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1、喷雾干燥技术研究现状及发展趋势姓名：王碌碌学号：2015111103班级：食品科学 21 班喷雾干燥技术的研究现状与展望摘要:喷雾干燥技术应用比较广泛，利用喷雾干燥发制作的奶粉，产品质量高，近年来在果蔬粉加工中的应用研究也较多。本文综述了喷雾干燥技术的发展历程、技术原理、特点、应用，并对今后喷雾干燥技术发展前景做了展望。关键词： 喷雾干燥；技术；应用前景The research situation of spray drying technology and prospectAbstractthe spray drying technology is applied more widely,
2、use the spray drying powder, high product quality, in recent years its application in fruit and vegetable powder processing research more also.This article summarizes the development course of spray drying technology, technology principle, characteristics, applications, and spray drying technology f
3、or the future development prospects were discussed.Key words: spray drying;Technology;The application prospect 喷雾干燥技术已有一百多年的历史, 它在工业上的应用也有近百年的历史。喷雾干燥技术具有干燥速度快、时间短、物料温度低 、易于连续化生产等特点, 适合于热敏性物料的干燥, 在食品干燥中显示出很强的优越性。我国是农业大国, 果蔬、奶的产量很大，但是由于这些物质都不易保藏，因为其自身含有很好的适宜微生物生长繁殖的条件，因此，人们就考虑将它们制成粉末，而且粉末的重量轻，易于携带，还能保
4、持原有水果蔬菜、奶的营养风味以及营养成分, 可以作为配料加工其他食品。果蔬、奶干燥制粉的途径一般有 3 个：一是热烘干燥磨粉；二是真空冷冻升华干燥磨粉；三是喷雾干燥制粉。其中，热烘干燥方法不仅切分成型困难, 还会由于干燥所需温度高 、时间长, 造成色 、香、味和营养成分的损失; 真空冷冻干燥方法虽然能很好保持原料的色、香、味和营养成分，但也会遇到切分成型困难的问题 ,而且所用设备投资昂贵、能耗大、生产能力低、成本高, 很难实现大规模工业化生产；采用喷雾干燥制粉，所用原料为浆状料液, 避免了加工成型困难的问题, 干燥过程是在不高于 100的温度下瞬间完成的 , 一般果品的色、香、味和营养成分可得
5、到较好的保护。所以, 果蔬、奶制粉的最佳方法是喷雾干燥法。1、发展历程喷雾干燥技术的研究早在 19 世纪初期就开始了。最早是LaMont1865 年提出用喷雾干燥法来处理蛋品, 但做出极为重要贡献的是美国的 Sameul Percy 的发明。他在 1872 年题为“干燥操作的改进及通过雾化将液体物料浓缩”的专利中，虽然没有给出附图, 但清楚地论述了喷雾干燥过程的实质。1888 年，巴斯勒第一次使用喷雾干燥技术推广到商业化应用中。1905 年，Stauff 的专利被美国的 Mer-ril-Soul 公司购买后，制造出一种乳制品生产的专用设备。这是当时美国第一个获得成功的喷雾干燥器，用它生产出质量
6、远高于滚筒式干燥器生产的奶粉，说明喷雾干燥能成功地处理热敏性食品。1929 年，从偶然的实践中发现了在喷雾干燥果汁时,异丙醇被保留下来，这种干燥方法可以保留饮料中风味物质的发现，使其在这一领域的应用有广阔的前景。在 20 世纪 20 年代以后, 喷雾干燥开始大量在乳制品工业和洗涤工业中应用 , 乳制品的干燥在 1926年就已经有详细的报道。第二次世界大战的爆发 ,需要大量的脱水食品和各种形式的粉状制品 ,以降低产品重量及运输费用 , 使喷雾干燥的应用更为广泛, 干燥器的容量也变得很大, 从而使喷雾干燥技术得到更加迅速的发展 。我国的喷雾干燥技术起步比较晚 ,但自从 50 年代吉林染料厂引进第一
7、台前苏联的离心盘式喷雾干燥器以来, 我国的喷雾干燥技术发展也很快。在科学技术飞速发展的今天, 新材料将不断涌现 , 喷雾干燥技术的应用范围也随之扩大 ,无论是理论研究还是设备的研究都不能达到终点 ,而且还要不断地进行下去 。2喷雾干燥技术原理及特点2.1 技术原理空气经过滤和加热，进入干燥器顶部空气分配器，热空气呈螺旋状均匀地进入干燥室。料液经塔体顶部的高速离心雾化器，(旋转) 喷雾成极细微的雾状液珠，与热空气并流接触在极短的时间内可干燥为成品。成品连续地由干燥塔底部和旋风分离器中输出，废气由引风机排空。2.2 技术特点喷雾干燥是将原料液用雾化器分散成雾滴, 并用热空气( 或其它气体) 与雾滴
8、直接接触的方式而获得粉粒状产品的一种干燥过程。原料液可以是溶液、乳浊液或悬浮液, 也可以是熔融液或膏状物。干燥产品可以根据需要, 制成粉状、颗粒状、空心球状或团粒状。喷雾干燥技术的主要特点是:1、干燥速度快, 时间短( 约为 3-10s)，可以把初始状态为含固的液体通过特殊设计的雾化器雾化后再与干燥介质接触, 在短时间内完成蒸发干燥而获得干燥的产品，特别适合于热敏性物料的干燥；2、能避免干燥过程中造成粉尘飞扬,可由液体直接得到干燥产品, 无需蒸发、结晶、固液机械分离等操作；3、 产品具有良好的分散性和溶解性, 不经过粉碎也可以在溶剂中迅速溶解； 4、生产过程简单, 操作控制方便。但也有其不可忽
9、视的缺点: 干燥器的体积大；5、传热系数低, 导致热效率低( 约40%以下) , 动力消耗大；6、操作弹性小,易发生沾壁现象。目前我国喷雾干燥技术的应用还存在诸如多问题, 突出表现在以下三个方面:1) 技术开发能力不强。我国从事干燥设备技术开发的企业较少, 设备加工精度也较低, 干燥塔内壁表面过于粗糙, 挂粉比较严重, 并且没有较好的振动装置, 使粉末在塔内停留时间较长。2) 自动化控制程度低。密闭循环系统的控制点包括进料浓度/速度、进风速度/温度、系统压力、各部件压差、气体纯度检测等等,由于设备控制点较多地采用手动控制, 因此控制精度较低, 进而影响喷雾干燥技术的使用。3) 进风温度低。我国
10、很多企业的规模普遍较小, 中小型锅炉的工作压力偏低, 干燥塔排风过滤系统存在缺陷, 再加上观念认识上的一些问题, 因而进风温度较低。由于以上不足, 致使喷雾干燥技术在食品、洗涤剂、肥料、合成树脂等各个工业领域的应用受到了限制。三、喷雾干燥技术的研究进展喷雾干燥可以归纳为下列4个组成部分：即料液的输送和雾化, 干燥介质的加热, 干燥介质和雾滴的接触干燥, 以及干燥产品从气体介质中的分离。因此,喷雾干燥的研究也从干燥介质、雾化、气液接触干燥、产品分离和产品的性质控制等方面展开。3.1 喷雾干燥系统3.1.1 新型雾化器的研究喷雾干燥的核心部件是液体的雾化装置, 简称雾化器。常用的有离心式雾化器、压
11、力式雾化器和气流式雾化器, 而气流式雾化器针对不同的料液特性又分为二流体雾化器和三流体雾化器。上述雾化器的研究已有很多, 在此不再赘述。中国在20 世纪引进吸收消化国外雾化器技术的基础上, 形成了具有自主知识产权的雾化器的设计能力, 现在国内不少厂家可以制造不同规格离心式雾化器, 单台雾化能力从每小时数kg 到10t, 特别要提的是: 无锡市林洲干燥机厂在2005 年推出了目前国内单台雾化能力最大的离心式雾化器, 单机每小时雾化能力达45t, 并已经在化工行业得到了运用和验证。3.1.2 喷雾干燥系统的设计喷雾干燥设备是一种得到市场广泛使用的装置, 因此, 它的设计准则都是商业秘密, 通常很少
12、见到研究报道。中国过去的设计很大程度上依靠从国外引进的设备中消化吸收相关的经验。3.1.3 喷雾干燥的数学模型由于喷雾干燥涉及复杂的气液两相间的传热传质过程, 在干燥塔内直接进行测量是极其困难的, 而大型工业化装置又无法直接制作一台供试验用, 因此目前喷雾干燥装置的设计大多依据小型装置的实验结果进行小试放大, 而且往往掺以设计人员的经验, 使得实际设计出来的喷雾干燥装置总有这样那样的问题。近年来, 随着计算机技术的不断提高和软件业的发展, 使得对于喷雾干燥进行数学模拟变得可能和可行, 在国际范围研究人员已经取得了不少成果。3.2 节能-组合干燥随着全球的能源紧张, 高能耗的化工单元操作越来越受
13、到各国的关注。喷雾干燥的热效率只有40%-60%, 几乎有一半的热量被浪费了，所以如何提高喷雾干燥的热效率也是各国专家研究的热点课题。目前国际上公认的一种办法是组合式的干燥方式, 例如喷雾干燥+内部流化床的二级组合干燥, 以及喷雾干燥+内部流化床干燥+ 外部流化床干燥的三级组合干燥方式。3.3 新型派生的喷雾干燥3.3.1 喷雾冷冻干燥常规喷雾干燥采用有一定温度的干燥介质来完成整个蒸发干燥过程。但是, 考虑到干燥所处理的物料特性, 例如医药、生化产品等, 它们都有大量的生物活性成分, 无法承受高温介质环境 , 为此, 大多数产品会直接选择真空冷冻干燥。但冷冻干燥存在着能耗高、操作时间长、需要二
14、次处理产品等不足。近年来, 国外研究人员开始把喷雾干燥和冷冻干燥结合起来, 从而形成了新的干燥技术, 即喷雾冷冻干燥技术。3.3.2 过热蒸汽喷雾干燥喷雾干燥通常采用环境空气作为干燥介质。但对于特殊的物料, 如含有乙醇、丙酮等有机溶剂的物料, 一般会选择闭式循环的喷雾干燥系统, 此时系统中一般直接采用氮气保护。当然, 能够直接选用环境空气是个不错的选择, 但是, 当很多喷雾干燥的用户有自备的电厂产生废过热蒸汽时, 如果仍然采用过热蒸汽换热产生热空气, 那将是一种对能源的浪费。过热蒸汽在食品、化工产品的加工中得到了运用。用过热蒸汽干燥主要有如下的优势:a、与传统的热空气或者烟道气相比, 改用过热
15、蒸汽可以节能50%-80%；b、用了过热蒸汽, 系统中没有氧气, 减少了可能存在的燃烧、爆炸危险。4、喷雾干燥技术的应用喷雾干燥技术已有一百多年的历史。自1865年喷雾干燥最早用于蛋品处理以来, 这种由液态经雾化和干燥在极短时间直接变为固体粉末的过程, 已经取得了长足的进步。它使许多有价值但不易保存的物料得以大大延长保质期, 使一些物料便于包装、使用和运输, 同时也简化了一些物料的加工工艺。由于喷雾干燥具有“瞬时干燥”、“干燥产品质量好”、“干燥过程简单”等特点, 明显优于其它干燥方式, 到20 世纪三四十年代, 该技术已经被广泛地应用于乳制品、洗涤剂、脱水食品以及化肥、染料、水泥的生产, 目
16、前常见的速溶咖啡、奶粉、方便食品汤料等就是由喷雾干燥得到的产品。我国最早将喷雾干燥用于工业化规模生产的是乳品行业, 之后是洗涤剂和染料行业等, 目前应用已十分广泛, 遍及了以上所涉及的所有行业,尤其在陶瓷和制药行业喷雾干燥的应用更为普遍。五、展望综上所述, 无论是学术界还是企业界, 对喷雾干燥的研究、开发和完善依然有很长的路要走。根据最近几年各国的研究动态, 我们可以看出以下几个方面值得考虑:(l) 企业界需要继续投人力量进行新型雾化器的研究开发, 以适应市场对于干燥产品的特殊需求。(2) 喷雾干燥的设计除了依靠设计人员的本身经验外, 还需要进一步总结过去的设计经验和教训, 来完善喷雾干燥的设计理论, 提高设计的准确度。(3) 考虑到喷雾干燥的低热效率, 喷雾干燥的节能技术研究尚需要我们的研究人员继续努力。现在已经出现了喷雾干燥+ 流化床干燥的多级干燥模式, 似可以进一步考虑喷雾干燥+ 微波或者干燥塔内加热式的喷雾干燥等。(4) 新型喷雾干燥技术的研究和开发, 例如喷雾冷冻干燥、过热蒸汽喷雾
