喷雾干燥实验报告

食品机械与设备实验报告

喷雾干燥实验

（一）实验目的

①了解喷雾干燥设备流程及气动离心雾化器工作原理；

②熟识喷雾干燥的操作；

③通过实验深入了解喷雾干燥的优点和缺点；

④了解喷雾干燥产品形态。

（二）实验原理与内容

喷雾干燥是采用雾化器将原料液分散为雾滴，并用热气体(空气、氮气或过热水蒸气)干燥雾滴而获得产品的一种干燥方法。原料液可以是溶液、乳浊液、悬浮液。

液体的雾化器将料液分散为雾滴，增大干燥过程的传热传质速率。雾化器是喷雾干燥的关键部件之一，目前常用的有3种，即压力式雾化器、离心式雾化器、气流式雾化器。

雾化的液体与热气流的接触表面积很大，它与较高温度的气流一接触就迅速进行传热传质，雾滴水分吸收热量后又迅速蒸发成水蒸气，空气既作载热体又作载湿体。在干燥初期，雾滴很小，物料内部湿含

量的扩散传递而造成的干燥阻力几乎等于零，物

料的温度一直处于物料的表面湿球温度，为恒速

干燥阶段。在物料表面没有充水分时，物料就开

始升温并在内部形成温度梯度，为降速干燥阶段。

若当温度梯度很大，物料内部的蒸汽压大于物料

粒子表面内聚力时，粒子即会爆开，瞬时增大传

质蒸发表面。因此喷雾干燥的粉末大多是非球形。

本实验是采用离心喷雾，实验内容包括

1、喷雾干燥设备流程及设备结构介绍；

2、喷雾干燥设备使用操作要点介绍；

3、喷雾干燥；

4、干燥产品形态观察。

（三）实验仪器、设备

小型离心喷雾干燥设备（移动式高速离心喷雾干燥机，型号LPG—5，江苏省常州先锋干燥设备有限公司）。设备参数：离心盘直径50mm、干燥室直径800mm,圆筒高600毫米，筒锥角度60°。这样的离心喷雾高速旋转的动力是采

自压缩空气，压缩空气推动涡轮通过挠性轴带

动离心盘转动,液料从加工料中均匀滴入离心

盘中央受离心力的作用以切线方向甩出,绕成

大小均匀的雾状水滴，分别于干燥室中；由于

离心盘转速高达2.5万转/分。挠性轴细小，故

注意操作，小心加料均匀，防止结焦以保证离

心盘的动力平衡。

实验材料：牛奶

测量仪器：小型离心喷雾干燥设备上热电

偶温度计(进出风)、形态观察仪器。

（四）实验步骤

1．测定实验环境温度、牛奶含水率及可溶性固性物含量等。

2.认真检查设备流程和各部件的结构构造。

3.启动排风机，检查系统部分连接是否良好,有无漏气的地方。

4.接上加热电源预热干燥室，设定温度为190℃。

5.达到所要求的温度，即启动离心转盘到正常运转、并慢慢进少量的物料，观察雾滴的在干燥室中状态，调节供料量直到能看见雾状液滴在干燥室中运动，稳定供料。

6.干燥操作完成后，停止进料、停加热器及停止离心盘转动，待出口温度低于80℃后再停止排风机。

7.拆卸管道、分离器，收集粉料。

8.取出离心喷雾头小心拆开清洗，后抹干安装好垂直放置,盒中保存。

注意：拆洗离心转盘,要特别小心，因它是桡性轴很容易压变形而致损坏。

9．测定产品的含水率及观测形态。

（五）实验装置流程图

（六）实验数据及结果

来源

指标

旋风分离器出料口干燥室出料口含水量 4.97% 5.58%

颜色乳白色米白色

形态粉末细小，基本不结块大多数为细粉状，小部分粘结

为块状

干燥室设定干燥温度:170℃;

实验环境温度:25℃;

添加增稠剂后原料的可溶性固形物含量:21.0%. 各个部分的产品在电镜下的形态如下：

图1--旋风分离器出料口奶粉颗粒电镜图1

图2--旋风分离器出料口奶粉颗粒电镜图2

图3--干燥室出料口奶粉颗粒电镜图

样品的直径如表2所示：

表2 各部分产品直径

产品所在位置旋风分离器出料口干燥室出料口

27.603 33.777

直径/um

40.507 36.243

平均值/um 34.055 35.010

由表1和表2可以得出，在旋风分离器出料口的奶粉颗粒直径略小于干燥室出料口的奶粉颗粒直径,含水率也比干燥室出料口中的要低。

由电镜观察可以看出，得到的奶粉颗粒表明都有一层暗色的硬壳，形成原因为，干燥时表面温度过高，而内部温度较低，表面水分蒸发速度大于物料内部水分向表面扩散的速度，形成由内部指向表面的温度梯度，使得水分向着逆温度梯度方向迁移从而导致表面硬化。

（七）分析与讨论

1.产品的形态

牛奶在进行干制前为白色液体，在通过喷雾干燥干制成奶粉后呈淡黄色，可能由于在干制过程中发生了美拉德反应，使得奶粉的颜色发生变化。奶粉均呈现颗粒状，没有粘结的现象发生，可能由于进行喷雾干燥的牛奶较少，所以都呈现点颗粒状。

2.产品的含水量

收集的时间(奶粉曝于空气中的时间)、干燥的时间、环境空气的水分含量、干燥温度等都是影响奶粉水分含量的主要的因素。其中，测定的速度会影响到奶粉曝于空气的时间，影响奶粉的含水量。

通过表1比较含水量数据得：收集器>下口。分析可能的原因有：(1)可能由于下口收集的奶粉和收集器收集的奶粉的温度不同，因此含水量有所差别，下口温度较高，产品含水量较低，而收集器收集的产品温度较低，产品含水量较高(2) 测量时先测定的是下口的奶粉的含水量，收集器收集的奶粉置于空气中，水蒸气凝结到颗粒表面，导致奶粉的含水量升高。

查相关资料可知，奶粉的含水量一般为3%-3.5%，一般不超过5%，而在本实验中，奶粉的含水量达到6.5%和6.95%，接近7%，远远高于奶粉的含水量的要求，不利于奶粉的保藏。其中造成奶粉的含水量较高的原因为：(1)收集到的奶粉在空气中暴露了一段时间后再进行含水量的测定，导致奶粉含水量升高。(2)喷雾干燥设备参数如温度设置不对或设备存在误差。

3.产品粒径形态与颗粒直径

查找相关资料可知，奶粉的颗粒大小对冲调性的影响较大。速溶要求乳粉在热水、冷水中都能快速溶解。这要求颗粒具有足够大的直径和粒度分布。速溶乳粉颗粒分布多在 20～60μm，而普通乳20μm以下的颗粒占多数。而相关的实验证明, 平均颗粒直径在30μm,其冲调性能达到 80% , 小于 30μm, 冲调性就差。因此, 对速溶乳粉, 颗粒平均直径要求在30μm 以上, 其中颗粒大部分要求分布30～50μm之间。乳粉颗粒过小, 复水后, 易结团,浮于水面, 影响溶解度。但颗粒大, 相应含水增多, 容重小,体积大。乳粉颗粒大小与原料乳的浓缩程度和干燥方式有关。提高乳的浓度是放大颗粒的关键。

通过比对可以发现，本实验中选取的产品颗粒直径基本处于30-50μm的粒径范围内，但不难发现颗粒的直径之间存在较大差异，这一选取的颗粒以及人为截取直径长度的标准均有关，因此直径的测量与判断存在较大的人为因素干扰。

此外，比较两个位置的粒径得：收集器>下口收集，原因可能有：将奶粉制片时，空气的水蒸气凝结到颗粒表面，导致奶粉的粒径增大。