喷雾干燥设备的原理技术

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1、第八章 干燥设备第一节 概述 http:/ 喷雾干燥技术装备一、喷雾干燥原理及特性二、喷雾干燥器的分类 三、雾化器的结构和雾化机理四、喷雾干燥器及系统五、喷雾干燥器的设计与计算第一节 概述l定义：凡是使物料（溶液、悬浮液及浆 液）所含水分由物料向气相转移，从而 变物料为固体制品的操作，统称干燥。l根据这一定义，干燥的含义显然与过滤 、压榨等滤干、榨干以及浓缩均有区别 。http:/ 水分吸收热量才能汽化。物料受热的方式仍然就是三种基本传热方式，即对流、传导和辐射 。因此根据传热方式的不同，干燥分热风干燥 、接触干燥和辐射干燥。l物料中水分的汽化可以在不同的状态下进行， 水分是在液态下汽化的，倘

2、若预先将物料中水 分冻结成冰，而后在极低的压力下，使之直接 升华而转入气相，这种干燥称为冷冻干燥或冷 冻升华干燥。干燥的推动力：水分在气相传递的推动力为物料表面附近的一层气膜的蒸气分压与气相主体中蒸汽分压之 差。由于物料水分汽化是在表面进行，故逐渐形成从物料内部到表面的湿度梯度，此湿度梯度 即为干燥的推动力。温度梯度也可以使物料内部水分传递，称为热传递。水分将从温度高处向低温处转移。 对于任一种干燥方法，上述两梯度均存在于物料内部。干燥的方法l热风干燥-空气干燥法 此法直接以高温的空气作热源，籍对流传热，将热量传 给物料，使水分汽化同时被空气带走。l接触干燥法：此法是间接靠间壁的导热 ，将热量

3、传给与间壁接触的物料。热源 可为水蒸气、热水、燃气、热空气等。l辐射法：此法是利用红外线、远红外线 、微波或介电等能源将热量产给物料。l应用：干燥在国民经济各部门都有着重 要意义。食品工业中干燥操作是一项最 基本的单元操作，对于干燥食品它是一 项主要的单元操作。例如：果蔬的干制 ，奶粉和蛋黄粉的制造，面包饼干的焙 烤和淀粉的制造等等。另外发酵食品， 味精，柠檬酸，酶制剂等等。啤酒生产 中麦芽干燥，制糖生产中砂糖的干燥等 。l目的：食品干燥目的是去除物料中的水 分，减少其体积和重量，便于产品的储 存和运输；可防止微生物在成品中繁殖 。 l干燥通常是产品生产过程中最后一道工 序，因此与产品质量，最

4、终产品有着重 要关系。如果干燥过程控制不好，会使 产品变质而受到损失。食品多为热敏性 物料，在干燥过程中如果控制不好导致 变质，破坏其色、香、味，影响产品质 量。l干燥方法和干燥设备的选择，应根据产 品的特点、产量、经济性等综合考虑。 目前食品产品的干燥广泛采用的是空气 干燥法。l空气干燥设备按工作原理分为：气流干 燥、沸腾干燥和喷雾干燥。l气流干燥：高速热气流将颗粒悬浮于气 流中，一边与热气流并流输送，一边进 行干燥。l沸腾干燥：颗粒呈悬浮状态。l本章主要介绍喷雾干燥设备。 第二节 喷雾干燥技术装备l一.、喷雾干燥原理及特性l二、喷雾干燥器的分类l三、雾化器的结构和雾化机理l四、喷雾干燥器及

5、系统l五、喷雾干燥器的设计与计算l六、喷雾干燥的特点一、喷雾干燥原理及特性l（一）喷雾干燥原理l利用不同的喷雾器（机械），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），同热空气发生强烈的热交换，迅速排除本身的水分，在几秒至几时秒内获 得干燥。l如与高温400-500的热风接触需0.01-0.04秒 内就完成干燥，与100-150的热风接触需1-3秒就完成干燥。成品以粉末状态沉降于干燥器 的底部排出。（二）液滴的干燥特性l在喷雾干燥过程中，即使初速度很高， 但由于液滴很小，其雷诺准数Re一般都 是很低的，约在1/10-1/100范围以内。小 于50m 的液滴，遂

6、以100-150m/s的相 对速度运动，但Re也不超过200。当液滴速度很快衰减到与气流的速度相等时 ，其Re小于2。l传热膜系数：l当纯液滴在空气流中的运动的Re0.33时，取K=0.4l上式适用于溶液粘度1-9000厘泊。表面张力74- 100达因/ ，比重为1-1.41。l对于带喷嘴的离心转盘，用于雾化牛奶时，滴 径可用下式计算：ld平均=98.5（1/n）（/Rp）1/2 (m) l其中：n-盘转速（转/分） -牛奶表面张力 /mR-盘半径（m）;p-牛奶密度（/m3）(3) 喷距半径l在回转圆盘喷雾时，喷距的直径很重要的 数据。因为干燥式的直径是根据喷距直径 大小而选定。在实际中干燥

7、室的直径稍大 于喷距直径，这样极为有效，否则会有一 部分液滴直接喷到塔壁上，就会使产品质 量恶化。l喷出来的液滴小，喷的近，喷距小。因 为与空气摩擦其动能降的快；喷出来的液滴越大，越不均匀，喷距直 径大。所以，当其它条件不变时，提高 生产能力（液滴越大），喷距直径增加 。l所以为了提高生产能力，又不使干燥室 过大，往往采用多层盘。这样，雾滴分 散更好，而且又是缩小喷距直径的良好 办法。l喷距的最大直径是S，是99的雾滴降落 至离心喷雾器下方3英尺处的雾矩截面半径。可用下式计算：lS=（3.3D0.21G0.2）/n0.16ml 式中 :D-转盘直径(m)G-进料量 (kg/h)N-盘转速 （转

8、/分）l喷距的最大半径对喷雾干燥塔直径的确 定有重要意义，特别是离心喷雾场合。l因为它不象用机械喷嘴或气流喷嘴时， 把小零件更换就可调节雾矩大小，则不 致引起粘壁，但对离心喷雾却很难借着 改变雾化器的结构来改变雾矩，所以对 喷雾距直径必须预先精确计算，才能确 定塔直径。（4）离心喷雾盘所消耗的功率l主要包括三方面：l供给料液雾化所需功率 N1（使料液产生相应动能）l克服转盘表面和空气摩擦需功率 N2l盘内空气循环所消耗功率总功率为：lN= N1 +N2+N3 (kw)l盘内空气循环所消耗的功率，因盘的结构不同 而异，通常因盘内空气量不大，所以其消耗的 功率可忽略。l料液雾化所需功率可用下式计算

9、： l N1=1.09510-5Gn2(R2-0.5R02) Kwl式中：G料液量 （Kg/h）n盘的转速 （转/秒）R盘半径 （m）R0从入料口到盘中心的距离 （m）l克服盘与空气摩擦所消耗功率，可用下 式计算：lN2=(4R2/Va)(UT/100)3 Kwl式中：R盘半径 (m)Va空气比容 (m3/Kg)UT-盘圆周速度 (m/s)4.特点l优点：l1）液料通道大，不易堵塞。l2）对料液的适应性强，高黏度、高浓度 的料液均可。l3）操作弹性大，进料量变化25%时， 对产品质量无大影响。l4）可同时雾化两种以上物料。l5）产品粒度均匀。l缺点：l1）结构复杂、造价高、维修工作复 杂。l2

10、）动力消耗比压力式大。l3）只适于顺流、立式喷雾设备。l（三）气流式喷雾器由于他的动力消耗太大，故食品工业 很少应用。它是用于试验用小型设备和小 批量生产，在此不作介绍。可参阅有关资 料。l（四）离心喷雾与压力喷雾的比较压力喷雾和离心喷雾在国内外食品工 业上都用于大规模的生产中，目前国内外 以压力喷雾为主。如蛋、乳粉生产中压力 喷雾占75，而离心喷雾占24。国外欧 洲以离心喷雾为主，美、日、丹麦等国以 压力喷雾为主。四、喷雾干燥器及系统l组成：干燥室 、喷雾器、热 空气分配装置 、进风机、空 气过滤器、空 气加热器、进 料装置、粉尘 回收装置及排 风机。（一）喷雾干燥室l多为厢式和塔式两大类。

11、l由于处理物料不同，受热温度不同，以 及热风进入和进料方式不同，其结构型 式也很多。l干燥室所用材料不同，可分为金属结构 的、钢筋水泥结构的及有衬里（瓷砖） 结构的。目前普遍用金属结构。1、厢式（卧式）l用于水平方向的压力喷雾干燥，其底有平底的和斜底的。l前者用于处理量不大的场合，结构简单。用于食品干燥其内 衬不锈钢板，底部有良好的保温层，以免干燥积露回潮。l干燥室外壁用绝热材料保温，常用的保温材料有：玻璃丝棉 、砂渣棉、轻质石棉砖、蛭石、泡沫塑料等。2、塔室干燥室（干燥塔）l新设计的喷雾干燥设备，几 乎都采用塔式结构。适用于 离心喷雾，压力喷雾和气流 喷雾塔的结构，l其骨架用型钢，内壁视处理

12、 物料可用薄不锈钢板或普通 钢板制造。用型钢骨架是为 了节省不锈钢，否则需用 10mm厚的钢板做塔，材料 费用高。型钢价格4000- 5000元/吨，不锈钢薄板价 格（2-3mm厚）40000- 50000元/吨。l塔底结构多为锥形底 。为了防止物料产生 粘壁现象，热塑性制 品（高温软化，低温 硬化），故具有塔壁 冷却措施。l常用的冷却方法有三 种：1、有塔的圆锥 体下部切线方向进入 冷空气扫过塔壁。l2、具有夹套 l3、沿塔内壁装有旋 转空气清扫器，通冷 空气冷却。（二）热风盘l1.热风进口位置及热风分配室l热风进入干燥室之前，必须通过特殊结 构的热风分配室使热风均匀分布，充分 与颗粒接触。

13、而且不产生涡流和焦粉现 象。l热风分配是出口风速一般为：5-12m/s, 干燥室截面风速0.2-0.54m/s.1、压力喷雾热风分配装置l1）均匀板气流形成直流气流呈旋转状流动l2）锥形气流调节装置l3）多个导风管调节装置1）均匀板l（1）气流形成直 流：l、热风从侧面 进入，通过一块 垂直和一块水平 孔板分布均；l匀。l、热风垂直向 下进入，经三块 水平孔板分布均 匀。l（2）气流呈旋转状流动：调节旋风板的叶片角度， 调节气流旋转 程度。用于卧式压力喷雾。目 的增加热风与 雾滴接触时间 ，也适用于立 式顺流。 2）锥形气流调节装置l在热风导管中装有一 上下具有锥形增速套 。在锥形套的中心安

14、装喷枪（压力喷雾器 ）。l气流以每秒15米的速 度从套筒与导管间的 环隙通过，使气流垂 直进入塔内，不形成 旋转，故避免在进风 口处产生粘壁现象。3）多个导风管调节装置l四个导风管总截面积 =进风管面积。四个导风管的风速要想保 持相等，进风管处的 导风管应调高一些， 离总管远的导风管装 的低一些。2、离心式喷雾干燥热风分配装置l1）其构造l由热风盘、锥形支座、导风板、空气分散器、冷 却风圈、（细粉回收管、离心盘、均风板）组成 。l（1）热风分配盘：图为由一个进风口进入，为了使热风均匀入塔，故盘的风道截面越来越 小（因风量逐渐减小）。内外壁为不锈钢造。 中间是保温层。（2）锥形 支座（3）空气分

15、散器l它由三个挂 钩支架，用 三个S型不 锈钢挂钩悬 挂在锥形导 板上，上下 可调节。（4）冷却风圈l因塔顶出进风温度高，以产生焦粉，故在热风出 口周围装有冷却风圈。室内的冷空气从进风口进 入冷却进风圈，绕行一周后沿中间隔板上的孔入 锥体上的风圈，再绕到一周后由排风口经排分机 排出室外。2）离心式喷雾干燥热风分配装置工作原理l热风切线方向进入热风盘，通过多孔板，在锥形导风板和空气 分散器的作用下，就能均匀的进入塔内。l其调节，锥形导板能使热风形成圆形转动，螺旋式沿锥体下吹 ，在空气分散器的作用下均匀进塔，导板与锥体轴线成25-30 ，夹角太小旋流差，夹角太大，旋流急剧，易使塔顶粘粉。l空气分散

16、器调节，其向上调，雾滴至塔顶距离小，雾滴平甩出 （雾滴向外旋转）。往下调，雾滴距塔顶距离大，雾滴垂直甩 出（雾滴向下旋转）。其最佳位置是上缘位于锥形风道的1/2处 。（三）空气过滤器、加热器、风机 及粉尘回收装置l1.空气过滤器l2.空气加热器（略）l3. 风机的选择l4.粉尘分离装置3. 风机的选择l喷雾干燥系统所用的进风机和排风机均 为离心式鼓风机，其性能曲线在产品样 本均有说明。l选择风机时，风量要根据计算值，再加 上一定裕量。如进风机加1020。排 风机加1530，一般情况下，排风机 的风量比进风机要大2040，使干燥塔内保持微负压，以避免粉尘跑向车间 。l在奶粉喷雾干燥中，一般要用进