噴霧干燥設備.ppt

1、第八章 噴霧干燥設備,第一節(jié) 概述,一、干燥概念,干燥是利用熱能加熱物料，使物料中的水分蒸發(fā)而除去或利用冷凍法使水分結冰后升華而除去水分的單元操作。,二、干燥的目的,減小食品的體積和重量，方便運輸或減少運輸費用； 可以有效的防止微生物的繁殖； 便于食品貯存和提高使用方便性； 加工出不同風味的產品及其它產品的輔料。,三、物料中水分的分類,1、平衡水分與自由水分 在一定干燥條件下，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為自由水分，故物料中的總水分 = 平衡水分 + 自由水分。 2、結合水分與非結合水分 物料的總水分 = 結合水分 + 非結合水分。 借化學力或物理化學力與固體物料

2、相結合的水分稱為結合水分,四、對流干燥過程,對流干燥過程的特點：,1、對流干燥過程是氣固兩相間進行的熱和質同時反向的傳遞過程。在一般情況下，這種質量傳遞屬于單組分單向傳遞。 2、只要氣流中的水汽分壓Pw低于濕物料表面所產生的水汽分壓Ps，即P=（Ps-Pw）0，干燥過程就可以繼續(xù)進行下去。顯然，P越大，干燥過程進行得越快，這是干燥過程得以進行的必要條件。 3、作為干燥介質的熱空氣，既是載熱體，又是載濕體。 4、濕物料的升溫與水分汽化所需吸收的熱量是由干燥介質的溫度降低而提供的，它通過氣固兩相間的溫差傳遞給濕物料，與此同時，固體濕物料表面和干燥介質中水汽分壓都將變化，因此，熱量傳遞與質量傳遞不僅

3、是同時進行的，又是相互制約的。 5、既然對流干燥過程是干燥介質（一般為熱空氣）與濕物料之間相互作用的結果，就有必要了解空氣和濕物料在干燥過程中的有關性質及其對過程的影響。,五、恒速干燥階段與降速干燥階段,在恒定干燥條件下，干燥過程主要包括兩個階段：恒速干燥階段（通常由于物料的預熱階段時間很短）和降速干燥階段。 1、恒速干燥階段 在此階段中物料表面始終被非結合水分充分濕潤，這是由于物料內部水分表面的擴散速率大于表面水分的汽化速率，在恒速干燥階段有以下特點：,.,1）濕物料表面被非結合水所濕潤，表面水分充分； 2）傳熱推動力（溫度差）以及傳質推動力（飽和蒸汽壓差）的值一定，因此，干燥速率的值也一定

4、； 3）物料表面的溫度近似等于熱空氣的濕球溫度； 4）此間段除去了大部分非結合水； 5）恒速干燥階段干燥速率只取決于物料表面水分的汽化速率，即取決于物料外部的干燥條件，與物料的性質和含水量無關，因而恒速干燥階段又稱為表面汽化控制階段。,2、降速干燥階段,1）物料濕含量降至臨界點以后，水分子從物料內部向表面的擴散速率開始低于在物料表面水分的汽化速率，物料表面逐漸出現(xiàn)“干區(qū)”； 2）隨著干燥的進行，物料的溫度有所上升； 3）隨著物料內部含水量的不斷減少，水分向表面的擴散速率也不斷降低，于是，汽化表面逐漸向物料內部移動，干燥速率也就愈來愈低。 4）在此階段中，干燥速率的大小取決于物料本身的結構、形態(tài)

5、和尺寸，而與外部的干燥介質條件關系不大，所以降速干燥階段又稱為物料內部擴散控制階段。 5）此階段除去的水分為剩余的非結合水分和一部分結合水分。,六、干燥設備的新發(fā)展,1、大型的自動化的設備普遍使用； 2、提高熱效率，節(jié)約能源； 3、先進的附聚技術在干燥過程中的應用； 4、奶粉的全自動枕式包裝的應用。,第二節(jié) 噴霧干燥系統(tǒng)分析,噴霧干燥系統(tǒng)組成,1、空氣過濾器 2、風機 3、空氣減濕器 4、空氣加熱器 5、熱風分布器 6、濃縮乳霧化器 7、干燥室 8、細粉回收裝置 9、產品輸送設備,一、空氣過濾器,組成1、板框2、濾板3、濾層(海綿),空氣中的有害物質 二氧化硫、一氧化碳等有害氣體 煤煙、粉塵等

6、塵埃,性能評價： 1、捕集效率； 2、壓力損失； 3、集塵容量； 4、操作難易； 5、設備費、運輸費。,二、空氣減濕器,當進入干燥塔的空氣中濕含量較大時，特別是進入流化床的空氣含濕量較大時會造成奶粉返潮，所以必須除濕。 除濕的原理：將空氣冷卻到零點以下，使其中的水蒸汽凝結。減濕器實際上就是一個熱交換器，在減濕器殼內裝有管道，殼腔直接與空氣過濾器相連，進來的新鮮空氣，與殼腔內通入的冷水或冰水的管道進行熱交換，使空氣冷卻到零點以下，使所含濕氣冷凝，進入的空氣濕度降低，盡量降低返潮現(xiàn)象的發(fā)生。,三、風機,引風機 風機 排風機,選擇風機考慮因素：,根據(jù)噴霧干燥設備蒸發(fā)水分的能力來確定風量，進風機應考慮

7、增加10%20%的風量，排風機應增加15%30%的風量，一般情況下，排風機的風量較進風機風量大20%40%。 排風機的風量較進風機的風量大的原因： 1、計算進風機風量時以新鮮空氣的溫度計，而排風機是以排風溫度計。溫度升高體積增大，排風量增大； 2、排出的廢氣中不僅有進入的風，而且還有蒸發(fā)的水蒸氣需要排出； 3、另外，還需要保證塔內具有一定的負壓。,四、空氣加熱器,五、干燥塔,噴霧干燥室是熱空氣與被干燥的料液進行熱和質交換的場所，要求具有足夠的空間，以保證空氣及物料在干燥室內停留的時間，保證制品的含水量達到生產工藝的要求，又不致受熱過度或產生粘壁等現(xiàn)象。,例子,立式干燥塔(立式垂直并流型干燥塔)

8、 塔體內外壁一般用厚度為23mm的不銹鋼焊成，塔體夾層用保溫材料保溫，塔徑610m，高度為2030m，塔底多為圓錐型，塔體上設有燈孔、視孔、人孔、振蕩器、排風管等。,取粉方法：,流化床(常用) 吸氣式輸送器 刮板式輸送器 螺旋輸送器 氣動運輸經旋風分離器送至乳粉貯藏罐,六、細粉回收裝置,（一）旋風分離器,分離的原理,含粉塵的氣體以較高的速度沿切線方向進入，在外筒與排氣管件之間形成旋轉向下的外旋流，到達錐底后，以相同的旋轉方向折轉向上，形成內旋流，到上部后通過中心伸進來的圓筒形排氣管排出，顆粒在旋轉的氣體中運動，受到離心力作用向器壁方向拋出，沿內壁下落到排出口排出。 因為在裝置內部發(fā)生激烈氣流旋

9、轉運動，故命名旋風分離器，它的器體上部為圓柱體，下部為圓錐形，內部還有一圓筒。進氣管位于外圓筒上側，與外圓筒相切，底部有粉塵出口，上部是廢氣排出口。,旋風分離器特點,1、分離效率高，提高產品得率，減少損耗，減少環(huán)境的污染； 2、分離器內壁應非常光滑，減少流動阻力，粉末不至粘壁； 3、因各地區(qū)各車間氣溫不同，溫度太低時，旋風分離器外壁應保溫； 4、盡可能減少旋風分離器的個數(shù)； 5、從結構上看，易于拆裝，清理方便，密閉性好； 6、卸粉裝置簡單。,影響旋風分離器分離效率的因素,1、顆粒的大小 2、氣流的速度 3、設備的制造精度 4、旋風分離器結構 5、旋風分離器的密封性,（二）布袋過濾器,七、流化床

10、,（一）流化床的結構,奶粉入口,排風口,奶粉出口,流化床板,外壁,熱風,（二）流化床干燥的特點,1、物料與干燥介質接觸面大，攪拌激烈，表面更新機會多，熱容量大，傳熱效果好，設備利用率高，可實現(xiàn)小規(guī)模設備大生產。 2、干燥速度大，物料在設備內停留時間短，適宜對熱敏性物料的干燥。 3、物料在干燥室內的停留時間可由出料口控制，故容易控制制品的含水量。 4、裝置簡單，設備造價低廉。 5、密封性能好，機械運轉部分不直接接觸物料，對衛(wèi)生要求較高的食品干燥十分有利。 6、對干燥物料的顆粒粒度有一定的限制，一般要求顆粒為不小于30m，而又不大于46mm,限制了使用范圍。 7、對易結塊物料因容易產生與設備壁間粘

11、結而不適用。,八、鼓形閥（旋轉閥 ）,特點：,1、能連續(xù)排料和供料，基本上能定量供料，調節(jié)轉速能改變供料量，對于粒狀物料在排料或供料中不易破碎。 2、適用于高溫物料的排料或供料，具有一定的氣密性，適用有壓差的設備排料。 3）設備結構簡單，運轉準確方便。,九、熱風分布器（一）直線運動分風型式（壓力噴霧）,（二）螺旋分風型式（離心噴霧）,第三節(jié) 壓力噴霧干燥設備,一、設備,空氣過濾器,風機,空氣加熱器,平衡槽,平衡槽,過濾器,雙聯(lián)過濾器,高壓泵,高壓泵,空氣過濾器,風機,風機,風機,空氣加熱器,空氣加熱器,空氣加熱器,空氣冷卻器,流化床,干燥塔,旋風分離器,旋風分離器,空氣冷卻器,一、主要技術參數(shù)

12、 蒸發(fā)量 /kgh-1 350 物料處理量 /kgh-1 673713(濃奶45%50%) 蒸汽耗量 /kgh-1 850（包括流化床） 霧化形式 壓力噴霧 工作壓力 /MPa 0.8 進風溫度 / 160 排風溫度 / 8590 干燥塔有效體積 /m3 67 塔內負壓 /Pa 100200,壓力噴霧干燥原理,主要采用高壓泵，以0.720MPa的壓力，將濃縮后的濃溶液通過噴槍使之克服濃奶的表面能力而霧化成直徑在1020m的霧狀微粒噴入干燥室。由于同熱空氣直接接觸，進行熱交換和水分的傳遞，其表面水分迅速蒸發(fā)，在很短的時間內即被干燥成球狀顆粒，沉降于塔底。,結構組成： 立式干燥塔、噴槍、旋風分離器

13、、空氣過濾器、空氣冷卻器、空氣加熱器、熱風分配器、進風機、排風機、高壓泵、平衡槽、流化床、篩粉器等,噴 槍,噴嘴(導溝槽),影響壓力噴霧液滴大小的因素:霧化狀態(tài)與液滴的大小取決于霧化器的結構、噴霧壓力、濃乳的物理性質（濃度、粘度、表面張力等）。1）當噴嘴的噴孔不圓或有豁口時，則霧化不良；2）當噴霧壓力增大時霧滴變小，反之噴霧壓力降低時霧滴增大；3）當噴嘴孔徑和噴霧壓力不變時，若濃乳濃度降低，則霧滴粒度小；若濃乳濃度大、粘度高，則霧滴粒度大；4）當噴嘴孔徑小，導乳溝槽窄而淺，濃乳濃度低，噴霧壓力高時，噴霧角度大，霧滴粒度?。环粗?，噴霧角度小，霧滴粒度大。,二、工藝流程,1、進料至出粉,濃奶首先進

14、入平衡槽，在奶泵的作用下經雙聯(lián)過濾器除去雜質后，由高壓泵泵入塔頂內部的噴嘴，霧化后與同時進入的熱風進行充分的熱交換，水分蒸發(fā)。顆粒落入塔底的錐形部分。在振蕩器的作用下將物料送入流化床進行二次干燥及冷卻，奶粉經篩粉機篩粉后排出。,2、進風至排風,新鮮的空氣經空氣過濾器除去雜質后，被進風機送入空氣加熱器加熱至160左右，經塔頂?shù)臒犸L分布器均勻的吹入塔內，與壓力霧化形成的霧滴進行熱交換，蒸發(fā)出來的水蒸氣及熱風形成廢氣，帶著細粉的廢氣進入旋風分離器，細粉被旋風分離器回收，廢氣通過排風機排出。,3、流化床的進風至排風,新鮮空氣經空氣過濾器除去雜質后，(1)經鼓風機吹入蒸汽加熱器，將空氣加熱后吹入流化床，

15、對奶粉進行二次加熱干燥；(2)經鼓風機進入除濕器除濕后冷卻，然后吹入流化床將奶粉冷卻，攜帶細粉的廢氣由流化床上部的排風口經旋風分離器將細粉回收后，由排風機排出。,4、細粉回收,由旋風分離器回收的細粉經下部的鼓形閥進入細粉回收管道，排出的細粉被壓縮機吹出的經過過濾的空氣吹入流化床或干燥塔進行回收。,第四節(jié) 離心噴霧干燥設備,一、設備,典型的尼羅離心噴霧干燥設備,過濾器,加熱器,風機(冷),風機(冷),風機(熱),風機,振動篩,流化床,干燥室,旋風分離器,旋風分離器,風機(廢氣),鼓風機,鼓形閥,細粉收集器,1 加熱器(間接) 2 干燥室 3 振動流化床 4 帶加熱器的風機(用于流化床的空氣) 5

16、 風機(用于流化床的周圍冷卻空氣) 6 風機(用于流化床的脫濕冷卻空氣) 7 振動篩,塔體：,內外壁全用不銹鋼制造，并經拋光處理，符合食品衛(wèi)生要求，外形美觀； 保溫層達60mm； 在塔的錐部裝有電磁振蕩器，由繼電器控制，每隔一定時間交換的震動幾次，把粘在塔壁上的粉振下并及時送出。,電動機,離心盤,離心盤(多葉) 16條葉槽 離心盤直徑210mm，轉速15,000r/min，物料處理量500kg/h。 4個小孔直徑3mm，保證物料均勻進入離心盤。 直溝槽 彎曲溝槽：減少成品中的空氣，減少了氧化的可能，提高了單位容量，有利于包裝,霧化機理,濃乳在高速旋轉的離心盤上霧化時，受到兩種力的作用，一種是離

17、心盤旋轉產生的離心力，另一種是與周圍空氣摩擦產生的摩擦力。濃乳在排到熱空氣之前被離心力作用加速到很高速度。從離心盤的邊緣甩出時呈薄膜狀。與周圍空氣接觸受摩擦力作用力即分散成為微細的乳滴，達到霧化的目的。液滴隨轉盤旋轉而產生的切線速度與離心力作用而產生的徑向速度被甩出，其運動軌跡是一螺旋形。,離心盤制作要求：,1、無振動旋轉； 2、具有比重力大的離心力（高速旋轉）； 3、供液量一定； 4、平滑的葉片平面； 5、均勻濕潤的葉片面。,離心噴霧影響液滴大小的因素：,1、轉速對液滴大小的影響 轉速增大，液滴變小；反之轉速降低，液滴變大； 2、供料量與液滴大小的關系 在旋轉速度一定的情況下，液滴大小與供料

18、量成正比； 3、物料濃度與液滴大小的關系 物料濃度與液滴大小成正比。,傳動系統(tǒng),由一級皮帶傳動和一級渦輪蝸桿傳動組成，從V型皮帶輪到噴霧離心盤傳動比為1:10，使離心盤的最高轉速可達15,000r/min。,二、工藝流程,1、進料至出粉,物料（濃奶）首先進入平衡槽，經雙聯(lián)過濾器過濾，把機械雜質去除掉，由螺桿泵泵入干燥塔頂部的離心噴霧器，在離心盤的高速旋轉下，物料被霧化，與同時進入的熱風進行充分地熱交換，將水分蒸發(fā)，奶粉落入塔底的錐形部分，在電磁振蕩器的振動下，將干粉送到流化床進行二次干燥除濕并冷卻，最后經篩粉機篩粉，成品送到儲粉箱，然后包裝。,2、進風至排風,空氣經空氣過濾器過濾后，由進風機吹入加熱器內進行加熱(220左右)，經渦殼式熱風盤螺旋地吹入干燥塔內，與離心噴霧器噴出的霧狀物料進行熱交換。物料蒸發(fā)出來的水蒸汽、熱交換后的熱風和部分細粉經排風管道進入旋風分離器，細粉被旋風分離器回收，分離出來的廢氣由排風機排出。,3、冷卻沸騰床的進風到排風,經過濾器過濾后的空氣，由進風機吹入空氣減濕冷卻器內進行降溫和除濕，之后，再進入冷卻沸騰床，冷卻從干燥塔中輸送來的干粉，經過熱交換的冷空氣經冷卻沸騰床的排風口送至旋風分離器，將細粉回收，廢氣則由排風機排出。,4、細粉回收系統(tǒng),經旋風分離器回收的細粉，在