第八章干燥机械与设备hq

第九章第九章 干燥机械与设备干燥机械与设备 干燥机械与设备干燥机械与设备第一节 概述 定义：凡是使物料（定义：凡是使物料（溶液溶液、悬浮液及浆液、悬浮液及浆液甚至固状的物料如蔬菜水果）所含水分向甚至固状的物料如蔬菜水果）所含水分向气相转移，从而变物料为气相转移，从而变物料为固体固体制品的操作，制品的操作，统称干燥（统称干燥（物料的水分（溶剂）含量一般可在物料的水分（溶剂）含量一般可在3%11%左右，左右，甚至更低）。甚至更低）。根据这一定义，干燥的含义显然与过滤、根据这一定义，干燥的含义显然与过滤、压榨等滤干、榨干以及浓缩压榨等滤干、榨干以及浓缩(浓缩：浓缩：从溶液中除去部从溶液中除去部分溶剂的单元操作分溶剂的单元操作,使使物料处于低溶剂含量（约物料处于低溶剂含量（约30%）的相对稳定状）的相对稳定状态态)均有区别。均有区别。要使水分从物料转移到气相，物料必须受要使水分从物料转移到气相，物料必须受热，水分吸收热量才能汽化。物料受热的热，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、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，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干燥分热风干燥、接触干燥和辐射干燥，相应的相应的干燥设备分成对流式、传导式和辐干燥设备分成对流式、传导式和辐射式三大类射式三大类干燥及干燥设备干燥及干燥设备干燥的方法干燥的方法热风干燥热风干燥-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。(对流对流式式)接触干燥法接触干燥法：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。(传导式传导式)辐射法辐射法：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。(辐射辐射式式)冷冻干燥或冷冻升华干燥冷冻干燥或冷冻升华干燥物料中水分的汽化可以在不同的状态下进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。称为冷冻干燥或冷冻升华干燥。干燥干燥应用：干燥在国民经济各部门都有着重要意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，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。制糖生产中砂糖的干燥等。干燥通常是产品生产过程中最后一道工序，因此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。致变质，破坏其色、香、味，影响产品质量。目的目的：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。目前食品产品的干燥广泛采用的是热风干热风干燥燥法,相应的相应的干燥设备分成对流式干燥设备分成对流式干燥设备.第一节 对流型干燥设备一、厢式干燥器二、洞道式干燥机三、网带式干燥设备四、流化床干燥设备五、气流干燥设备六、喷雾干燥机l这是一类以对流方式对食品干燥的设备。这是一类以对流方式对食品干燥的设备。l干燥介质：流体干燥介质：流体(热空气，过热蒸汽等热空气，过热蒸汽等)，使食品升温脱水，并将食品脱除的水分带使食品升温脱水，并将食品脱除的水分带出干燥室外。干燥介质自身状态从高温低出干燥室外。干燥介质自身状态从高温低湿变为低温高湿。湿变为低温高湿。l主要设备型式：厢式干燥器、洞道式干燥主要设备型式：厢式干燥器、洞道式干燥机、流化床干燥机、喷动床干燥机和气流机、流化床干燥机、喷动床干燥机和气流式干燥机和喷雾干燥机等。式干燥机和喷雾干燥机等。l按物流气流接触方式：并流、逆流、混流按物流气流接触方式：并流、逆流、混流和横流式干燥器等。和横流式干燥器等。一、厢式干燥器l厢式干燥器是一种常压间歇式干燥器，小型的称为烘箱，大型的称为烘房。l典型厢式干燥器n横流式n中间加热式n穿流式l厢式干燥器特点n结构如图结构如图9.1所示。所示。n为减少热损失，厢式干燥器的四壁用绝热材料构成。为减少热损失，厢式干燥器的四壁用绝热材料构成。n厢内有多层框架，物料盘置于其上，也可将物料放在框架小车上推入厢内，故又称厢内有多层框架，物料盘置于其上，也可将物料放在框架小车上推入厢内，故又称为盘架式干燥器。为盘架式干燥器。n厢式干燥器内设有加热器，有多种型式和布置方式，加热方法可采用蒸汽、煤气或厢式干燥器内设有加热器，有多种型式和布置方式，加热方法可采用蒸汽、煤气或电加热。电加热。n干燥器内的风机强制引入新鲜空气与器内废气混合，并驱使混合气流循环流过加热干燥器内的风机强制引入新鲜空气与器内废气混合，并驱使混合气流循环流过加热器，再流经物料。空气流过物料的方式有横流和穿流两种。器，再流经物料。空气流过物料的方式有横流和穿流两种。l如图9.1（1）所示的横流式中，热空气在物料上方掠过，与物料进行湿交换和热交换。厢式干燥器.avil若框架层数较多，可分成若干组，空气每流经一组料盘之后，就流过加热器再次提高温度，如图9.1（2）所示，即为具有中间加热装置的横流式干燥器。l穿流式如图9.1（3）所示,粒状、纤维状等物料在框架的网板上铺成一薄层，空气以0.31.2m/s的速度垂直流过物料层，可获得较大的干燥速率。l厢式干燥器特点n优点：制造和维修方便，使用灵活性大。食品工业上常用于需长时间干燥的物料、数量不多的物料以及需要特殊干燥条件的物料，如水果、蔬菜、香料等。n缺点：主要是干燥不均匀，不易抑制微生物活动，装卸劳动强度大，热能利用不经济(每汽化1kg水分，约需2.5kg以上的蒸汽)。l中间加热式横流式干燥器中间加热式横流式干燥器。物料放在框架小车上推入厢内二、洞道式干燥机l有一段长度为2040m的洞道。l结构l料盘-小车及进出l干燥介质空气l物料与空气流向l洞道干燥机特点l料盘-小车及进出n湿物料在料盘中散布成均匀料层。料盘堆放在小车上，料盘与料盘之间留有间隙供热风通过。n洞道式干燥机的进料和卸料为半连续式，即当一车湿料从洞道的一端进入时，从另一端同时卸出另一车干料。n洞道中的轨道通常带有1/200的斜度，可以由人工或绞车等机械装置来操纵小车的移动。n洞道的门只有在进、卸料时才开启，其余时间都是密闭的。洞道干燥洞道干燥.swfl干燥介质空气空气由风机推动流经预热器，然后依次在各小车的料盘之间掠过，同时伴随轻微的穿流现象。空气的流速为2.56.0m/s，不小于1.0m/s。l物料与热风流向n热风可沿物流纵向流动，分为并流、逆流和混流三种l洞道干燥机特点n优点：具有非常灵活的控制条件，可使食品处于几乎所要求的温度-湿度-速度条件的气流之下，因此特别适用于实验工作；料车每前进一步，气流的方向就转换一次，制品的水分含量更均匀。n缺点：结构复杂，密封要求高，需要特殊的装置；压力损失大，能量消耗多。洞道干燥机洞道干燥机(烘房烘房)四、流化床干燥设备l流化床干燥机中物料呈沸腾状态干燥，又称沸腾床流化床干燥机中物料呈沸腾状态干燥，又称沸腾床干燥机。干燥机。l典型流化床干燥系统l流化床干燥机特点l流化床干燥机适宜处理的物料l流化床干燥适用的干燥阶段l流化床干燥机的主要型式（一）单层圆筒型流化床干燥机（二）多层沸腾床干燥机（三）卧式多室流化床干燥机（四）其它型式的流化床干燥机 l典型流化床干燥机系统系统构成如系统构成如图图9.7所示。所示。风机驱使热空气以适当的速度风机驱使热空气以适当的速度通过床层，与颗粒状的湿物料通过床层，与颗粒状的湿物料接触，使物料颗粒保持悬浮状接触，使物料颗粒保持悬浮状态。热空气既是流化介质，又态。热空气既是流化介质，又是干燥介质。被干燥的物料颗是干燥介质。被干燥的物料颗粒在热气流中上下翻动，互相粒在热气流中上下翻动，互相混合与碰撞，进行传热和传质，混合与碰撞，进行传热和传质，达到干燥的目的。当床层膨胀达到干燥的目的。当床层膨胀至一定高度时，因床层空隙率至一定高度时，因床层空隙率的增大而使气流速度下降，颗的增大而使气流速度下降，颗粒回落而不致被气流带走。经粒回落而不致被气流带走。经干燥后的颗粒由床侧面的出料干燥后的颗粒由床侧面的出料口卸出。废气由顶部排出，并口卸出。废气由顶部排出，并经旋风分离器回收所夹带的粉经旋风分离器回收所夹带的粉尘。尘。l流化床干燥机特点n优点：优点：u设备小、生产能力大、物料逗留时间可任意调节、装置结构简设备小、生产能力大、物料逗留时间可任意调节、装置结构简单、占地面积小、设备费用不高、物料易流动。单、占地面积小、设备费用不高、物料易流动。u设备的机械部分简单，除一些附属部件如风机、加料器等外，设备的机械部分简单，除一些附属部件如风机、加料器等外，无其它活动部分，因而维修费用低。无其它活动部分，因而维修费用低。u与气流干燥相比，因沸腾干燥的气流速度较低，所以物料颗粒与气流干燥相比，因沸腾干燥的气流速度较低，所以物料颗粒的粉碎和设备的磨损也相对较小。的粉碎和设备的磨损也相对较小。n主要缺点是操作控制比较复杂。主要缺点是操作控制比较复杂。l流化床干燥机适宜处理的物料n适宜于处理粉状且不易结块的物料，物料粒度通常为30m6mm。n物料颗粒直径小于30m时，气流通过多孔分布板后极易产生局部沟流。n颗粒直径大于6mm时，需要较高的流化速度，动力消耗及物料磨损随之增大。l流化床干燥适用的干燥阶段n适用于处于降速干燥阶段的物料，对于粉状物料和颗粒物料。n适宜的含水范围分别在2%5%和1015之间。n气流干燥或喷雾干燥得到物料，若仍含有需要经过较长时间降速干燥方能去除的结合水分，则更适于采用流化床干燥。l流化床干燥机的主要型式n主要型式：单层圆筒型、多层圆筒型、卧式多室型、振动型、脉冲型、惰性粒子型等。n此外，还可以集上述型式的特征结构为一体构成复合型的流化床干燥机，如可将振动型与惰性粒子型结合起来构成振动-惰性粒子型的流化床干燥机。（一）单层圆筒型流化床干燥机l结构如图9.8所示。l工作过程l气流分布板l气流预分布器l特点图9.8单层圆筒流化床干燥器l工作过程n湿物料由胶带输送机送到加料斗，再经抛料机送入干燥机内。n空气经过滤器由鼓风机送入空气加热器加热，热空气进入流化床底后由分布板控制流向，对湿物料进行干燥。n物料在分布板上方形成流化床。干燥后的物料经溢流口由卸料管排出，夹带细粉的空气经旋风分离器分离后由抽风机排出。流化干燥.swfl气流分布板n是流化床干燥机的主要部件之一。是流化床干燥机的主要部件之一。n作用是支持物料，均匀分配气体，以创造良好的流化条件。作用是支持物料，均匀分配气体，以创造良好的流化条件。n多采用金属或陶瓷材料制作。多采用金属或陶瓷材料制作。n各种气流分布板如各种气流分布板如图图9.8所示。所示。l特点n优点：结构简单。n缺点：(1)由于颗粒在床中与气流高度混合，自由度很大，为了限制颗粒过早从出料口出去，保证物料干燥均匀，必须有较高的流化床层才能使颗粒在床内停留足够的时间，从而造成气流压降增大。(2)由于湿物料与已干物料处于同一干燥室内，因此，从排料口出来的物料较难保证水分含量均一。n单层流化床干燥机操作方便，在食品工业上应用广泛，适用于床层颗粒静止高度低(300400mm)、容易干燥、处理量较大且对最终含水量要求不高的产品。五、气流干燥设备l气流干燥机简介l气流干燥机的物料和形式（一）（一）直管式气流干燥机直管式气流干燥机（二）（二）其它型式的气流干燥机其它型式的气流干燥机l气流干燥机简介n气流干燥机利用高速热气流，在并流输送潮湿粉粒状或块粒状物料的过程中，对其进行干燥。n气流干燥机适用于在潮湿状态仍能在气体中自由流动的颗粒物料的干燥，如面粉、谷物、葡萄糖、食盐、味精、离子交换树脂、水杨酸、切成粒状或小块状的马铃薯、肉丁及各种粒状食品等均可用采用气流干燥法干燥。l气流干燥机的物料和形式n粒径在0.50.7mm以下的物料，不论其初始湿含量如何，一般都能干燥至0.30.5的含水量。因此，乳品和蛋加工工业中，有时也用气流干燥机对喷雾干燥机得到的粉末作进一步的干燥。如要获得更低的含水量，则还可在气流干燥机之后再设置一流化床干燥机。n气流干燥机有多种形式，主要有直管式、多级式、脉冲式、套管式、旋风式、环管式等。（一）（一）直管式气流干燥机直管式气流干燥机至今，直管式气流干燥机应用最普遍。如图9.17所示。被干燥物料经预热器加热后送入干燥管的底部，然后被从加热器送来的热空气吹起。气体与固体物料在流动过程中因剧烈的相对运动而充分接触，进行传热和传质，达到干燥的目的。干燥后的产品由干燥机顶部送出，废气由分离器回收夹带的粉末后，经排风机排入大气。气流干燥器.swf直管式气流干燥机的优点干燥强度大。由于物料在热风中呈悬浮状态，能最大限度干燥强度大。由于物料在热风中呈悬浮状态，能最大限度地与热空气接触，且由于气速较高地与热空气接触，且由于气速较高(一般达一般达2040m/s)，空气，空气涡流的高速搅动，使气涡流的高速搅动，使气-固边界层的气膜不断受冲刷，减小了固边界层的气膜不断受冲刷，减小了传热和传质的阻力，容积传热系数可达传热和传质的阻力，容积传热系数可达23007000W/m3K，这比转筒干燥机大这比转筒干燥机大2030倍。倍。干燥时间短。对于大多数的物料只需干燥时间短。对于大多数的物料只需0.52s，最长不超过，最长不超过5s，因为是并流操作，所以特别适宜于热敏性物料的干燥。，因为是并流操作，所以特别适宜于热敏性物料的干燥。占地面积小。由于气流干燥机具有很大的容积传热系数，占地面积小。由于气流干燥机具有很大的容积传热系数，所以所需的干燥机体积可大为减小，即能实现小设备大生产所以所需的干燥机体积可大为减小，即能实现小设备大生产的目标。的目标。热效率高。由于干燥机散热面积小，所以热损失小，最多热效率高。由于干燥机散热面积小，所以热损失小，最多不超过不超过5%，因而干燥非结合水时热效率可达，因而干燥非结合水时热效率可达60左右。干燥左右。干燥结合水时可达结合水时可达20左右。左右。无专用的输送装置。气流干燥机的活动部件少，结构简无专用的输送装置。气流干燥机的活动部件少，结构简单，易建造，易维修，成本低。单，易建造，易维修，成本低。操作连续稳定。可以一次性完成干燥、粉碎、输送、包操作连续稳定。可以一次性完成干燥、粉碎、输送、包装等工序，整个过程可在密闭条件下进行，减少物料飞扬，装等工序，整个过程可在密闭条件下进行，减少物料飞扬，防止杂质污染，既改善了产品质量又提高了回收率。防止杂质污染，既改善了产品质量又提高了回收率。适用性广，可应用于各种粉状物料，粒径最大可达适用性广，可应用于各种粉状物料，粒径最大可达100mm，湿含量可达，湿含量可达1040%。直管式气流干燥机的缺点全部产品由气流带出，因而分离器的负荷大。气速较高，对物料颗粒有一定的磨损，所以不适用于对晶形有一定要求的物料，也不适宜用于需要在临界湿含量以下干燥的物料以及对管壁黏附性强的物料。由于气速大，全系统阻力大，因而动力消耗大。干燥管较长，一般在10m或10m以上。六、喷雾干燥机喷雾干燥机是一种将液状物料通过雾化方式干燥成粉体的设喷雾干燥机是一种将液状物料通过雾化方式干燥成粉体的设备。许多粉状制品，如乳粉、蛋粉、豆乳粉、低聚糖粉、蛋白备。许多粉状制品，如乳粉、蛋粉、豆乳粉、低聚糖粉、蛋白质水解物粉、微生物发酵物等都用喷雾干燥机生产。质水解物粉、微生物发酵物等都用喷雾干燥机生产。（一）喷雾干燥过程与特点(优点、缺点)（二）基本构成与类型（三）雾化器（四）干燥室（五）喷雾干燥装置系统举例l工作原理如图9.20所示。喷雾干燥是将液状物料通过雾化器喷雾干燥是将液状物料通过雾化器形成喷雾状态的雾滴，这些雾滴直径形成喷雾状态的雾滴，这些雾滴直径很小，范围约在很小，范围约在10100 m，它们具，它们具有巨大的表面积，它们与进入干燥室有巨大的表面积，它们与进入干燥室的热气流接触，可在瞬间的热气流接触，可在瞬间(0.010.04s)发生强烈的热交换和质发生强烈的热交换和质交换，使其中绝大部分水分迅速蒸发交换，使其中绝大部分水分迅速蒸发气化气化并被干燥介质带走。并被干燥介质带走。整个过程包括雾滴预热、恒速干燥整个过程包括雾滴预热、恒速干燥和降速干燥等三个阶段，只需和降速干燥等三个阶段，只需1030s便可得到符合要求的干燥产品。产品便可得到符合要求的干燥产品。产品干燥后由于重力作用，大部分沉降于干燥后由于重力作用，大部分沉降于底部，少量微细粉末随废气进入粉尘底部，少量微细粉末随废气进入粉尘回收装置得以回收。回收装置得以回收。干燥机械与设备干燥机械与设备雾化器雾化器l基本构成系统基本构成如图9.21所示，主要由雾化器、干燥室、粉尘分离器、进风机、空气加热器、排风机等构成。喷雾干燥设备.swf粉体冷却器提高热效率提高热效率l喷雾干燥的主要优点（1）干燥速度快）干燥速度快,只需只需1030s。（2）产品质量好。所得产品是松脆空心颗粒，具有良好的流动性、分）产品质量好。所得产品是松脆空心颗粒，具有良好的流动性、分散性和溶解性，并能很好地保持食品原有的色、香、味。散性和溶解性，并能很好地保持食品原有的色、香、味。（3）营养损失少。由于干燥速度快，大大减少了营养物质的损失，如）营养损失少。由于干燥速度快，大大减少了营养物质的损失，如牛乳粉加工中热敏性维生素牛乳粉加工中热敏性维生素C只损失只损失5左右。因此，特别适合于易左右。因此，特别适合于易分解、易变性的热敏性食品的加工。分解、易变性的热敏性食品的加工。（4）产品纯度高。喷雾干燥是在封闭的干燥室中进行，既保证了卫生）产品纯度高。喷雾干燥是在封闭的干燥室中进行，既保证了卫生条件，又避免了粉尘飞扬，从而提高了产品纯度。条件，又避免了粉尘飞扬，从而提高了产品纯度。（5）工艺较简单。料液经喷雾干燥后，可直接获得粉末状或微细的颗）工艺较简单。料液经喷雾干燥后，可直接获得粉末状或微细的颗粒状产品。粒状产品。（6）生产率高。便于实现机械化、自动化生产，操作控制方便，适于）生产率高。便于实现机械化、自动化生产，操作控制方便，适于连续化大规模生产，且操作人员少，劳动强度低。连续化大规模生产，且操作人员少，劳动强度低。l喷雾干燥的主要缺点（1）投资大。由于一般干燥室的水分蒸发强度小，故设备体积庞）投资大。由于一般干燥室的水分蒸发强度小，故设备体积庞大，且雾化器、粉尘回收以及清洗装置等较复杂。大，且雾化器、粉尘回收以及清洗装置等较复杂。（2）能耗大，热效率不高。一般情况下，热效率为）能耗大，热效率不高。一般情况下，热效率为3040%，若要提高热效率，可在不影响产品质量的前提下，尽量提高进若要提高热效率，可在不影响产品质量的前提下，尽量提高进风温度以及利用排风的余热来预热进风。另外，因废气中湿含风温度以及利用排风的余热来预热进风。另外，因废气中湿含量较高，为降低产品中的水分含量，需耗用较多的空气量，从量较高，为降低产品中的水分含量，需耗用较多的空气量，从而增加了鼓风机的电能消耗与粉尘回收装置的负担。而增加了鼓风机的电能消耗与粉尘回收装置的负担。干燥室干燥室是喷雾干燥机的核心，在此经雾化器雾化的雾滴与由是喷雾干燥机的核心，在此经雾化器雾化的雾滴与由进风机吸送来并经加热器加热的空气接触，迅速受热使水分气化而进风机吸送来并经加热器加热的空气接触，迅速受热使水分气化而成为固体粒子，大部分的落入器底、另一部分则随湿热空气一道进成为固体粒子，大部分的落入器底、另一部分则随湿热空气一道进入粉尘回收装置分离成湿空气与粉尘。离开分离器的湿空气或者由入粉尘回收装置分离成湿空气与粉尘。离开分离器的湿空气或者由排风机直接排入大气，或者部分进行余热回收，以提高干燥机的热排风机直接排入大气，或者部分进行余热回收，以提高干燥机的热效率。干燥机底和分离器分离得到的干燥产品可以效率。干燥机底和分离器分离得到的干燥产品可以直接出料进行包直接出料进行包装装，也可经过一个粉体冷却器进一步冷却后再出料。，也可经过一个粉体冷却器进一步冷却后再出料。l工作过程：干燥室l喷雾干燥机的形式 形式较多，大体分类如表9-2所示。不同形式喷雾干燥机的主要区别在于雾化器、干燥室和加热介质回收利用程度等方面。加热加热 喷雾干燥机根据对加热介质利用程度可分为以下三种类型：喷雾干燥机根据对加热介质利用程度可分为以下三种类型：开放式开放式是指从干燥室机分离器出来的废气直接排向环境的干是指从干燥室机分离器出来的废气直接排向环境的干燥系统，食品工业用的喷雾干燥系统一般采用这种方式；燥系统，食品工业用的喷雾干燥系统一般采用这种方式；开放式开放式 封闭式封闭式是指从分离器出来的废气不直接排向环境是指从分离器出来的废气不直接排向环境而是经去湿处理后循环使用的干燥系统，用于液而是经去湿处理后循环使用的干燥系统，用于液料中含有不可排向环境的溶剂成分的物料的干燥，料中含有不可排向环境的溶剂成分的物料的干燥，或者热风采用惰性气体的情况。或者热风采用惰性气体的情况。封闭式封闭式 半封闭式半封闭式是指部分利用湿热空气进行循环的干燥系是指部分利用湿热空气进行循环的干燥系统。这种系统可以提高热能效率，但同时增加了设统。这种系统可以提高热能效率，但同时增加了设备投资和操作的复杂性。备投资和操作的复杂性。半封闭式半封闭式（三）雾化器雾化器也称喷雾器。常见的雾化器形式有三种，即压雾化器也称喷雾器。常见的雾化器形式有三种，即压力式、离心式和气流式雾化器。力式、离心式和气流式雾化器。1压力式雾化器2.离心式雾化器3气流式雾化器4三类雾化器比较1压力式雾化器l压力式雾化器实际上是一种压力式雾化器实际上是一种喷雾头，装在一段直管上，喷雾头，装在一段直管上，便构成所谓的喷枪。便构成所谓的喷枪。l喷雾头喷雾头(喷枪喷枪)需要与高压泵需要与高压泵配合才能工作。一般使用的配合才能工作。一般使用的高压泵为三柱塞泵。高压泵为三柱塞泵。YPL系列压力喷雾干燥机系列压力喷雾干燥机 l压力式雾化器的工作原理压力式雾化器的工作原理压力式雾化器的工作原理是压力式雾化器的工作原理是高压泵使料液获得高压高压泵使料液获得高压(720MPa)，从喷雾头出来时，由于压力大，从喷雾头出来时，由于压力大，喷孔小喷孔小(0.51.5mm)，很快雾化成，很快雾化成雾滴。雾滴。料液的雾化分散度取决于喷料液的雾化分散度取决于喷嘴的结构、料液的流出速度和压力、嘴的结构、料液的流出速度和压力、料液的物理性质料液的物理性质(表面张力、黏度、表面张力、黏度、密度等密度等)。l压力式雾化器的结构形式有多种，常见的有如图9.23所示的M型、S型等，M型喷头的结构如(1)所示，其中喷嘴是易磨件，它的材料可由不锈钢也可用耐磨性的材料(如红宝石)制成，两者的使用期分别为1周和1年左右。2.离心式雾化器l离心式雾化器由机械驱动或气流驱动装置与喷雾转盘结合而成。l离心雾化器的外形及结构l离心式雾化的机理l离心式雾化的机理离心式雾化的机理是借助高速转盘产生离心力，将料液高离心式雾化的机理是借助高速转盘产生离心力，将料液高速甩出成薄膜、细丝，并受到腔体空气的摩擦和撕裂作用而雾速甩出成薄膜、细丝，并受到腔体空气的摩擦和撕裂作用而雾化，化，图图9.25所示为离心雾化的情形。所示为离心雾化的情形。转盘是离心雾化器的关键部件，形式有多种，图9.26所示为一些离心喷雾转盘的实物。离心雾化器的转盘离心雾化器的转盘3气流式雾化器气流式雾化器是依靠高速气流工作的雾化器。气流式雾化器是依靠高速气流工作的雾化器。雾化原理是利用料液在喷嘴出口处与高速运雾化原理是利用料液在喷嘴出口处与高速运动动(一般为一般为200300m/s)的空气相遇，由于料的空气相遇，由于料液速度小，而气流速度大，两者存在相当大液速度小，而气流速度大，两者存在相当大速度差，从而液膜被拉成丝状，然后分裂成速度差，从而液膜被拉成丝状，然后分裂成细小的雾滴。雾滴大小取决于两相速度差和细小的雾滴。雾滴大小取决于两相速度差和料液黏度，相对速度差越大，料液黏度越小，料液黏度，相对速度差越大，料液黏度越小，则雾滴越细。则雾滴越细。图图9.27所示为气流式雾化的实所示为气流式雾化的实际情形。际情形。4三类雾化器比较l三类雾化器各有特点，见表9-3。l国内外食品工业大规模生产时都采用压力喷雾和离心喷雾。l目前国内以压力喷雾占多数，如在乳粉和蛋粉生产中，压力喷雾占76%，离心喷雾占24%。l国外在欧洲以离心喷雾为主，而在美国、新西兰、澳大利亚、日本等国则以压力喷雾为主。气流式由于动力消耗大，适用于小型设备，而在食品工业中，很少在大规模生产中应用。喷雾干燥设备喷雾干燥设备.f4v（四）干燥室l干燥室结构l结构形式1.厢式干燥室2.塔式干燥室3.热气流与雾滴流向LPG系列高速离心式喷雾干燥机系列高速离心式喷雾干燥机 l干燥室结构n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热传质而达到干制品的水分要求。n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。n为了节能和防止(带有雾滴和粉末的)热湿空气在器壁结露和出于节能考虑，喷雾干燥室壁均由双层结构夹保温层构成，并且内层一般为不锈钢板制成。n另外，为了尽量避免粉末黏附于器壁，一般干燥室的壳体上还安装有使黏粉抖落的振动装置。喷雾干燥室按喷雾干燥室按结构形式结构形式结构形式结构形式分为厢式和塔式两大类分为厢式和塔式两大类1厢式干燥室l又称卧式干燥室，用于水平方向的压力喷雾干燥。l由于气流方向与重力方向垂直，雾滴在干燥室内行程较短，与热空气接触时间也短，且不均一，所以产品的水分含量不均匀；此外，从卧式干燥室底部卸料也较困难，所以新型喷雾干燥设备几乎都采用塔式结构。2塔式干燥室l常称为干燥塔，新型喷雾干燥设备几乎都用塔式结构。l干燥塔的底部有锥形底、平底和斜底三种，食品工业中常采用前者。l塔壁冷却措施;对于吸湿性较强且有热塑性的物料，往往会造成干粉黏壁成团的现象，且不易回收，必须具有塔壁冷却措施。l三种常用于塔壁冷却的方法（1）由塔的圆柱体下部切线方向进入冷空气扫过塔壁。（2）设冷却用夹套。冷空气由圆柱体上部夹套进入，并由锥底夹套排出。（3）沿塔内壁安装旋转空气清扫器，通冷空气进行冷却。3热气流与雾滴流向喷雾干燥室内热气流与雾滴的流动方向，直接关系到产品喷雾干燥室内热气流与雾滴的流动方向，直接关系到产品质量以及粉末回收装置的负荷等问题。质量以及粉末回收装置的负荷等问题。各型喷雾干燥设备中，热气流与雾滴的流动方向有各型喷雾干燥设备中，热气流与雾滴的流动方向有并流并流、逆流逆流及及混流混流三类。并流操作时由于热空气与雾滴以相同的方向三类。并流操作时由于热空气与雾滴以相同的方向运动，与干粉接触时的温度最低，因而目前在食品工业中，如运动，与干粉接触时的温度最低，因而目前在食品工业中，如乳粉、蛋粉、果汁粉等的生产，大多数均采用并流操作，其它乳粉、蛋粉、果汁粉等的生产，大多数均采用并流操作，其它两种操作则较少采用。两种操作则较少采用。（五）喷雾干燥装置系统举例喷雾干燥系统的组成部分除了雾化器和干燥室之外，还喷雾干燥系统的组成部分除了雾化器和干燥室之外，还有处理干燥介质的空气过滤器和加热器有处理干燥介质的空气过滤器和加热器(直接燃烧加热或间直接燃烧加热或间接加热接加热)，使干燥介质能均匀分布的热风分配器，输送介质，使干燥介质能均匀分布的热风分配器，输送介质的风机，以及产品收集装置和回收干燥介质中细粉的分离的风机，以及产品收集装置和回收干燥介质中细粉的分离装置。喷雾干燥的流程系统有多种形式，最基本的是开放装置。喷雾干燥的流程系统有多种形式，最基本的是开放式系统，这是国内外普遍使用的装置系统式系统，这是国内外普遍使用的装置系统。1压力喷雾干燥机系统2离心喷雾干燥机系统1压力喷雾干燥机系统l图图9.30为立式压力喷雾干为立式压力喷雾干燥机，主要由空气过滤器、燥机，主要由空气过滤器、进风机、空气加热器、热进风机、空气加热器、热风分配器、风分配器、压力喷雾器压力喷雾器、干燥塔干燥塔、布袋过滤器布袋过滤器和排和排风机等组成。进风机、空风机等组成。进风机、空气加热器和排风机安排在气加热器和排风机安排在一个层面。一个层面。l工作原理l工作原理 经空气过滤器过滤的洁净空气，由进风机吸入经空气过滤器过滤的洁净空气，由进风机吸入送入空气加热器加热至高温，通过塔顶的热风分配送入空气加热器加热至高温，通过塔顶的热风分配器进入塔体。热风分配器由呈锥形的均风器和调风器进入塔体。热风分配器由呈锥形的均风器和调风管组成，它可使热风均匀地呈并流状以一定速度在管组成，它可使热风均匀地呈并流状以一定速度在喷嘴周围与雾化浓缩液微粒进行热质交换。经干燥喷嘴周围与雾化浓缩液微粒进行热质交换。经干燥后的粉粒落到塔体下部的圆锥部分，与布袋过滤器后的粉粒落到塔体下部的圆锥部分，与布袋过滤器下螺旋输送器送来的细粉混合。不断由塔下转鼓阀下螺旋输送器送来的细粉混合。不断由塔下转鼓阀卸出。塔体下部装在空气振荡器。可定时轮流敲击卸出。塔体下部装在空气振荡器。可定时轮流敲击锥体，使积粉松动而沿塔壁滑下。锥体，使积粉松动而沿塔壁滑下。l布袋过滤器n布袋过滤器是气固分离装置，作用是回收废气中夹布袋过滤器是气固分离装置，作用是回收废气中夹带的粉尘，因其造价较低，捕集效率高，适合回收带的粉尘，因其造价较低，捕集效率高，适合回收干粉，所以在喷雾干燥系统中被普遍采用。干粉，所以在喷雾干燥系统中被普遍采用。n布袋过滤器内部有振动装置，以振落袋内积粉。布袋过滤器内部有振动装置，以振落袋内积粉。n布袋过滤器下方有一螺旋输送器，将布袋振动下来布袋过滤器下方有一螺旋输送器，将布袋振动下来的粉末输送至塔体圆锥部分与塔内粉粒混合从塔下的粉末输送至塔体圆锥部分与塔内粉粒混合从塔下转鼓阀排出。转鼓阀排出。n通过布袋过滤器回收夹带粉尘后的废气，经由排风通过布袋过滤器回收夹带粉尘后的废气，经由排风机排入大气。机排入大气。l压力喷雾器n采用单喷嘴喷雾，装于塔顶。n喷嘴的孔径较大（一般在2mm以上），可得到较大粒度的干燥粉粒。n与该干燥机配套的供料泵应为三柱塞式高压泵。l干燥塔 干燥塔体的上部为圆柱形，下部为圆锥形。塔体上下有两个清扫门用于清扫塔壁积粉。2离心喷雾干燥机系统l并流式干燥机如图9.31所示。l组成及原理基本同压力式。l与压力式干燥机的区别l关于冷却系统l离心喷雾干燥机与压力喷雾干燥机区别n最大区别在于雾化器形式不同，而且由于离心喷雾器的雾化能量来自与离心喷雾头的离心力，因此，为本干燥机供料的泵不必是高压泵。n此外还有以下区别：u离心式的热风分配器为蜗旋状；离心式的热风分配器为蜗旋状；u干燥塔的圆柱体部分径高比较大（这主要因离心喷雾有较大雾化干燥塔的圆柱体部分径高比较大（这主要因离心喷雾有较大雾化半径，从而要求有较高大的塔径）；半径，从而要求有较高大的塔径）；u布袋过滤器装内干燥塔内，它分成两组，可轮流进行清粉和工作。布袋过滤器装内干燥塔内，它分成两组，可轮流进行清粉和工作。布袋落下的细粉直接进入干燥室锥体。布袋落下的细粉直接进入干燥室锥体。第二节 传导型干燥设备l传导型干燥机的热能供给主要靠导热，要求被干燥物料与传导型干燥机的热能供给主要靠导热，要求被干燥物料与加热面间应有尽可能紧密的接触。故传导干燥机较适用于加热面间应有尽可能紧密的接触。故传导干燥机较适用于溶液、悬浮液和膏糊状固溶液、悬浮液和膏糊状固-液混合物的干燥。液混合物的干燥。l主要优点：首先在于热能利用的经济性，因这种干燥机不主要优点：首先在于热能利用的经济性，因这种干燥机不需要加热大量的空气，热能单位耗用量远较热风干燥机为需要加热大量的空气，热能单位耗用量远较热风干燥机为少；其次传导干燥可在真空下进行，特别适用于少；其次传导干燥可在真空下进行，特别适用于易氧化易氧化食食品的干燥。品的干燥。l分类：连续式和间歇式；常压和真空。分类：连续式和间歇式；常压和真空。一、滚筒干燥机二、真空干燥箱三、带式真空干燥机一、滚筒干燥机l主体是称为滚筒形式的中空金属圆筒。主体是称为滚筒形式的中空金属圆筒。l分类：单滚筒、双滚筒式；两者均有常压和真空式。分类：单滚筒、双滚筒式；两者均有常压和真空式。l常压常压单滚筒单滚筒和和双滚筒双滚筒干燥机：圆筒随水平轴转动，其内部干燥机：圆筒随水平轴转动，其内部可由蒸汽、热水或其它载热体加热，圆筒壁即为传热面。可由蒸汽、热水或其它载热体加热，圆筒壁即为传热面。物料的加入方式有浸没式和喷洒式。浸没式加料时，料液物料的加入方式有浸没式和喷洒式。浸没式加料时，料液可能会因热滚筒长时间浸没而过热，为避免这一缺点，可可能会因热滚筒长时间浸没而过热，为避免这一缺点，可采用喷洒式。采用喷洒式。l真空滚筒干燥机真空滚筒干燥机l单滚筒干燥机n采用浸没式加料方式，滚筒部分采用浸没式加料方式，滚筒部分浸没在稠厚的悬浮液物料中，因浸没在稠厚的悬浮液物料中，因滚筒的缓慢转动使物料成薄膜状滚筒的缓慢转动使物料成薄膜状附着于滚筒的外表面而进行干燥。附着于滚筒的外表面而进行干燥。n当滚筒回转当滚筒回转3/47/8转时，物料已转时，物料已干燥到预期的程度，即被刮刀刮干燥到预期的程度，即被刮刀刮下，由螺旋输送器送走。下，由螺旋输送器送走。n滚筒的转速因物料性质及转筒的大小而异，一般为滚筒的转速因物料性质及转筒的大小而异，一般为28r/min。滚筒上。滚筒上的薄膜厚度为的薄膜厚度为0.11.0mm。干燥产生的水汽被壳内流过滚筒面的空气。干燥产生的水汽被壳内流过滚筒面的空气带走，流动方向与滚筒的旋转方向相反。带走，流动方向与滚筒的旋转方向相反。滚筒干燥.swfl双滚筒干燥机 采用的是由采用的是由上面加入湿物料上面加入湿物料的方法，干物料的方法，干物料层的厚度可用调层的厚度可用调节两滚筒间隙的节两滚筒间隙的方法来控制。方法来控制。喷洒式喷洒式双滚筒干燥洞.swf浸没式浸没式将滚筒密闭在真空室内，将滚筒密闭在真空室内，便可成为真空滚筒干燥机。便可成为真空滚筒干燥机。由于干燥过程在真空下由于干燥过程在真空下进行，真空滚筒干燥机的进行，真空滚筒干燥机的进料、卸料刮刀等的调节进料、卸料刮刀等的调节必须在真空干燥室外部来必须在真空干燥室外部来操纵，所以这类干燥机通操纵，所以这类干燥机通常成本较高，一般只用来常成本较高，一般只用来干燥极为热敏的物料。干燥极为热敏的物料。l真空滚筒干燥机滚筒干燥机的特点及适用范围优点：干燥速度快，热能利用经济。缺点：适用范围窄，仅限于液体、胶体或膏湖状的物料，不适用于含水量低的物料。在食品工业中，常用于汤粉、淀粉、酵母、婴儿食品、速溶麦片等食品的生产。二、真空干燥箱l主体是一真空密封的干燥室，是一种间歇式干燥设备，适用于固体或热敏性、氧敏性液体食品物料。l真空干燥箱结构l真空干燥箱的壳体l这种干燥机中，初期干燥速度很快，但当物料脱水收缩后，则由于物料与干燥盘的接触逐渐变差，传热速率也逐渐下降。操作过程中，加热面温度需要严格控制，以免与干燥盘接触的物料局部过热。l真空干燥箱结构n如如图图9.34所示，所示，主体是一真空密封主体是一真空密封的干燥室，的干燥室，室内装有通加热剂的室内装有通加热剂的加热管、加热板、夹套或蛇管等加热管、加热板、夹套或蛇管等加热元件，其间壁则形成盘架。加热元件，其间壁则形成盘架。n被干燥的物料均匀地散放于由钢被干燥的物料均匀地散放于由钢板或铝板制成的活动托盘中，托板或铝板制成的活动托盘中，托盘置于盘架上。盘置于盘架上。n蒸汽等加热剂进入加热元件后，蒸汽等加热剂进入加热元件后，热量以传导方式经加热元件壁和热量以传导方式经加热元件壁和托盘传给物料。托盘传给物料。n盘架和干燥盘应尽可能做成表面盘架和干燥盘应尽可能做成表面平滑，以保证有良好的热接触。平滑，以保证有良好的热接触。干燥过程产生的水蒸气由连接管干燥过程产生的水蒸气由连接管导入混合冷凝器。导入混合冷凝器。l真空干燥箱的壳体可以为方形，也可以为圆筒形，真空干燥箱的壳体可以为方形，也可以为圆筒形，两种形式真空干燥机的外形如两种形式真空干燥机的外形如图图9.35所示。所示。