【文章內(nèi)容簡介】 (2)干燥與粉碎同在一處完成，可減少物料損失。 ? 這種干燥機可干燥膏糊狀料液；但不宜干燥會形成堅硬的高附著作用的膜層的物料。 73 圖 9. 16一種惰粒子流化床干燥機 原理 ：根據(jù)不同液相物料的特性在干燥機內(nèi)加入一定量的惰性粒子，在床層氣流的作用下，粒子隨著熱氣流不斷地沸騰、翻滾呈流態(tài)化。在此過程中，通過加料器將液相物料均勻地噴灑在粒子的表面，粒子內(nèi)部儲存的熱量瞬時傳遞給物料，完成部分質(zhì)熱傳遞過程。表面附著物料的粒子在床層中隨熱氣流一起流化，氣流與物料之間產(chǎn)生熱交換，水分轉(zhuǎn)移，使物料得以干燥。當(dāng)物料干燥到一定程度以后，在粒子翻滾碰撞外力的作用下，從粒子表而剝落，隨氣流離開流化床。當(dāng)物料從粒子表面剝離，惰性粒子表而得以更新，準備再吸附新的物料，以此完成一個干燥周期。 74 五、 氣流干燥設(shè)備 ? 氣流干燥機簡介 ? 氣流干燥機的物料和形式 （一） 直管式氣流干燥機 （二） 其它型式的氣流干燥機 75 ?氣流干燥機簡介 ? 氣流干燥機利用高速熱氣流，在并流輸送潮濕粉粒狀或塊粒狀物料的過程中，對其進行干燥。 ? 氣流干燥機適用于在潮濕狀態(tài)仍能在氣體中自由流動的顆粒物料的干燥，如葡萄糖、味精、檸檬酸及各種粒狀物料等均可用采用氣流干燥法干燥。 76 ?氣流干燥機的物料和形式 ? 粒徑在 ~，不論其初始濕含量如何，一般都能干燥至 ％ ~％的含水量。因此，乳品和蛋加工工業(yè)中，有時也用氣流干燥機對噴霧干燥機得到的粉末作進一步的干燥。如要獲得更低的含水量，則還可在氣流干燥機之后再設(shè)置一流化床干燥機。 ? 氣流干燥機有多種形式，主要有直管式、多級式、脈沖式、套管式、旋風(fēng)式、環(huán)管式等。 77 （一） 直管式氣流干燥機 至今，直管式氣流干燥機應(yīng)用最普遍。如圖 。被干燥物料經(jīng)預(yù)熱器加熱后送入干燥管的底部，然后被從加熱器送來的熱空氣吹起。氣體與固體物料在流動過程中因劇烈的相對運動而充分接觸，進行傳熱和傳質(zhì)，達到干燥的目的。干燥后的產(chǎn)品由干燥機頂部送出，廢氣由分離器回收夾帶的粉末后，經(jīng)排風(fēng)機排入大氣。 78 直管式氣流干燥機的優(yōu)點 ? ①干燥強度大。由于物料在熱風(fēng)中呈懸浮狀態(tài)，能最大限度地與熱空氣接觸，且由于氣速較高 (一般達 20~40m/s)，空氣渦流的高速攪動，使氣 固邊界層的氣膜不斷受沖刷，減小了傳熱和傳質(zhì)的阻力，容積傳熱系數(shù)可達 2300~7000W/m3K，這比轉(zhuǎn)筒干燥機大 20~30倍。 ? ②干燥時間短。對于大多數(shù)的物料只需 ~2s，最長不超過 5s，因為是并流操作，所以特別適宜于熱敏性物料的干燥。 ? ③占地面積小。由于氣流干燥機具有很大的容積傳熱系數(shù)，所以所需的干燥機體積可大為減小，即能實現(xiàn)小設(shè)備大生產(chǎn)的目標。 ? ④熱效率高。由于干燥機散熱面積小，所以熱損失小，最多不超過 5%，因而干燥非結(jié)合水時熱效率可達 60％左右。干燥結(jié)合水時可達 20％左右。 79 ? ⑤無專用的輸送裝置。氣流干燥機的活動部件少，結(jié)構(gòu)簡單，易建造，易維修，成本低。 ? ⑥操作連續(xù)穩(wěn)定?？梢砸淮涡酝瓿筛稍?、粉碎、輸送、包裝等工序，整個過程可在密閉條件下進行，減少物料飛揚，防止雜質(zhì)污染，既改善了產(chǎn)品質(zhì)量又提高了回收率。 ? ⑦適用性廣，可應(yīng)用于各種粉狀物料，粒徑最大可達100mm，濕含量可達 10％ ~40%。 80 直管式氣流干燥機的缺點 ? ①全部產(chǎn)品由氣流帶出，因而分離器的負荷大。 ? ②氣速較高，對物料顆粒有一定的磨損，所以不適用于對晶形有一定要求的物料，也不適宜用于需要在臨界濕含量以下干燥的物料以及對管壁黏附性強的物料。 ? ③由于氣速大，全系統(tǒng)阻力大，因而動力消耗大。 ? ④干燥管較長，一般在 10m或 10m以上。 81 82 （二） 其它型式的氣流干燥機 為了降低氣流干燥機的高度，國內(nèi)外研究者通過對氣流干燥機中顆粒的運動和傳熱情況的研究了解，陸續(xù)研制出了如多級氣流干燥機等新型的氣流干燥設(shè)備。 1． 多級氣流干燥機 2． 其它新型氣流干燥機 83 1． 多級氣流干燥機 目前國內(nèi)較多采用的是二級或三級氣流干燥機，多用于含水量較高的物料，如口服葡萄糖、硬脂酸鹽等。 圖 ，它既降低了干燥管的高度，第一段的擴張部分還可以起到對物料顆粒的分級作用。小顆粒物料隨氣流移動，大顆粒物料則由旁路通過星形加料器再進入第二段，以免沉積在底部轉(zhuǎn)彎處將管道堵塞。 84 2． 其它新型氣流干燥機 除了用多級代替單級外，對氣流干燥進行強化和改進的還有如圖。 ①脈沖式氣流干燥機 ②套管式氣流干燥機 ③旋風(fēng)式氣流干燥機 ④環(huán)形氣流干燥機 85 ① 脈沖式氣流干燥機 原有的直管被直徑交替縮小與擴大的脈沖管代替，如圖 (1)所示。 物料首先進入管徑較小的干燥管內(nèi)，此處氣體以較高的速度流過，使顆粒產(chǎn)生加速運動。當(dāng)顆粒的加速運動終了時，干燥管直徑突然擴大。由于顆粒運動的慣性，在該段內(nèi)顆粒的速度大于氣流的速度，顆粒在運動過程中因氣流阻力而不斷減速。在減速終了時，干燥管直徑再度突然縮小，顆粒又被加速。管徑重復(fù)交替的縮小與擴大，使顆粒的運動速度也在加速和減速之間不斷地變化，沒有等速運動階段，從而強化了傳熱和傳質(zhì)速率。 86 ② 套管式氣流干燥機 這種干燥機的結(jié)構(gòu)如圖 (2)所示。氣流干燥管由內(nèi)管和外管組成，物料和氣流同時由內(nèi)管的下部進入。顆粒在管內(nèi)加速運動至終了時，由頂部導(dǎo)入內(nèi)外管間的環(huán)隙內(nèi)，以較小的速度下降并排出。這種形式可以節(jié)約熱量。 87 ③ 旋風(fēng)式氣流干燥機 如圖 (3)所示，物料與熱空氣一起以切線方向進入干燥機內(nèi)，在內(nèi)管和外管間作螺旋運動。顆粒處于懸浮旋轉(zhuǎn)運動的狀態(tài)，所產(chǎn)生的離心加速作用使物料在很短的時間內(nèi) (幾秒 )達到干燥的目的。 特點：體積小，結(jié)構(gòu)簡單，適用于干燥那些允許磨損的熱敏性物料；但不適用于干燥含水量高、黏性大、熔點低、易升華爆炸、易產(chǎn)生靜電效應(yīng)的物料。 88 ④環(huán)形氣流干燥機 ? 一般的氣流干燥機存在著不宜處理結(jié)晶物料及停留時間短的缺點。 ? 近年來，國外根據(jù)氣流干燥機內(nèi)混相流動中傳熱、傳質(zhì)機理，對設(shè)備進行了很多改進，出現(xiàn)了形狀復(fù)雜的氣流干燥機，如圖 (4)所示的環(huán)形管氣流干燥機。 ? 將干燥管設(shè)計成環(huán)狀 (或螺旋狀 )的主要目的是延長顆粒在干燥管內(nèi)的停留時間。 89 六、 噴霧干燥機 噴霧干燥機是一種將液狀物料通過霧化方式干燥成粉體的設(shè)備。許多粉狀制品，如微生物發(fā)酵物、低聚糖粉、蛋白質(zhì)水解物粉、動植物組織培養(yǎng)液等都用噴霧干燥機生產(chǎn)。噴霧干燥機也是主要的微膠囊造粒設(shè)備之一。 （一）噴霧干燥 過程 與特點 (優(yōu)點 、 缺點 ) （二） 基本構(gòu)成 與 類型 （三） 霧化器 （四） 干燥室 （五） 噴霧干燥裝置系統(tǒng)舉例 90 噴霧干燥設(shè)備 91 ?噴霧干燥的主要優(yōu)點 （ 1）干燥速度快。 （ 2）產(chǎn)品質(zhì)量好。松脆空心顆粒產(chǎn)品具有良好的流動性、分散性和溶解性，并能很好地保持物料原有的色、香、味。 （ 3）營養(yǎng)損失少?？焖俑稍锎蟠鬁p少了營養(yǎng)物質(zhì)的損失，如牛乳粉加工中熱敏性維生素 C只損失 5％左右。因此，特別適合于易分解、變性的熱敏性物料加工。 （ 4）產(chǎn)品純度高。噴霧干燥是在封閉的干燥室中進行，既保證了衛(wèi)生條件，又避免了粉塵飛揚，從而提高了產(chǎn)品純度。 （ 5）工藝較簡單。料液經(jīng)噴霧干燥后，可直接獲得粉末狀或微細的顆粒狀產(chǎn)品。 （ 6）生產(chǎn)率高。便于實現(xiàn)機械化、自動化生產(chǎn)，操作控制方便，適于連續(xù)化大規(guī)模生產(chǎn)，且操作人員少，勞動強度低。 92 ?噴霧干燥的主要缺點 （ 1）投資大。由于一般干燥室的水分蒸發(fā)強度僅能達到~／ (m3h)，故設(shè)備體積龐大，且霧化器、粉塵回收以及清洗裝置等較復(fù)雜。 （ 2）能耗大，熱效率不高。一般情況下，熱效率為 30％ ~40%，若要提高熱效率，可在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡量提高進風(fēng)溫度以及利用排風(fēng)的余熱來預(yù)熱進風(fēng)。另外，因廢氣中濕含量較高，為降低產(chǎn)品中的水分含量，需耗用較多的空氣量，從而增加了鼓風(fēng)機的電能消耗與粉塵回收裝置的負擔(dān)。 93 ? 工作原理 如圖 。 霧化器出來的范圍 10~100 μm的料液霧滴，有巨大表面積，這些霧滴與進入干燥室的熱氣流接觸，可在瞬間 (~)發(fā)生強烈的熱交換和質(zhì)交換，使其中絕大部分水分迅速蒸發(fā)氣化并被干燥介質(zhì)帶走。由于水分蒸發(fā)會從液滴吸收氣化潛熱，因而液滴的表面溫度一般為空氣的濕球溫度。包括霧滴預(yù)熱、恒速干燥和降速干燥等三個階段的整個過程，只需10~30s便可得到符合要求的干燥產(chǎn)品。產(chǎn)品干燥后由于重力作用，大部分沉降于底部，少量微細粉末隨廢氣進入粉塵回收裝置得以回收。 94 噴霧干燥設(shè)備 連續(xù)噴霧干燥流程 ?噴霧干燥流程 95 ?基本構(gòu)成 ? 系統(tǒng)基本構(gòu)成如圖 ，主要由霧化器、干燥室、粉塵分離器、進風(fēng)機、空氣加熱器、排風(fēng)機等構(gòu)成。 96 干燥室 是噴霧干燥機的核心，在此經(jīng)霧化器霧化的料液滴與由進風(fēng)機吸送來并經(jīng)加熱器加熱的空氣接觸，迅速受熱使水分氣化而成為固體粒子，一部分大的落入器底、另一部分則隨濕熱空氣一道進入粉塵回收裝置分離成濕空氣與粉塵。離開分離器的濕空氣或者由排風(fēng)機直接排入大氣，或者部分進行余熱回收，以提高干燥機的熱效率。干燥機底和分離器分離得到的干燥產(chǎn)品可以直接出料進行包裝，也可經(jīng)過一個粉體冷卻器進一步冷卻后再出料。 ?干燥室 97 ?噴霧干燥機的形式 形式較多，大體分類如表 9 2所示。不同形式噴霧干燥機的主要區(qū)別在于霧化器、干燥室和加熱介質(zhì)回收利用程度等方面。 98 ? 噴霧干燥機對加熱介質(zhì)利用的三種情形如 圖 示。開放式是指從干燥室機分離器出來的廢氣直接排向環(huán)境的干燥系統(tǒng)，物料工業(yè)用的噴霧干燥系統(tǒng)一般采用這種方式；封閉式是指從分離器出來的廢氣不直接排向環(huán)境而是經(jīng)去濕處理后循環(huán)使用的干燥系統(tǒng)，用于濕料中含有不可排向環(huán)境的溶劑成分的物料的干燥，或者熱風(fēng)采用惰性氣體的情況。半封閉式是指部分利用濕熱空氣進行循環(huán)的干燥系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以提高熱能效率，但同時增加了設(shè)備投資和操作的復(fù)雜性。此外還有對干燥介質(zhì)進行滅菌處理的無菌噴霧干燥系統(tǒng)。 99 100 （三） 霧化器 霧化器也稱噴霧器。常見的霧化器形式有三種，即壓力式、離心式和氣流式霧化器。 1． 壓力式霧化器 2. 離心式霧化器 3． 氣流式霧化器 4． 三類霧化器比較 101 1．壓力式霧化器 ? 壓力式霧化器實際上是一種噴霧頭，裝在一段直管上以后便構(gòu)成所謂的噴槍。 ? 噴霧頭 (噴槍 )需要與高壓泵配合才能工作。一般使用的高壓泵為三柱塞泵。 ? 壓力式霧化器的工作原理 ? 壓力式霧化器的結(jié)構(gòu)形式 ? 由于單個壓力式噴霧頭的流量 (生產(chǎn)能力 )有限，因此，大型壓力式噴霧干燥機通常由多支噴槍一起并聯(lián)工作。 102 ?壓力式霧化器的工作原理 壓力式霧化器的工作原理是高壓泵使料液獲得高壓 (7~20MPa) ，從噴霧頭出來時，由于壓力大，噴孔小 (~)，很快霧化成霧滴。 料液的霧化分散度取決于噴嘴的結(jié)構(gòu)、料液的流出速度和壓力、料液的物理性質(zhì) (表面張力、黏度、密度等 )。 103 ?壓力式霧化器的結(jié)構(gòu)形式 有多種，常見的有如圖 M型、 S型等， M型噴頭的結(jié)構(gòu)如 (1)所示，其中噴嘴是易磨件，它的材料可由不銹鋼也可用耐磨性的材料 (如紅寶石 )制成，兩者的使用期分別為 1周和 1年左右。 104 ? 離心式霧化器由機械驅(qū)動或氣流驅(qū)動裝置與噴霧轉(zhuǎn)盤結(jié)合而成。 ? 機械式離心霧化器的外形及結(jié)構(gòu) ? 離心式霧化的機理 105 ?離心式霧化的機理 離心式霧化的機理是借助高速轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生離心力，將料液高速甩出成薄膜、細絲，并受到腔體空氣的摩擦和撕裂作用而霧化，圖 。 106 107 轉(zhuǎn)盤是離心霧化器的關(guān)鍵部件，形式有多種，圖離心噴霧轉(zhuǎn)盤的實物。 3．氣流式霧化器 108 ?離心噴霧