设备管理_喷雾干燥设备

第八章喷雾干燥设备 第一节概述 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 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 三 物料中水分的分类 1 平衡水分与自由水分在一定干燥条件下 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为自由水分 故物料中的总水分 平衡水分 自由水分 2 结合水分与非结合水分物料的总水分 结合水分 非结合水分 借化学力或物理化学力与固体物料相结合的水分称为结合水分 四 对流干燥过程 对流干燥过程的特点 1 对流干燥过程是气固两相间进行的热和质同时反向的传递过程 在一般情况下 这种质量传递属于单组分单向传递 2 只要气流中的水汽分压Pw低于湿物料表面所产生的水汽分压Ps 即 P Ps Pw 0 干燥过程就可以继续进行下去 显然 P越大 干燥过程进行得越快 这是干燥过程得以进行的必要条件 3 作为干燥介质的热空气 既是载热体 又是载湿体 4 湿物料的升温与水分汽化所需吸收的热量是由干燥介质的温度降低而提供的 它通过气固两相间的温差传递给湿物料 与此同时 固体湿物料表面和干燥介质中水汽分压都将变化 因此 热量传递与质量传递不仅是同时进行的 又是相互制约的 5 既然对流干燥过程是干燥介质 一般为热空气 与湿物料之间相互作用的结果 就有必要了解空气和湿物料在干燥过程中的有关性质及其对过程的影响 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 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 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 六 干燥设备的新发展 1 大型的自动化的设备普遍使用 2 提高热效率 节约能源 3 先进的附聚技术在干燥过程中的应用 4 奶粉的全自动枕式包装的应用 第二节喷雾干燥系统分析 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 一 空气过滤器 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 1 捕集效率 2 压力损失 3 集尘容量 4 操作难易 5 设备费 运输费 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 三 风机 引风机风机排风机 选择风机考虑因素 根据喷雾干燥设备蒸发水分的能力来确定风量 进风机应考虑增加10 20 的风量 排风机应增加15 30 的风量 一般情况下 排风机的风量较进风机风量大20 40 排风机的风量较进风机的风量大的原因 1 计算进风机风量时以新鲜空气的温度计 而排风机是以排风温度计 温度升高体积增大 排风量增大 2 排出的废气中不仅有进入的风 而且还有蒸发的水蒸气需要排出 3 另外 还需要保证塔内具有一定的负压 四 空气加热器 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 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 分离效率高 提高产品得率 减少损耗 减少环境的污染 2 分离器内壁应非常光滑 减少流动阻力 粉末不至粘壁 3 因各地区各车间气温不同 温度太低时 旋风分离器外壁应保温 4 尽可能减少旋风分离器的个数 5 从结构上看 易于拆装 清理方便 密闭性好 6 卸粉装置简单 影响旋风分离器分离效率的因素 1 颗粒的大小2 气流的速度3 设备的制造精度4 旋风分离器结构5 旋风分离器的密封性 二 布袋过滤器 七 流化床 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 二 流化床干燥的特点 1 物料与干燥介质接触面大 搅拌激烈 表面更新机会多 热容量大 传热效果好 设备利用率高 可实现小规模设备大生产 2 干燥速度大 物料在设备内停留时间短 适宜对热敏性物料的干燥 3 物料在干燥室内的停留时间可由出料口控制 故容易控制制品的含水量 4 装置简单 设备造价低廉 5 密封性能好 机械运转部分不直接接触物料 对卫生要求较高的食品干燥十分有利 6 对干燥物料的颗粒粒度有一定的限制 一般要求颗粒为不小于30 m 而又不大于4 6mm 限制了使用范围 7 对易结块物料因容易产生与设备壁间粘结而不适用 八 鼓形阀 旋转阀 特点 1 能连续排料和供料 基本上能定量供料 调节转速能改变供料量 对于粒状物料在排料或供料中不易破碎 2 适用于高温物料的排料或供料 具有一定的气密性 适用有压差的设备排料 3 设备结构简单 运转准确方便 九 热风分布器 一 直线运动分风型式 压力喷雾 二 螺旋分风型式 离心喷雾 第三节压力喷雾干燥设备 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 一 主要技术参数蒸发量 kg h 1350物料处理量 kg h 1673 713 浓奶45 50 蒸汽耗量 kg h 1850 包括流化床 雾化形式压力喷雾工作压力 MPa0 8进风温度 160 排风温度 85 90 干燥塔有效体积 m367塔内负压 Pa100 200 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 20 m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 雾化状态与液滴的大小取决于雾化器的结构 喷雾压力 浓乳的物理性质 浓度 粘度 表面张力等 1 当喷嘴的喷孔不圆或有豁口时 则雾化不良 2 当喷雾压力增大时雾滴变小 反之喷雾压力降低时雾滴增大 3 当喷嘴孔径和喷雾压力不变时 若浓乳浓度降低 则雾滴粒度小 若浓乳浓度大 粘度高 则雾滴粒度大 4 当喷嘴孔径小 导乳沟槽窄而浅 浓乳浓度低 喷雾压力高时 喷雾角度大 雾滴粒度小 反之 喷雾角度小 雾滴粒度大 二 工艺流程 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 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 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 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 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干燥室3振动流化床4带加热器的风机 用于流化床的空气 5风机 用于流化床的周围冷却空气 6风机 用于流化床的脱湿冷却空气 7振动筛 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 1 无振动旋转 2 具有比重力大的离心力 高速旋转 3 供液量一定 4 平滑的叶片平面 5 均匀湿润的叶片面 离心喷雾影响液滴大小的因素 1 转速对液滴大小的影响转速增大 液滴变小 反之转速降低 液滴变大 2 供料量与液滴大小的关系在旋转速度一定的情况下 液滴大小与供料量成正比 3 物料浓度与液滴大小的关系物料浓度与液滴大小成正比 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 二 工艺流程 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 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 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 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要点 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 二 开车 1 将干燥塔所有的门洞全部关闭 启动进 排风机 调整进 排风量 使干燥室内负压维持在98 196Pa的负压 开启流化床等部件 2 供汽加热 缓慢的开启蒸汽阀向空气加热器供汽 待冷凝水排净后 关闭旁通阀使蒸汽通过冷凝器阀门排出冷凝水 使蒸汽压稳定在要求的数值上 热空气进入干燥室及系统后需要在95 的条件下保持10分钟 进行预杀菌 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 三 运行中的操作 1 运行过程中必须保持进 排风温度稳定 浓奶的温度及浓度的稳定 雾化状态良好 一般是采用保持排风温度稳定 对其他方面进行调解的操作 2 严格执行卫生制度 避免外来细菌的污染 3 防止出现断乳或其他突然的故障 如断水 电 汽或其他故障 避免造成质量问题 四 停车 1 停止高压泵或乳泵 2 关闭主蒸汽阀门 3 停进排风机 4 打开干燥室门扫粉 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 料液雾化不均匀 喷出的粒子太大解决措施1 1 提高离心机转速2 提高高压泵压力3 发现喷嘴有线流时应及时更换原因分析2 进料量太大解决措施2 适当改变进料量原因分析3 排出空废气的相对湿度太高解决措施3 提高进风温度 相应的提高排风温度 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 空气过滤器的效果差解决措施1 提高空气过滤效率 及时清洗或更换过滤器原因分析2 生产中焦粉混入产品 解决措施2 1 检查热风入口处焦粉情况 调整气流速度 克服涡流2 在热风分配器出口周边采用水冷或气冷夹套原因分析3 料液杂质度高解决措施3 喷雾前将料液过滤原因分析4 设备不清洁解决措施4 清洗设备 问题七 产品粉粒太细 问题八 产品得率低 跑粉