器內懸浮時間長,適于含水量高的物料干燥,設計時應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。對于逆流操作系統(tǒng)中,在塔頂,噴出的霧滴與塔底上來的熱空氣相接觸,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,物料易過熱,因此,若干燥產品能經受高溫,需要較高的視密度時,則用逆流系統(tǒng)最合適。此外,逆流過程中,平均溫度差和分壓差較大,停留時間較長,有利于傳質和傳熱,熱的利用率也高。 3.混合型噴霧干燥器 氣流從上向下(有一個方向),霧滴有兩個方向(從下向上,從上向下)。 特點:氣流與產品較充分接觸,并起騷動,脫水效率較高,耗熱量較少。但產品有時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)上應用以壓力式和離心式為主,氣流式應用范圍較小,這是由于動力消耗大,經濟上不合理。 三、霧化器的結構和霧化機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關鍵。它不僅對經濟技術指標而且對產品質量均有較大的影響,特別是對熱敏性物料的干燥更為重要。實現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)強制液體通過小孔(孔徑為0.5-1.5um)使之分散成霧滴;2、氣流式噴霧器 利用壓縮空氣或過熱蒸汽(一般為2.5-6大氣壓表壓)的高速流動,將溶液分散成霧滴;3、離心室噴霧器 利用高速旋轉(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:機械式適用于一般粘度的料液,動力消耗最少,大約每噸溶液所需耗能為4-10kw.h,其缺點是必須要有高壓泵,噴嘴小易堵塞,操作彈性小,產生調節(jié)范圍窄。氣流式的動力消耗最大,每料液約需0.4-0.8壓縮空氣。但其結構簡單容易制造,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,而且轉盤霧化操作彈性寬,可在設計生產能力的25范圍內調節(jié)產量,而不影響產品的粘度。其缺點是機械加工要求高,制造費用大,霧滴較粗,噴嘴較大,因此塔的直徑也相應的比其他的噴霧器的塔大的多。(一)機械式(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生旋轉運動的特點。1.S型噴嘴結構:噴嘴、噴芯、噴嘴座、管接頭、旋轉室、導流溝槽等。噴芯及噴嘴必須用耐磨材料制造。常用的為硬質合金鋼,粉末冶金、炭化鎢、人造寶石、陶瓷等。在乳品生產中現多為不銹鋼噴嘴。噴頭小孔為0.5-1.4mm.工作過程:液體從任意角度進入噴芯的溝槽。由于溝槽與軸線傾斜成一定角度,液流是螺旋狀進入旋室,產生離心力,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,經高壓推動力,

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