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本课件介绍干燥与喷雾干燥的基本概念，讲解压力式与离心式雾化器的雾化机理、干燥塔内热风与雾滴的接触方式、进排风温度对奶粉质量的影响，以及粉末分离、冷却与包装设备的配置要点。
第八章喷雾干燥设备第一节概述
干燥概念干燥是利用热能加热：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。
干燥的目的减小食品的体积和重量：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。
物料中水分的分类：以下列出本页要点。
对流干燥过程：四、对流干燥过程
对流干燥过程的特点：以下列出本页要点。
恒速干燥阶段与降速干燥阶段：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：
1）湿物料表面被非结合水所湿润：.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。
降速干燥阶段1）物料湿含量降至临界点以后：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。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。
干燥设备的新发展：以下列出本页要点。
第二节喷雾干燥系统
喷雾干燥系统：组成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
空气过滤器：一、空气过滤器
组成1板框2：组成1、板框2、滤板3、滤层(海绵)空气中的有害物质二氧化硫、一氧化碳等有害气体煤烟、粉尘等尘埃
性能评价：以下列出本页要点。
空气减湿器当进入干燥塔：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。减湿器实际上就是一个热交换器，在减湿器壳内装有管道，壳腔直接与空气过滤器相连，进来的新鲜空气，与壳腔内通入的冷水或冰水的管道进行热交换，使空气冷却到零点以下，使所含湿气冷凝，进入的空气湿度降低，尽量降低返潮现象的发生。
风机引风机排风机：三、风机引风机风机排风机
选择风机考虑因素：以下列出本页要点。
空气加热器：四、空气加热器
干燥塔喷雾干燥室：五、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。
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
细粉回收装置（一）旋风分离器：六、细粉回收装置（一）旋风分离器
分离的原理含粉尘的气体以较高的速度沿切线方向进入：在外筒与排气管件之间形成旋转向下的外旋流，到达锥底后，以相同的旋转方向折转向上，形成内旋流，到上部后通过中心伸进来的圆筒形排气管排出，颗粒在旋转的气体中运动，受到离心力作用向器壁方向抛出，沿内壁下落到排出口排出。因为在装置内部发生激烈气流旋转运动，故命名旋风分离器，它的器体上部为圆柱体，下部为圆锥形，内部还有一圆筒。进气管位于外圆筒上侧，与外圆筒相切，底部有粉尘出口，上部是废气排出口。
旋风分离器特点1：以下列出本页要点。
影响旋风分离器分离效率的因素：以下列出本页要点。
布袋过滤器：（二）布袋过滤器
流化床：七、流化床
流化床的结构：（一）流化床的结构奶粉入口排风口奶粉出口流化床板外壁热风
流化床干燥的特点：以下列出本页要点。
鼓形阀（旋转阀：八、鼓形阀（旋转阀）
特点：1能连续排料和供料：以下列出本页要点。
热风分布器（一）直线运动分：九、热风分布器（一）直线运动分风型式（压力喷雾）
螺旋分风型式（离心喷雾：（二）螺旋分风型式（离心喷雾）
第三节压力喷雾干燥设备
设备：一、设备
空气过滤器风机空气加热器平衡槽：平衡槽过滤器双联过滤器高压泵高压泵空气过滤器风机风机风机空气加热器空气加热器空气加热器空气冷却器流化床干燥塔旋风分离器旋风分离器空气冷却器
| 项目 | 参数值 |
|---|---|
| 蒸发量 | 350 kg/h |
| 物料处理量 | 673~713 kg/h（浓奶45%~50%） |
| 蒸汽耗量 | 850 kg/h（包括流化床） |
| 雾化形式 | 压力喷雾 |
| 工作压力 | 0.8 MPa |
| 进风温度 | 160℃ |
| 排风温度 | 85~90℃ |
| 干燥塔有效体积 | 67 m³ |
| 塔内负压 | 100~200 Pa |
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。
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
喷枪
喷嘴(导沟槽
影响压力喷雾液滴大小的因素：以下列出本页要点。
工艺流程：二、工艺流程
进料至出粉浓奶首先进入平衡槽：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。
进风至排风新鲜的空气经空气过滤器：2、进风至排风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。
流化床的进风至排风新鲜空气经空气过滤器：3、流化床的进风至排风新鲜空气经空气过滤器除去杂质后，(1)经鼓风机吹入蒸汽加热器，将空气加热后吹入流化床，对奶粉进行二次加热干燥；(2)经鼓风机进入除湿器除湿后冷却，然后吹入流化床将奶粉冷却，携带细粉的废气由流化床上部的排风口经旋风分离器将细粉回收后，由排风机排出。
细粉回收：4、细粉回收由旋风分离器回收的细粉经下部的鼓形阀进入细粉回收管道，排出的细粉被压缩机吹出的经过过滤的空气吹入流化床或干燥塔进行回收。
第四节离心喷雾干燥设备
设备：一、设备
典型的尼罗离心喷雾干燥设备过滤器加热：器风机(冷)风机(冷)风机(热)风机振动筛流化床干燥室旋风分离器旋风分离器风机(废气)鼓风机鼓形阀细粉收集器
1 加热器(间接)2 干燥：以下列出本页要点。
塔体：内外壁全用不锈钢：制造，并经抛光处理，符合食品卫生要求，外形美观；保温层达60mm；在塔的锥部装有电磁振荡器，由继电器控制，每隔一定时间交换的震动几次，把粘在塔壁上的粉振下并及时送出。
电动机离心盘
离心盘(多叶)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
雾化机理浓乳：在高速旋转的离心盘上雾化时，受到两种力的作用，一种是离心盘旋转产生的离心力，另一种是与周围空气摩擦产生的摩擦力。浓乳在排到热空气之前被离心力作用加速到很高速度。从离心盘的边缘甩出时呈薄膜状。与周围空气接触受摩擦力作用力即分散成为微细的乳滴，达到雾化的目的。液滴随转盘旋转而产生的切线速度与离心力作用而产生的径向速度被甩出，其运动轨迹是一螺旋形。
离心盘制作要求：以下列出本页要点。
离心喷雾影响液滴大小的因素：以下列出本页要点。
传动系统：由一级皮带传动和一级涡轮蜗杆传动组成，从V型皮带轮到喷雾离心盘传动比为1:10，使离心盘的最高转速可达15,000r/min。
工艺流程：二、工艺流程
进料至出粉物料（浓奶）首先进入平衡槽：1、进料至出粉物料（浓奶）首先进入平衡槽，经双联过滤器过滤，把机械杂质去除掉，由螺杆泵泵入干燥塔顶部的离心喷雾器，在离心盘的高速旋转下，物料被雾化，与同时进入的热风进行充分地热交换，将水分蒸发，奶粉落入塔底的锥形部分，在电磁振荡器的振动下，将干粉送到流化床进行二次干燥除湿并冷却，最后经筛粉机筛粉，成品送到储粉箱，然后包装。
进风至排风空气经空气过滤器：2、进风至排风空气经空气过滤器过滤后，由进风机吹入加热器内进行加热(220℃左右)，经涡壳式热风盘螺旋地吹入干燥塔内，与离心喷雾器喷出的雾状物料进行热交换。物料蒸发出来的水蒸汽、热交换后的热风和部分细粉经排风管道进入旋风分离器，细粉被旋风分离器回收，分离出来的废气由排风机排出。
冷却沸腾床的进风到排风经过滤器：3、冷却沸腾床的进风到排风经过滤器过滤后的空气，由进风机吹入空气减湿冷却器内进行降温和除湿，之后，再进入冷却沸腾床，冷却从干燥塔中输送来的干粉，经过热交换的冷空气经冷却沸腾床的排风口送至旋风分离器，将细粉回收，废气则由排风机排出。
细粉回收系统经旋风分离器：4、细粉回收系统经旋风分离器回收的细粉，在鼓形阀的作用下进入细粉回收管道，通过空气过滤器过滤后的空气在鼓风机的作用下：(1)带着细粉一起进入蜗壳式热风盘内，吹入喷雾塔，与离心雾化器喷出来的雾滴混合，重新干燥(可使奶粉颗粒增大，从而提高奶粉的速溶性和溶重)。(2) 细粉直接送回冷却沸腾床进行回收。
第五节喷雾干燥操作
开车前的准备彻底清除干燥室内：一、开车前的准备彻底清除干燥室内及其他系统残留的粉尘，对平衡槽、高压泵或乳泵及其输入管路进行彻底清洗杀菌，安装好雾化器。
开车1：以下列出本页要点。
供料喷雾（1）压力喷雾：3、供料喷雾（1）压力喷雾：启动高压泵送浓乳至喷嘴（按顺序开启阀门）开始喷雾，观察雾化情况并及时调整。（2）离心喷雾：开动送料泵，先送水至离心盘进行喷雾，调整泵的流量，待进、排风温度达到正常时，正式送乳，观察雾化状态并及时调整。
运行中的操作：以下列出本页要点。
停车1停止高压泵或乳泵：以下列出本页要点。
第六节喷雾干燥：常见问题的分析
问题一：产品含水量高原因分析1：料液：以下列出本页要点。
问题二：塔顶及喷雾器：附近有积粉原因分析：热风分配未调节好解决措施：校正热风分配器的位置，使进风均匀，消除积粉。
问题三：塔壁到处都：有粘着湿粉原因分析1：进料太多解决措施1：降低进料泵进料速度原因分析2：喷雾开始前干燥塔加热不足解决措施2：排风温度没有达到规定时不要喷雾
问题四：塔壁局部地方：有积粉原因分析1：气流分布不规则解决措施1：调正热风分配器，使塔内空气均匀原因分析2：多喷嘴喷雾时喷嘴堵塞解决措施2：更换堵塞喷嘴原因分析3：离心喷雾盘液体分配器的部分空洞堵塞，使喷雾盘料液分布不规则解决措施3：检查和清洗喷雾盘液体分配器
问题五：蒸发量降低原因分析1：整个系统：空气量减少解决措施1：1、检查进排风机转速是否正常2、检查进排风调节阀是否正确3、检查空气过滤器及加热器管道是否堵塞原因分析2：热风入口温度太低解决措施2：1、检查加热器压力是否符合要求2、检查加热系统是否功罪正常原因分析3：设备漏风会造成热量散失和引进冷空气解决措施3：检查设备，同时修补损坏处，特别注意各组件连接处的严密性
问题六：产品杂质度高原因分析1：空气过滤：以下列出本页要点。
问题七：产品粉粒太细原因分析解决措施：料液固形物含量低提高喷雾料液浓度喷嘴孔径太小采用较大孔径高压泵压力太高适当降低压力离心盘转速太快适当降低转速离心喷雾进料太小提高进料量离心盘选用不合适改进喷雾结构，可用切向小孔代替径向小孔，或采用蝶式转盘
问题八：产品得率低：以下列出本页要点。
问题九：离心喷雾机：速度降低，电流增大原因分析1：进料速度太高，使其超负荷解决措施1：降低供料量原因分析2：喷雾机和电机机械故障解决措施2：停止喷雾，检查、排除故障
问题十：喷雾机：速率波动较大原因分析：通常由于电机缺陷，因此产生喷雾机和电机的机械共振现象解决措施：严密检查电机
第七节压力离心喷雾的比较：第七节压力、离心喷雾的比较
从离心喷雾机与高压泵的结构：一、从离心喷雾机与高压泵的结构方面比较比较内容离心喷雾机高压泵传动与变速机构可利用皮带传动及一次变速，如果采用皮带传动，可以避免对齿轮技工精度的要求。必须进行两次变速，对齿轮的加工要求较高. 主轴及柱塞直轴，加工较方便，旋转运动，磨损少。曲轴连杆机构，加工较麻烦；柱塞往复运动，磨损大。不锈钢材需要量仅离心盘、分配盘及进料管需要不锈钢，用量少。泵体、柱塞等均需要不锈钢，用量大。
比较内容离心喷雾机高压泵管件及阀门：无需耐压管件、管道及阀门。从高压泵出来的物料需高压管件、管路。高压表与安全阀不需要。要求有高压表及安全阀。设备重量较轻较重润滑系统润滑油一次用量较少，但使用不当有断油或油进入产品的危险。一次用润滑油量较大，但没有进入产品的危险。
从产品产量与质量方面比较内容：二、从产品产量与质量方面比较比较内容离心喷雾压力喷雾生产能力的调节在同一离心盘喷雾时，可以在±25%范围内改变生产能力均能获得良好的效果，仅需调节供料量就可实现。压力喷雾的生产能力是与高压泵的生产能力有关，所以要调整必须更换高压泵等，不易调整。产品颗粒的大小粒径较大，颗粒分布范围广。颗粒较小，但分布范围小。产品的密度由于颗粒较大，密度较小。由于颗粒较小，密度较大。
比较内容离心喷雾压力喷雾：颗粒大小的调节在一定范围内可改变浓奶的浓度来调节颗粒的大小。若调节颗粒大小，一般只能调节喷嘴喷孔的大小。产品中空气含量较多，产品易氧化且费包装材料。较少，一般达7～10%（容积比）。产品的溶解度由于颗粒较大，速溶性好，溶解度高，冲调性好。由于大孔径喷头的使用，溶解性、冲调性都较好。几种物料的同时喷雾可采用多层离心盘在同一台喷雾机内进行。如需喷雾，需二套以上设备。
从生产管理方面比较内容：三、从生产管理方面比较比较内容离心喷雾压力喷雾喷嘴堵塞问题无喷嘴堵塞问题，干物质含量可更高一些。若干物质含量较高，会发生喷嘴堵塞。泄漏问题无泄漏问题。高压物料、特别是柱塞部分易泄漏。卫生及清洗问题生产完只需清洗进料管与离心盘和平衡槽。生产结束后需清洗高压管路、喷头及高压泵和平衡槽。易损件易损件是皮带与轴承。易损件为喷头的喷嘴等噪音及振动问题由于高速旋转，稍有不平衡噪音及振动较大。正常生产时非常平稳。操作操作时需注意排风温度及进乳量。操作时需注意排风温度、高压泵压力及喷嘴雾化情况。
从对建筑方面要求比较内容离心喷雾机高压泵：四、从对建筑方面要求比较内容离心喷雾机高压泵干燥塔只能使用立式干燥塔。可使用立式、卧式干燥塔。干燥塔的型式直径大、高度低。（矮粗）直径小、高度高。（细长）
第八节喷雾干燥自动控制系统简介：以下列出本页要点。
制式A（离心喷雾干燥系统）：以下列出本页要点。
制式A：例子(全自动化喷雾干燥机启动：以下列出本页要点。
制式B：1空气加热器为恒定：以下列出本页要点。
联锁装置目的：以下列出本页要点。
引起火灾和爆炸的原因：1、粉尘和空气在某一浓度下混合；2、使用处理含易燃的物料时；3、有火花、点火源时；4、在塔内堆积产品；5、热风温度太高；6、断料。
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