许学勤-食品工厂机械与设备-第八章-干燥机械与设备

喷雾干燥器
喷雾干燥是比较新 型的干燥，目前应 用也比较广泛。比 如奶粉，豆浆晶、 各种中药冲剂，都 是使用喷雾干燥器， 由水剂制成粉粒状 产品的。
喷雾干燥的优缺点
• （1）采用喷雾干燥，不需要粉碎、分级等操 作，直接制成粉末产品，简化了工序，节 省 了设备。
• （2）适合于处理热敏性物料：物料微粒化后， 表面积增大，干燥迅速（几秒到十几秒）， 防止物料过热变质。
• 这时，由于蒸发速度快，液滴膨胀甚至破裂， 因此并流操作时所得产品常为非球形的多孔 颗粒，具有较低的视密度。
• 在食品工业中，如牛奶，果汁，鸡蛋液物料 的干燥，绝大多数采用并流喷雾干燥。
2.逆流型
• 在喷雾干燥器内，热风与液滴呈 反方向流动。
• 特点：高温热风进入干燥器内首 先与要干燥的粒子接触，使内部 水分含量达到较低的程度，物料 在干燥器内悬浮时间长.
• （３）制品的溶解性和流动性好：雾滴与 热风接触，水分蒸发极快，可以形成中空 球状或疏松团粒状的粉体，制品有良好的 冲调性和流动性。
• （４）容易改变操作条件，控制或调节产 品的质量指标、改变原料的浓度、热风温 度等喷雾条件，可获得不同水分和粒度的 产品。
• （５）可以满足对产品的各种要求：增加 某些措施或运用操作上的灵活性，能制成 不同形状（球形、粉末、疏松团粒）、性 质（流动性、速溶性）、色、香、味的 产 品。
干燥机械与设备
第八章
干燥从物体中除去水分的操作
干燥示意图
目的：防止变质，便于贮存运输，加工出不同风味。
• 干燥过程有两个过程控制。 • 表面汽化：热量从周围环境传递至物料表面使
其表面水分蒸发。
• 内部扩散：物料内部水分传递到物料表面。
• 表面汽化控制：表面汽化速率小于内部扩散速 率时此干燥过程受表面汽化控制。
膏状物料、溶液火浆状物料
• 供给物料热量的方法：传导加热干燥器、 辐射加热干燥器、高频加热干燥器
• 使用干燥介质的种类：空气、烟道气、 过热水蒸气、惰性气体干燥介质
• 结构：喷雾干燥器、流化床干燥器、气 流干燥器、回转干燥器、圆筒干燥器、 滚筒干燥器、真空干燥器、各种箱式和 带式干燥器等。
• 传统干燥设备
• 气流式的动力消耗最大，每㎏料液约需0.40.8㎏压缩空气。但其结构简单容易制造，适 用于任何粘度或稍有固体的料液。
• 离心式的动力消耗介于上述两种之间，适 用于高粘度或带有固体的料液，而且转盘 雾化操作弹性宽，可在设计生产能力的 ±25％范围内调节产量，而不影响产品的 质量。
• 其缺点是机械加工要求高，制造费用大， 雾滴较粗，喷嘴较大。因此，塔的直径也 相应的比其他的喷雾器的塔大的多。
• 逆流过程中，平均温度差和分压差较大，停 留时间较长，有利于传质和传热，热的利用 率也高。
3.混合型
• 气流从上向下（有一个 方向），雾滴有两个方 向（从下向上，从上向 下）。
• 特点：气流与产品较充 分接触，并起骚动，脱 水效率较高，耗热量较 少。但产品有时与湿的 热空气流接触，故干燥 不均匀。
• ①离心盘必须无震动运转； • ②转盘速度要高； • ③转盘上的叶片的沟槽表面必须平滑； • ④转盘上叶片表面完全为料液所润湿； • ⑤进料量要稳定而且均匀 • 总之，液滴大小和喷雾的均匀性，与
物料的性质、处理量、盘的结构、转速等 有密切关系。
喷雾干燥的附属装置
(一) 气粉分离装置： 1、布袋过滤器
• 指粉状或颗粒状物料呈沸腾状态被通入 的气流干燥。这种沸腾料层称为流化床， 采用这种方法干燥物料的设备，称为流 化床干燥设备。
• 特点 • 接触面积大，热传导效果好。
• 干燥速度快，适用于热敏性食品物料。
• 结构简单、造价低廉
流化过程
• （1）固定床 湿物料进入干燥器，落在 干燥器底部多孔金属板上，因气流速度 较低，使物料与孔板间不发生相对位移， 称为固定床状态，此为第一阶段。
(二)离心式喷雾器
原理：利用在水平方向做高速旋转的圆盘，给浓 料以离心力，将其成薄膜状甩出，受到空 气的撕扯，变成细丝、雾状液滴喷入干燥 室，与热空气直接接触，其表面水分迅速 蒸发，在很短的时间内完成干燥。
1.离心喷雾盘的结构
• 周边有喷嘴、叶片、 沟槽。
• 离心喷雾盘的型式很 多。常见的有喷枪式 和圆盘式两大类。
• 3、离心室喷雾器 利用高速旋转（75-150m/s圆周速度）的圆盘， 使液体受离心力的作用而分散成雾滴。
三种雾化方法各有其优缺点
• 压力喷雾器（机械式）适用于一般粘度的料 液，动力消耗最少，大约每吨溶液所需耗能 为4-10kw.h，其缺点是必须要有高压泵，喷 嘴小易堵塞，操作弹性小，调节范围窄。
• 内部扩散控制：表面汽化速率大于内部扩散速 率，此干燥过程受内部扩散控制。
干燥分类
• 1、自然干燥 • 2、人工干燥：机械干燥、热风干燥、真空
干燥、冷冻干燥、介质接触 干燥、辐射干燥。
干燥器分类
• 操作压力：常压式、真空式 • 操作方式：间歇操作、连续操作 • 物料形态：块状物料、带状物料、粒状物料、
（２） 由于气固相对激烈地运动，热传递迅速，处理 能力大；温度分布均匀，且易调和控制。
（３）物料受热时间的调节范围大，可使产品的终水 分达较低程度。
（４）所用设备结构简单，造价低廉，运转稳定，操 作维修方便。
流化床干燥机的类型、组成和特点
• 按结构形式分为单层型、多层型、多室 型。立式和卧式。按附加装置分有带振 动器和间接加热器的。按作业方式分为 连续式和间歇式。
喷雾干燥
• 利用不同的喷雾器，将需干燥的物料喷成 雾 状，形成具有较大的表面积的分散微粒 （10- 200um），同热空气发生热交换，在 几秒至 几十秒内获得干燥。
• 如：与高温400-500℃的热风接触需0.010.04 秒内就完成干燥。成品以粉末状态沉 降于干 燥器的底部排出。
喷雾干燥对设备的要求
喷雾干燥室中热风与雾滴的运动形式
• 并流，逆流和混合型三种 • 1.并流：在喷雾干燥室内，液滴与热风呈
同方向流动.
• 在并流系统中，最热的干燥空气与水分 含量最大的液滴接触，因而迅速蒸发， 液滴表面温度接近于空气的湿球温度， 同时空气的温度也随着降低，因此，从 液滴到干燥成品的整个过程中，物料的 温度不高，这对于热性物料的干燥是特 别有利的。
(1)热辐射率高 使用远红外线加热食品有 着较高的热辐射率。
(2)热损失小 辐射加热不存在传热界面， 远红外线直接辐射到被加热物体的表面， 远红外线在空气中传播时的损失很小，即 传热损失小。
• 在工业生产条件下，大多采用高速转盘和 大流量操作，所以雾化主要是速度雾化 。
• 速度雾化所得喷雾具有很宽的滴径分布， 为了提高喷雾的均匀性，可在低液量的 情况下，提高转盘的速度。在喷雾干燥 的操作条件下，想利用调节料液粘度和 表面张力来获得均匀的液滴是不可能的。 因此料液量一定时，为了保证液滴的均 匀性，必须注意以下几点：
• 影响箱式干燥机性能主要因素： • （1）风速率 • （2）物料层的间距 • （3）物料层的厚度 • （4）风机的风量
• 是一种将物料置于输送带上，再随带运动 通过隧道过程中与热风接触干燥的设备。
• 由若干个独立的单元段组成，每个单元段 包括循环风机、加热装置、单独或公用的 新鲜空气抽入系统和尾气排出系统，干燥 介质的温度、湿度和循环量等操作参数可 以独立控制，使物料干燥过程达到最优化。
1.食品在干燥过程中，凡与产品性接触的 部 位，必须便于清洗灭菌； 2.应采取措施防止焦粉，防止热空气产生 涡 流与逆流，满足工艺要求； 3.保证热风清洁。 4.为了便于检查生产运行情况，应配置温度 、 压力指示记录仪、灯孔等； 5.具有高回收率的粉尘回收装置；
6.为了提高产品的溶解性、速溶性，干燥的 产 品应迅速从干燥室取出冷却（连续出粉） ； 7.干燥室内温度及排风温度不许超过100℃，它 不仅是保证质量，而且是安全问题（因为气体 中粉浓度达到一定值，温度大于160℃，若遇 闪火，容易产生爆炸）； 8.提高干燥室的热效率，必须使喷雾时料液液 滴和热空气均匀接触，其次，加热器、干燥室、 风管等应予以保温。 9.对于粘性物料应尽量减少粘壁现象。
• 适于含水量高的物料干燥. • 应注意气流速度小于成品粉粒悬
浮速度，以防粉粒被废气夹带。
• 常用于压力喷雾。
• 对于逆流操作系统中，在塔顶，喷出的雾滴 与塔底上来的热空气相接触，因此，蒸发速 度较并流的慢。在塔底，最热的干燥空气与 最干的颗粒接触，物料易过热.
• 若干燥产品能经受高温，需要较高的视密度 时，则用逆流系统最合适。
•构成物质的基本质点是电子、原子或分子， 这些质点即使处于基态都在不停地运动着— 振动或转动。这些运动都有自己的固有频率。 当遇到具有某个频率的红外线辐射时，如果 红外线的频率与基本质点的固有频率相等， 则会发生与振动学中共振运动相似的情况， 质点会吸收红外线并使运动进一步激化，转 换成分子热运动温度升高。
• 喷雾器型式的选择主 要取决于被干燥物料 的性质，如粘度较小 的料液可采用喷枪式 和多叶片式，对粘度 大的料液可采用光滑 盘，如碟式。
2.离心喷雾的雾化机理
• 离心喷雾是利用在水平 方向作高速旋转的圆盘 给予溶液以离心力，使 其以高速甩出，形成薄 膜，由喷雾盘的边缘甩 出同时受空气的摩擦以 及本身表面张力作用而 成细丝或液滴。
• （６）连续作业，处理量大
• （7）设备较庞大，投资费用、动力和 热 能消耗均较大。
• 实现物料雾化的雾化器目前有如下三种： • 1、压力喷雾器（压力喷嘴）
利用高压泵（70-200大气压）强制液体通过 小孔（孔径为0.5-1.5mm）使之分散成雾滴；
• 2、气流式喷雾器 利用压缩空气或过热蒸汽（一般为2.5-6大气 压表压）的高速流动，将溶液分散成雾滴；
• （2）流化床 当增大通入的气体流速， 物料颗粒则吹起悬浮在气流中，此为第 二阶段。