第八章物料干燥设备

第八章物料干燥设备第八章物料干燥设备第一节概述第二节通风干燥设备第三节喷雾干燥设备第四节升华干燥设备第一节概述一、干燥过程二、干燥器的分类一、干燥过程当物料受热干燥时，相继发生以下两个过程：热量从周围环境传递至物料表面使其表面水分蒸发，称为表面汽化；同时物料内部水分传递到物料表面，称为内部扩散。物料中的水分干燥时先通过内部扩散达到物料表面，然后通过表面汽化被周围环境带走，从而除去物料中部分水分。干燥过程中水分的内部扩散和外部表面汽化是同时进行的，在不同阶段其速率不同，而整个干燥过程由两个过程中较慢的一个阶段控制。二、干燥器的分类1.按操作压力分①常压式干燥器②真空式干燥器2.按操作方式分①间歇操作②连续操作3.按被干燥物料的形态分①块状物料干燥器②带状物料干燥器③粒状物料干燥器④膏状物料干燥器⑤溶液或浆状物料干燥器4.按供给物料热量的方法分①传导加热干燥器②对流加热干燥器③辐射加热干燥器④高频加热干燥器5.按使用干燥介质种类分①空气干燥介质干燥器②烟道气干燥介质干燥器③过热水蒸汽干燥介质干燥器④惰性气体干燥介质干燥器6.按干燥器结构分①喷雾干燥器②流化床干燥器③气流干燥器④回转圆筒干燥器⑤滚筒干燥器⑥真空耙式干燥器⑦各种箱式和带式干燥器7.按干燥器的干燥过程分①绝热干燥过程②非绝热干燥过程第二节通风干燥设备通风干燥设备为传统的干燥设备，适用于块状、片状、颗粒状等食品物料的干燥，是在常压或真空状态下，利用热风除去物料中的水分。一、厢式干燥机二、带式干燥机三、流化床干燥器一、厢式干燥机厢式干燥机是一种间歇式对流干燥机，整体呈封闭的箱体结构，又称为烘箱，可单机操作，也可多台串成隧道式干燥机，适合批量不大的水果、蔬菜等多种食品物料的干燥。主要由箱体、料盘、保温层、加热器、风机等组成。保温层材料为耐火、耐潮的材料，如层压板、硬纤维、石棉等。加热器有电热、翅片式水蒸气排管和煤气加热等。风机为轴流式或离心式风机。二、带式干燥机带式干燥机是一种将物料置于输送带上，在随带运动通过隧道过程中与热风接触而干燥的设备。一般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.单级带式干燥机单级带式干燥机一般由一个循环输送带、两个以上空气加热器、多台风机和传动变速装置等组成。2.多级带式干燥机3.多层带式干燥机三、流化床干燥器流化床干燥器又称沸腾床干燥器，是近年发展起来的一种新型干燥器。流化床指在一个设备中，将颗粒物料堆放在分布板上，当气流由设备下部通入床层，随着气流速度加大到某种程度，固体颗粒在床内就会产生沸腾状态，这种床层就称为流化床。采用这种方法进行物料的干燥则称为流化床干燥。

1.流化过程（1）固定床当湿物料进入干燥器，落在干燥室底部的多孔金属板上，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，是流化过程的第一阶段。（2）流化床当增大通入的气流速度，物料颗粒被吹起而悬浮在气流中，此为流化过程第二阶段——流化床。（3）气流输送当气流速度继续增大，大于固体颗粒的沉降速度时，固体颗粒则被气流带走，此为流化过程第三阶段——气流输送。2.流化床干燥器中的气流分布装置主要有分布板和预分布器(1)分布板用于将送入的气流分散并均匀地分配到床层，同时支撑物料，防止漏下造成损失。常用的分布板有直流式、风帽侧流式等。直流式分布板气流方向正对床层，易产生小沟流，也易堵塞，停车时易产生泄漏现象。

风帽侧流式，气体呈水平方向流出，消除死床，且起始流化条件好，气孔不易堵塞和泄漏。但风帽结构复杂，不易制造。

（2）气流预分布器设置气体预分布器的作用是避免气流直冲分布板产生局部流速过高，通过它把进入流化床的气体先分布一次，使其均匀进入流化床。3.典型流化床干燥器按结构形式分为立式和卧式及单层型、多层型和多室型等种类。（1）单层流化床干燥器单层流化床干燥器一般用于床层颗粒静止高度较低（300~400mm）情况下，适宜处理较易干燥或要求不严格的湿粒状物料。单层流化床干燥器的缺点是干燥后的产品湿度不均匀。针对这个缺点，出现了多层流化床干燥器。流化床干燥器均由空气过滤器、鼓风机、电加热器、料斗、送料装置、出料装置、干燥器、粉粒回收装置组成，最大区别是干燥器。（2）多层流化床干燥器整体为塔形结构，内设多层孔板。下图为一多层溢流管式流化床干燥器流程图：为防止堵塞或气体穿孔而造成下料不稳定，破坏流化床，设有流量控制装置。（3）穿流板式流化床干燥器物料直接从筛孔板由上而下流动，气体则通过筛由下而上运动，在每块板上形成沸腾床。这种干燥器结构简单，但操作控制要求严格。物料通过筛孔板靠自重下落。

（4）喷动床干燥器为间歇操作型，由喷动床、鼓风机、空气加热器、旋风分离器等组成。（5）脉冲流化床干燥器具有一定压力的热空气间歇导入，对物料形成冲击，使物料形成一种间歇的流化状态，气体与物料间进行传热传质，如此循环，使物料干燥。脉冲流化床适用于不易干燥或有特殊要求的物料。

（6）卧式多室流化床干燥器干燥器为一长方形箱体，在长度方向用垂直挡板将器内分隔成多室，一般4~8室，底部为多孔筛板。筛板与挡板下沿有一定的间隙。以挡板分隔成的小室，其下部均有一进气支管，支管上有调节气体流量的阀门。

湿颗粒由加料器加入干燥器的第一小室中，由小室下部的支管供给热风进行流化干燥，然后依次进入其他小室进行干燥，干燥后卸出。下部支管的热空气流量及温度可以控制。(7)振动流化床干燥器由分配段、流化段和筛选段三部分组成。在分配段和筛选段下部均有热空气。振动流化床干燥器也可用于物料的冷却。第三节喷雾干燥设备

一、喷雾干燥原理二、喷雾干燥设备的主要构成三、典型喷雾干燥流程与设备一、喷雾干燥原理喷雾干燥利用雾化器将溶液、乳浊液、悬浮液或膏状料液分裂成细小雾状液滴，在其下落过程中，与热气体（空气、氮气或过热水蒸气）接触进行传热传质，瞬间将大部分水分除去而成为粉末状或颗粒状的产品。喷雾干燥在食品工业上应用广泛，如用于奶粉、蛋粉、果汁粉、速溶咖啡、速溶茶及制备微胶囊制品等产品的生产。喷雾干燥过程：在干燥塔顶部导入热风，同时将料液泵送至塔顶，经过喷雾器喷成雾状的液滴，与高温热风接触后水分迅速蒸发，在极短的时间内便成为干燥产品，从干燥塔底部排出。热风与液滴接触后温度显著降低，湿度增大，它作为废气由排风机抽出，废气中夹带的微粉用分离装置回收。

二、喷雾干燥设备的主要构成喷雾干燥设备主要包括原料液供给系统、空气加热系统、干燥系统、气固分离系统及控制系统。干燥系统是喷雾干燥设备的关键，包括雾化器、干燥室等，雾化器使料液分裂成雾滴，干燥室是料液与空气进行传热传质的重要场所。1.雾化器2.干燥室3.热风分配器1.雾化器雾化器是喷雾干燥的关键部件，雾化后液滴的大小和均匀程度对喷雾干燥的产品质量有重要影响。雾滴平均直径一般为20~60um。喷雾干燥中使用的雾化器分为压力式、离心式和气流式，每一类型的雾化器有不同的结构形式、特点，可以处理不同性质的物料，满足干制品的不同性质要求。（1）压力式雾化器（2）离心式雾化器（3）气流式雾化器（1）压力式雾化器利用高压泵使料液获得很高压力（7~20MPa），从切线方向进入喷嘴的旋转室，液体的部分静压能转化为动压能，使液体产生强烈的旋转运动。越靠近旋转室轴心，旋转速度越大，静压强越小，则料液形成绕空气中心旋转的环形薄膜，液体的静压能在喷嘴处转变为向前运动的液膜的动能，从喷嘴喷出。然后，液膜伸长变薄，并拉成细丝，并由于突然失压而分裂成雾滴。

（1）压力式雾化器M型喷雾器也称旋转型压力喷雾器，这种结构在孔板下，形成一旋转室，料液自水平方向沿切线进入，液流产生漩涡，喷雾呈中空锥体。S型喷雾器也称离心型压力喷雾器，其结构特点是在喷嘴上装一芯子，其上导沟的轴线与水平面成一定角度，以增强料液的湍流度，提高雾化效果。压力喷雾干燥器的特点：优点：1.结构简单，操作时无噪音，制造成本低，维修、更换方便，动力消耗较小；2.改变了喷嘴的内部结构，容易得到所需要的喷矩形状。3.大规模生产时可以采用多喷嘴喷雾。缺点：1.生产过程中流量无法调节；2.喷孔在1mm以下的喷嘴易堵塞；3.不适宜用于粘度高的胶状料液及有固相分界面的悬浊液的喷雾；4.喷嘴易磨损，需经常更换。

（2）离心式雾化器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，使其高速甩出，形成薄膜、细丝或液滴，同时又受到周围空气的摩擦、阻碍与撕裂等作用使之形成细雾。离心式雾化器使液体在流经高速旋转盘内腔或表面时因获得离心力而被雾化，由于它对物料的适应性强、喷射速度高及调节方便等，应用十分广泛。当料液被送至高速旋转圆盘上后，在自身惯性力、离心力和重力作用下得到加速而分离雾化，其中离心力远大于重力的，称为离心雾化；液体和周围空气接触面处的摩擦力促使形成液滴的，称为速度雾化。这两种雾化同时存在，随着料液量和雾化器转速的增大，顺序发生直接分裂成液滴、丝状割裂成液滴和膜状分裂成液滴三种雾化形式。离心式雾化器按结构可分为光滑盘和叶片盘两大类。

离心喷雾干燥器的特点：优点：①料液通道大，不易堵塞；②对料液的适应性强，高粘度、高浓度的料液均可；③操作弹性大，进液量变化±25%时，对产品质量无大影响。缺点：①结构复杂、造价高；②动力消耗比压力式大；③只适于顺流立式喷雾干燥设备。

（3）气流式雾化器气流喷雾又称二流体喷雾，它是利用蒸汽或压缩空气的高速运动（一般为200~300m/s），与料液在喷嘴出口处相遇而产生液膜分裂并雾化。由于料液速度不大，而气流速度很高，两种流体存在着相当高的相对速度，液膜被拉成丝状，然后分裂成细小的雾滴。雾滴的大小取决于相对速度和料液的粘度，相对速度越高，雾滴越细，粘度越大，雾滴增大。气流喷雾由于动力消耗较大，经济上不合理，应用范围较小，主要用于实验用喷雾干燥器。

2.干燥室干燥室是喷雾干燥的主体设备，雾化后的液滴在干燥室内与干燥介质相互接触进行传质传热达到干制品的水分要求。其内部装有雾化器、热风分配器及出料装置等，并开有进、排气口、出料口及人孔、视孔、灯孔等。喷雾干燥室分为厢式和塔式两大类，塔式干燥室是常用的干燥室形式。塔式干燥室常称为干燥塔，干燥塔的底部有锥形底、平底和斜底三种。干燥室的直径应保证雾滴不致碰到内壁，避免发生粘壁现象。喷雾干燥室内热空气与雾滴的流动方向可分为并流、逆流和混合流三类。（1）并流并流型的特点是在喷雾干燥室内，溶液雾滴与热风的运行路线一致，可以采用较高的进风温度来干燥而不影响产品质量。使用压力或离心喷雾均可。目前奶粉、蛋粉、果汁粉等食品生产中，大多采用并流操作。

（2）逆流在喷雾干燥室内，雾滴与热风的运动方向相反。不适合热敏性物料的干燥。

（3）混合流雾滴与热风的运动方向呈不规则的状况，即两者方向不一致，也不相反，其干燥性能介于并流和逆流之间。

3.热风分配器热风分配器应能够使热风均匀地与液滴接触，防止气流在塔内形成涡流以避免或尽量减少粘壁现象，或迫使热风在塔内按需要做直线或螺旋线状流动。根据热风流入干燥塔内的轨迹，热风分配器有直流型和螺旋型。直流型热风分配器形成的热风呈与干燥塔轴线平行的直线流动，热风流动速度均匀，所用热风分配器一般为平面孔板和直导板结构，开孔率20~40%，气流速度在0.4m/s以下。这种热风气流使得物料粘壁现象不易发生，但为保证足够的干燥时间，要求干燥塔高度较大。螺旋型热风分配器形成的热风呈螺旋线流动，干燥时间较长，干燥塔高度较低。热风可从干燥塔侧壁切向引入，也可经塔顶的螺旋型热风分配器引入。在离心喷雾中，大多数采用设置于塔顶的螺旋型热风分配器，雾滴也呈螺旋线流动。三、典型喷雾干燥流程与设备进料至出粉进风至排风冷却沸腾床的进风至排风细粉回收系统控制系统进料至出粉进风至排风冷却沸腾床的进风至排风细粉回收系统控制系统第四节冷冻干燥设备冷冻干燥是利用冰晶升华的原理，在高真空的环境下，将已冻结了的食品物料的水分不经过冰的融化直接从固态升华为气态，而使食品干燥的方法。所以又称为真空冷冻干燥或升华干燥。一、冷冻干燥的原理二、冷冻干燥装置1.冷冻干燥装置的主要组成（1）冷冻干燥室（2）冷凝器（3）真空系统（4）制冷系统和加热系统（5）控制系统（1）冷冻干燥室要求能制冷（≤-40℃），能加热（50℃左右），也能抽真空，相应地其内设置感温探头，并有抽真空管道与室内相通，为放置物料设置数层搁板，搁板内可设加热装置。（2）冷凝器其作用是冷凝从冷冻干燥室内排出的大量蒸汽，降低室内蒸汽压力，相应地要求有较大的内表面积，并能制冷到-40~-80℃，并设除霜装置。（3）真空系统真空系统由冷冻干燥室、冷凝器、真空