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1、浙江工商大学 食品学院一 设计条件1. 生产任务：年产全脂奶粉950吨；年工作日330天；日工作二班，班实际喷雾时间6小时。2. 进料状态：浓缩奶总固形物含量50%；温度55；密度1120kg/m2；表面张力0.049N/m；黏度15cp；成品奶粉含水量2.5%（一级品）；密度600 kg/m2；比热2.1kJ/kg3. 新鲜空气状态：t0=25，0=60%；大气压760mmHg4. 热源：饱和水蒸气 二、工艺流程确定牛乳的成分十分复杂，其中至少含有上百种化学成分,主要包括水分、脂肪、蛋白质、乳糖、盐类、维生素、酶类及气体等，各种成分以不同状态分散在牛乳中。正常牛乳中各种成分的组成大体上是稳定
2、的,但也受乳牛的品种、个体、地区、泌乳期、畜龄、挤乳方法、饲料、季节、环境、温度及健康状态等因素的影响而有差异。如氧气会引起脂类和其他物质的氧化，特别是维生素C【1】。光也会诱发化学反应，盐的组成和酸度也会随着温度的变化而变化等。喷雾干燥法是热气流与物料以并流、逆流或混合流的方式相互接触而使物料得到干燥。这种干燥方法不需要将原料先进行机械分离，操作终了可获得3050m微粒的干燥产品，并且干燥时间很短，仅为530s，因此适宜于热敏性物料的干燥【2】。如果对产品有特殊需要，还可以在干燥的同时制成微粒产品，即所谓的喷雾造粒。能够提高分散性、流动性和溶解性，还具有防尘作用，如果芯材和壁材选择得当，在干
3、燥的同时能制成微胶囊，保持被干燥物料原有的风味和特色，还能提高贮存性能。喷雾干燥有较多优点【3】：干燥速度快；干燥过程中液滴的温度比较低；干燥产品具有良好的分散性和溶解性能；产品纯度高，环境卫生好；生产过程简化，操作控制方便；适宜于连续化大规模生产；可组成多级干燥；应用领域广泛但是喷雾干燥也不可避免地具有一些缺点【3】：热效率低；设备庞大；对分离设备要求高；对某些膏糊状物料，干燥时需加水稀释，增加了干燥设备的负荷；对生产卫生要求高的产品时，设备清扫工作量大。喷雾干燥通常分为离心式和压力式两种。离心式主要是利用高速旋转轴产生很大的离心力，使料液被甩出去而分散雾化。离心式的特点是可以处理较粘稠；料
4、液内含有颗粒的物料；雾化均匀，不易堵塞雾化器。缺点是只能采用立式，由于高速旋转，故对旋转轴及轴承、齿轮等要求很严，乳粉中气泡较多，不利于保藏等。压力式喷雾干燥器是通过高压设备给料液加压后通过雾化器雾化，其压力一般在220MP。与离心式相比，其结构较紧凑，生产能力大，耗能量少，而且改变内部元件能改变不同的雾炬形状，调节雾化压力能调整产品粒度【4】。压力式的主要缺点是高粘度物料不易雾化；喷嘴易堵塞；喷嘴易受磨损。对于低粘度的料液，采用压力式较适宜。因此在奶粉喷雾干燥中选择压力式。此外，确定物料与热空气的流向非常重要，合理设计气流分配器或物料与热空气的流向，能保证干燥塔内温度均匀，物料与热空气进行有
5、效的质热交换。气流与雾滴的流向一般有并流、逆流和混流三种形式，每种形式又可分为直线流动或螺旋形流动。并流式中干燥后的产品与低温气体并流运动，所以在整个干燥过程中物料不受高温，特别适合于热敏性物料。在多数情况下采用并流直线流动。直线流的并流不易造成物料粘壁，其优点是雾化器喷出的雾滴，随着高速气流同向下落，限制了雾滴径向运动的距离，也就减少了粘壁机会；而同向螺旋行则易产生粘壁。对于逆流干燥，适宜于干燥较大颗粒或较难干燥的物料,其干燥推动力较小，水分蒸发速率也较并流式慢。而混流式具有并流式和逆流式的共同特点，但是雾滴在干燥室折返的过程中有相互粘结的倾向。因此，奶粉宜采用直线流的并流以减少粘壁的机会。
6、由于牛奶是热敏性物料，因此综上所述对牛奶进行干燥宜采用并流压力式喷雾干燥。喷雾干燥流程图：空气加热器干燥室袋滤器进料装置集粉装置鼓风机空气过滤排风机浓缩料液冷却废气新鲜空气热风雾化器筛粉包装三、喷雾干燥装置的计算：3.1物料及热量衡算（1）空气状态参数的确定G1 tM1新鲜空气蒸汽热空气浓奶排气L t00 H0H0 I0L t1 H1H1 I1 L t2 H2H2 I2热损失ql空气加热器冷凝水干燥塔 奶粉G2 tM1 物料、热量衡算图（2）新鲜空气状态参数：由设计条件给定：t025060 查得25饱和水蒸汽压Ps0 23.76 mmHg湿含量H00.622（0 Ps0）/（P-0 Ps0）0
7、.622（0.623.76）/（760-0.623.76）0.0119Kg/Kg干热焓I0（1.01+1.88H0）t0+2492H0（1.01+1.880.0119）25+24920.011958.257 KJ/Kg干湿比容H0（0.773+1.244H0）（273+ t0）/273（0.773+1.2440.0119）（273+25）/2730.861 m3/Kg 干（3）加热后空气的状态参数：由于牛奶是热敏性物料，其加热温度及受热时间不易过高过长。若温度多高，牛奶结垢结焦速度加快，已发生蛋白变性的奶垢如果进入到喷雾干燥塔内进行喷雾干燥，则粉冲调差。为了不影响乳粉的质量，热风温度不应过高，
8、但另一方面又为了提高蒸发速率和使乳粉水分含量尽量降低，所以热风温度还得尽可能提高。一般采取150160的热风温度【5】。在此选用t1=150。湿度H1H00.0119Kg/Kg干热焓I1（1.01+1.88H1）t1+2492H1(1.01+1.880.0119) 150+24920.0119184.51 KJ/Kg干比容 H1（0.773+1.244H1）（273+ t1）/273（0.773+1.2440.0119）（273+150）/2731.22 m3/Kg 干（4）排风状态参数确定：排风状态参数影响着产品质量，如果排风温度过低会造成潮粉；反之，排风温度过高，则说明降低了喷雾干燥设备的
9、能力，热利用率降低而使成本提高，此外，由于乳粉高排风温度下停留的时间短，很快出粉导致乳粉的表观密度低从而影响了成品质量。一般排风温度应保持在8085，相对湿度为1012%【5】。在此取排风温度为80。出口温度一般比排气温度低10，则tM2=70，t2=80。就整个干燥器作热量衡算G2CMtM1/W + Cl tM1 + l I0 +l (I1-I0) = G2CM tM2 /W + l I2 + qlCM 产品比热，全脂奶粉为2.1 KJ/Kg Cl 水的比热，4.187 KJ/Kg tM1浓奶温度，给定55 tM2 奶粉出口温度，取70 ql 每蒸发千克水干燥室的热损失，按工业生产经验取25
10、1 KJ/Kg水 W 每小时蒸发水量（见物料衡算）227.9 Kg G2 每小时奶粉产量 （见物料衡算）239.9Kg l 每蒸发千克水所需空气量Kg, l1/(H2H1) 将上式整理后可得Cl tM1（G2CM tM2 /WG2CMtM1/W+ ql）（I2-I1）(H2H1) 方程左端表示干燥室补充热量与损失热量之差，用表示 =4.18755-(239.92.170/227.9-239.92.155/227.9+251) -53.78 KJ/Kg水（I2- I1）(H2H1) ( (1.01+1.88 H2) t2+2492 H2 I1 )/( H2H1) ( (1.01+1.88 H2)
11、 80+2492 H2 184.51)/ ( H20.0119)- 53.78KJ/Kg水解得H20.0387Kg/Kg干热焓I2(1.01+1.88 H2) t2+2492 H2(1.01+1.880.0387) 80+24920.0387 183.06 KJ/Kg干2 的求取：由H20.622PS2 /（P-2PS2）查得80水蒸汽压PS2355.1Hg0.03870.622355.12/(760-355.12） 212.543.1.1物料衡算：（1）每小时需得奶粉量计算已知：年产950吨，按330天，每天二班，每班6h计算。每小时需得奶粉量G2G2239.9 Kg/h（2） 每小时喷雾浓
12、奶量及蒸发水分量WW1=50% W2取2.5%G1=G2 W=G1-G2=467.8-239.9=227.9kg/h（3）每蒸发Kg水干空气用量（绝干量计）l=每小时干空气量L新鲜空气体积流量V0=LH08503.70.861=7321.7m3/h热空气体积流量V1=LH18503.71.22=10374.5m3/h新鲜空气体积流量H2=(0.773+1.244H2) =(0.773+1.2440.0387)V2=LH2=8503.71.29=10969.8 m3/h 3.1.2热量衡算：（1）输入系统热量 新鲜空气输入： Q1=LI0 =8503.758.257= 4.95105 KJ/h
13、加热器输入热量：Q2L（I1- I0）8503.7(184.51-58.257)=1.07106KJ/h浓奶带入的热量：Q3= G2CMtM1+WCl tM1239.92.155+227.94.18755 8.02104 KJ/h Q入Q1+ Q2+ Q34.95105+1.07106+8.021041.65106 KJ/h（2） 输出系统的热量 排气带出的热量: Q1=LI2 =8503.7183.06=1.56106 KJ/h 产品奶粉带出的热量： Q2G2CMtM2239.92.170=3.53104 KJ/h干燥室热损失： Q3= W ql227.9251=5.72104 KJ/h Q出Q1+ Q2+ Q3=1.56106+3.53104 +5.72104 1.65106KJ/h可见热量收支平衡。（3） 干燥过程的热效率：表示每蒸发1公斤水分，干燥器内所需加入的热量中用于汽化水分所耗热量的百分率。
