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1、第八章 干燥设备,第一节 概述http:/ 第二节 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,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。 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:/ 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
2、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,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。 接触干燥法：此法是间接靠间壁的导热，将热量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。 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。,应用：干燥在国民经济各部门
3、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。 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。,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。 干燥方法和干燥设备的选择，应根据产
4、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。,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。 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。 沸腾干燥：颗粒呈悬浮状态。 本章主要介绍喷雾干燥设备。,第二节 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 六、喷雾干燥的特点,一、喷雾干燥原理及特性,（一）喷雾干燥原理 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
5、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。 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,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。,传热膜系数： 当纯液滴在空气流中的运动的Re2时可按传热方程式计算：式中: h-传热膜系数，w/m2.k
6、, D-液滴直径，m -热空气热导率，w/m.k，g-气体的密度，Kg/m3g-气体的粘度，Kg/m.s ， Cg-气体的比热，J/Kg.kv-液滴与空气的相对速度，m/s,在喷雾干燥过程中，空气膜的平均温度约为100，即可将Cg,g,g , 等值代入上式，并以D换成m单位，则上式可转化为:传热膜系数与液滴直径成反比，与气体相对速度（V）的平方根成正比。,（三）喷雾干燥对设备的要求,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.产品中杂质的增加应特别注意，保证热风清洁。由于空气过滤器效果不好，风管及加热器中
7、心中的铁锈以及保温层中材料的泄漏所造成的； 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，爆炸）； 8.提高干燥室的热效率，必须使喷雾时浓料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。,二.喷雾干燥器的分类,（一）按生产流程分类 （二）按喷雾和气体流动方向分类 （三）按雾化方
8、法分类,（一）按生产流程分类,1.开放式喷雾干燥系统 如图. 特点：载热体在系统中只使用一次就排入大气中，不再循环使用，结构简单，适用于废气中湿含量较高，无毒无臭气体。缺点：载热体消耗量大。 简述流程： 压力喷雾，离心喷雾，气流喷雾都可以按照开放式系统设计。,2.封闭循环是喷雾干燥系统,特点：载热体在系统中组成一个封闭的循环回路，有利于节约载体热。回收有机溶剂，防止污染大气，载热体大多使用惰性气体（如N2,CO2等）。 流程：从干燥塔排除的废气，经旋风除尘器除去微细粒子，然后进入冷凝器。 冷凝器的作用:是将废气中的溶剂（或水分）冷凝下来，除湿后的尾气经鼓风机升压，进入一个间接式加热器后又变为热
9、风，如此往复循环使用。 适用于：可燃性溶剂系统，溶剂需回收，产生有污染的臭气。粉料与空气混合爆炸等。,特点：载热体在系统中组成一个封闭的循环回路，有利于节约载体热。 回收有机溶剂，防止污染大气，载热体大多使用惰性气体（如N2,CO2等）。 流程：从干燥塔排除的废气，经旋风除尘器除去微细粒子，然后进入冷凝器。 冷凝器的作用:是将废气中的溶剂（或水分）冷凝下来，除湿后的尾气经鼓风机升压，进入一个间接式加热器后又变为热风，如此往复循环使用。 适用于：可燃性溶剂系统，溶剂需回收，产生有污染的臭气。粉料与空气混合爆炸等。,3.自惰循环是喷雾干燥系统,自惰就是指系统中有一个自制惰性气体的装置。在这个装置中
10、，引入空气和可燃性气体进行燃烧，将空气中的氧气烧掉，剩下氮气和二氧化碳（惰性气体）作为干燥介质。 为使系统中气体压力平衡，在鼓风机出口处安装一个放气减压装置，部分空气可排放到大气中。 适用于：有臭气发出，产品有高度爆炸性，着火危险，通过燃烧消除掉臭气和产品粉末。,自惰就是指系统中有一个自制惰性气体的装置。在这个装置中，引入空气和可燃性气体进行燃烧，将空气中的氧气烧掉，剩下氮气和二氧化碳作为干燥介质。 为使系统中气体压力平衡，在鼓风机出口处安装一个放气减压装置，部分空气可排放到大气中。 适用于：有臭气发出，产品有高度爆炸性，着火危险，通过燃烧消除掉臭气和产品粉末。,4.半封闭循环是喷雾干燥系统,
11、系统中有一燃烧器。半封闭在于干燥介质燃烧去臭气后一部分排入大气，另一部分燃烧后循环使用 .,（二）按喷雾和气体流动方向分类,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. 常用的基本形式：垂直下降并流 、垂直上升并流行型、水平并流型,垂直下降并流 特点是塔壁粘粉比较少。 垂直上升并流行型 要求干燥塔截面风速要大于干燥物料的悬浮速度，以保证物料能被带走。由于在干燥室内细粉干燥时间短，粗粒干燥时间长，产品具有均匀干燥的特点。但动力消耗大。）,水平并流型 热风在干燥室内呈螺旋状运动，以便与液滴均匀混合，并能延长干燥时间。液滴水平喷出（压力喷雾）。缺点是处理量增加时，需增加压
12、力喷枪数目，但由喷雾距离小，喷雾角度受一定限制，在清扫产品时存在问题不小。渐渐被淘汰 。,由于高温热风进入干燥室立即与（含水多的物料）喷雾液滴接触，室内温度急降，不会使干燥的物料受热过度，料温升高较小，因此适宜于热敏性物料的干燥。风与物料接触不充分，越到底部，传热温差小，传热速率小。,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。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
13、。 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.逆流是喷雾干燥器,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. 适于含水量高的物料干燥. 设计时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。 逆流过程中，平均温度差和分压差较大
14、，停留时间较长，有利于传质和传热，热的利用率也高。,3.混合型喷雾干燥器,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。,（三）按雾化方法分类,1.压力是喷雾干燥器 2.离心式喷雾干燥器 3.气流使喷雾干燥器 食品工业上应用以压力式和离心式为主，气流式应用范围较小，这是由于动力消耗大，经济上不合理。,1.压力是喷雾干燥器,2.离心式喷雾干燥器,三、雾化器的结构和雾化机理,喷雾干燥要求雾滴的平均直径一般为20-60um,因此将溶液分散成的雾滴是喷雾干燥的一个关键。它不
15、仅对经济技术指标而且对产品质量均有较大的影响，特别是对热敏性物料的干燥更为重要。,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） 系利用高压泵（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； 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
16、小易堵塞，操作弹性小，产生调节范围窄。 气流式的动力消耗最大，每料液约需0.4-0.8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。,（一）机械式喷雾器,目前较为常用的有M型和S型两种。 喷嘴一般均有使液体产生旋转运动的特点。,1.S型喷嘴,结构：喷嘴、喷芯、喷嘴座、管接头、旋转室、导流沟槽等。 喷芯及喷嘴必须用耐磨材料制造。常用的为硬质合金钢，粉末冶金、炭化钨、人造宝石、陶瓷等。在乳品生产中现多为不锈钢喷嘴。喷头小孔为0.5-1.4mm.,
