噴霧干燥機的噴霧干燥過(guò)程的快速性對于實(shí)施有效控制顯得尤為重要。目前,國內外對干燥控制理論與實(shí)踐的研究尚處于剛剛起步階段,缺乏全面、系統的研究。通過(guò)對生產(chǎn)工藝分析,提出自動(dòng)化控制技術(shù)在奶粉干燥過(guò)程中應用的目的在于。
衡量干燥設備應用在特定工藝條件下成功與否的主要指標是干燥產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量,還包括產(chǎn)品的粒徑分布、外觀(guān)及產(chǎn)品^終含水量等。產(chǎn)品的產(chǎn)量由生產(chǎn)負荷的經(jīng)濟性能及熱空氣發(fā)生器所提供的熱量、干燥器的干燥強度、熱空氣流量、料漿中固形物的含量等條件決定;影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素很多:產(chǎn)品的粒徑及外觀(guān)由干燥設備的工藝性能及料漿配制工藝參數決定,而產(chǎn)品的^終含水量與干燥塔熱風(fēng)進(jìn)口溫度、尾氣出口溫度及干燥塔內負壓等參數的選取有直接關(guān)系。
噴霧干燥機在我國的奶制品生產(chǎn)中,奶粉的生產(chǎn)約占整個(gè)奶制品總產(chǎn)量的80 %左右,原因是奶粉便于貯存和運輸。在奶粉生產(chǎn)過(guò)程中,干燥工段是奶粉生產(chǎn)的^重要環(huán)節之一,僅干燥工序要蒸發(fā)掉的水分量幾乎與所要生產(chǎn)出來(lái)的奶粉質(zhì)量相當。噴霧干燥設備推動(dòng)了奶粉工業(yè)生產(chǎn)的一次革命,但噴霧干燥設備并不是一種通用設備,它的霧化結構和形式、塔體結構、均風(fēng)、排風(fēng)、撲粉、出粉形式、與其他工藝設備組合情況、自動(dòng)控制系統等的設計均必須與所處理物料相適用。只有這樣,隨著(zhù)時(shí)代的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,
噴霧干燥機在20世紀60年代中期,箱式壓力干燥設備出現了錐底帶螺旋出粉器(攪龍)的結構形式。第一臺立式多噴頭壓力噴霧干燥設備誕生在20世紀70年代初,它的出現使噴霧干燥設備的有效容積縮小近一半,而且不用攪龍,連續出粉。20世紀80年代又生產(chǎn)了單噴頭的立式壓力噴霧干燥設備,它在奶粉工業(yè)中的應用是推動(dòng)我國乳粉工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節,為促進(jìn)我國奶粉工業(yè)的迅速發(fā)展奠定了基礎。經(jīng)噴霧干燥法生產(chǎn)的奶粉是均勻粉狀產(chǎn)品,不需再烘干、涼粉、粉碎等工藝過(guò)程,可直接進(jìn)行包裝為成品,使奶粉的生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現了機械化、連續化和大型化,并因物料表面溫度不會(huì )太高而提高了奶粉產(chǎn)品的質(zhì)量,因此噴霧干燥設備在奶粉工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大的作用,并且有干燥水分量越來(lái)越大的趨勢。
但噴霧干燥機的噴霧干燥是一個(gè)高能耗過(guò)程,而且由于干燥后產(chǎn)品質(zhì)量要求較高,濕含量不能波動(dòng)很大,就要求對干燥溫度等操作參數進(jìn)行嚴格控制,因此噴霧干燥設備的正確選型和操作及控制系統的合理設計對確保產(chǎn)品質(zhì)量、節能降耗至關(guān)重要,不僅為推動(dòng)和促進(jìn)我國乳品工業(yè)的科技進(jìn)步和發(fā)展做出應有的貢獻,而且能帶動(dòng)和促進(jìn)其他行業(yè)的科技進(jìn)步與發(fā)展,為祖國的經(jīng)濟騰飛做出更大的貢獻。1、噴霧干燥設備在乳品工業(yè)生產(chǎn)中的發(fā)展過(guò)程
氣流式噴霧又稱(chēng)二流體噴霧,它是利用蒸汽或壓縮空氣的高速運動(dòng)(一般為200~300m/ s) ,使氣液之間存在著(zhù)相當高的相對速度,液膜被拉成絲狀,然后分裂成細小的霧滴液體,表面積突然增大與熱空氣迅速進(jìn)行熱質(zhì)交換,水分被汽化,得到粉狀干燥物料。適應的物料特別廣泛,但動(dòng)力消耗特別大,一般只要能采用其他方法噴霧霧化的就盡量不采用這種方法。用氣流式霧化應將物料加熱至適當的溫度,使其粘度盡可能降低,因此,氣流式噴霧可適用于粘度較大的物料。
噴霧干燥機在1901年首次用于奶粉工業(yè)的生產(chǎn),在20世紀20年代才真正用于奶粉工業(yè)的生產(chǎn), 20世紀40年代末才在我國開(kāi)始使用。^早的結構是屬于壓力箱式(臥式) ,物料的霧化為雙流體式,動(dòng)力消耗量大。到1958年,輕工部在黑龍江省推廣畜力小型壓力式噴霧干燥法生產(chǎn)奶粉, 1955年哈爾濱松花江牛奶廠(chǎng)首次用離心噴霧的方法生產(chǎn)奶粉。這兩種形式的噴霧干燥設備當時(shí)都是平底結構,出粉是間歇式的,每工作一個(gè)班次人工出粉一次。
噴霧干燥機一般有壓力式、離心式和氣流式3種。壓力式噴霧干燥機干燥強度較高,體積較小,設備自身及土建投資都比較小,產(chǎn)品顆粒較小,堆密度較大。對于奶粉堆密度為0165左右,干燥時(shí)間特別短,僅用10~30s即可完成,適用于熱敏性物料的生產(chǎn),所以在奶粉及其他行業(yè),有許多離心式噴霧干燥機改為壓力式噴霧設備。
壓力噴霧干燥機的動(dòng)力消耗較小。離心式噴霧干燥機一般直徑較大,高度較小,干燥強度較壓力式噴霧干燥設備低。產(chǎn)品顆粒粒徑較大,物料適應性廣,一般壓力式噴霧干燥設備適應的物料均適應于離心式噴霧干燥設備。離心式噴霧干燥設備適應物料粘度較高。
噴霧干燥機才能適應更廣泛的物料干燥要求,為國民經(jīng)濟的發(fā)展和建設作出越來(lái)越大的貢獻。一般來(lái)說(shuō),產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝決定產(chǎn)品的生產(chǎn)設備及控制系統,但先進(jìn)設備和控制系統的應用也可以改變產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝,噴霧干燥設備在奶粉生產(chǎn)中的應用就是一個(gè)典型的例子。噴霧干燥過(guò)程是物料由泵送至噴霧干燥器內,由霧化器將其分散為小霧滴;空氣經(jīng)加熱后送入干燥室內與料霧混和、接觸;完成干燥過(guò)程后,干燥產(chǎn)品經(jīng)分離后入庫貯藏或直接投入使用。
從工業(yè)化大生產(chǎn)、節能、降耗上來(lái)看,噴霧干燥設備應是立式、大型、連續、自動(dòng)化的,這種運行設備是比較合理的。連續是說(shuō)噴霧是連續的,即進(jìn)料和出料均為連續的。從規模上講,根據不同的生產(chǎn)型式采用相應的設備,一般在食品工業(yè),趨向于大型化、多噴嘴,而在制藥行業(yè)一般規模都比較小。噴霧干燥設備和其他設備一樣,設備選型和其內部部件的匹配必須與所處理的物料相適應,應盡可能提高設備的干燥強度,即單位容積在單位時(shí)間內的水分干燥量,從而使噴霧干燥設備的體積為^小,設備及土建投資為^省。
噴霧干燥機的熱風(fēng)分配是一個(gè)比較關(guān)鍵的環(huán)節,熱風(fēng)的導入方式對整個(gè)干燥設備的性能有著(zhù)重要的影響,合理的熱風(fēng)導入方式不僅能使霧滴與熱風(fēng)更充分有效的混合,從而提高換熱效率,而且還能有效解決某些特殊物料的干燥,有效防止物料的粘壁、粘頂現象。以往的壓力式噴霧干燥設備多采用套筒式調風(fēng)結構,熱風(fēng)通過(guò)套筒調風(fēng)后,然后進(jìn)行分風(fēng)進(jìn)入噴霧干燥設備的內筒內。這種設備體積較大,現在多采用多層篩板分風(fēng),因尺寸較小,故應用較為廣泛。壓力式噴霧干燥設備在順流噴霧時(shí),熱風(fēng)進(jìn)入導管的風(fēng)速約為9m/ s ,在逆流或上排風(fēng)噴霧干燥設備中控制熱風(fēng)進(jìn)入導風(fēng)管內的風(fēng)速要適當大些。離心式噴霧干燥設備一般采用熱風(fēng)分配器,熱風(fēng)由蝸殼布風(fēng)器,經(jīng)導風(fēng)板進(jìn)入噴霧干燥設備主體內,熱風(fēng)與離心式霧化器的旋向一致。離心式噴霧干燥設備的熱風(fēng)分配器的主要功能有三:將干燥介質(zhì)熱空氣引入干燥塔內使其與被干燥的物質(zhì)接觸,完成干燥任務(wù);選擇理想的結構使其導入的熱介質(zhì)與被干燥物料充分混合,到較高的交換熱效率;減少或避免某些物料的粘壁、粘頂現象的發(fā)生。隨著(zhù)噴霧干燥技術(shù)的發(fā)展,熱風(fēng)分配器正在不斷趨于完善。312、塔體排風(fēng)形式
在順流噴霧干燥機中,一般采用下排風(fēng),壓力噴霧干燥機在塔體錐節頂部將設備的直徑加大,在環(huán)形帶均勻地設置4個(gè)排風(fēng)筒,然后匯集到撲粉器上,或在環(huán)形區上部直接設4個(gè)布袋式過(guò)濾室,然后將排風(fēng)管路匯集到排風(fēng)機的進(jìn)風(fēng)口處?,F在壓力噴霧干燥設備普遍流行上排風(fēng),熱風(fēng)從塔體上部進(jìn)入塔內,物料也從上部噴入塔內,排風(fēng)在塔體圓環(huán)部分均勻設置4個(gè)排風(fēng)管路,然后將廢氣匯集到撲粉器上排除。這種噴霧干燥設備的熱風(fēng)加熱溫度比較高,干燥強度比較大,塔的體積比較小,設備及土建費用比較低。
離心式噴霧干燥機的排風(fēng)管一般都是從塔體錐節部分引出,然后進(jìn)入撲粉器,這樣可以在不影響正常出粉的條件下盡可能地增大噴霧干燥塔的有效容積,使體積為^小。
噴霧干燥機一般采用二級撲粉,第一級采用旋風(fēng)分離撲粉,第二級采用布袋式過(guò)濾器撲粉。在奶粉生產(chǎn)中,布袋式過(guò)濾器的濾布一般為130目,而在蛋白粉生產(chǎn)中一般要求在200~240目。在奶粉生產(chǎn)中也有采用一級撲粉的。在大豆蛋白、分離蛋白的噴霧干燥生產(chǎn)中,一般是將熱風(fēng)從塔頂送入干燥塔,物料也從上部噴入,而出粉和排風(fēng)均從出粉口進(jìn)入撲粉器———旋風(fēng)分離器,物料從旋風(fēng)分離器卸料后由羅茨鼓風(fēng)機輸送到粉倉,廢氣進(jìn)入布袋式過(guò)濾器進(jìn)行撲粉后排放到大氣中,細粉與旋風(fēng)卸下的粉料一起送入粉倉。
用于生產(chǎn)蛋白粉的噴霧干燥設備的進(jìn)、排風(fēng)機的風(fēng)壓一般較生產(chǎn)奶粉的噴霧干燥設備的進(jìn)、排風(fēng)機的風(fēng)壓高,風(fēng)量匹配與奶粉生產(chǎn)用噴霧干燥設備相同,排風(fēng)機風(fēng)量比進(jìn)風(fēng)機風(fēng)量大30 % ,原因有三:一是進(jìn)風(fēng)機鼓入的是室溫空氣,而排風(fēng)機排出的是熱空氣,空氣體積應變大,二是噴霧干燥時(shí),干燥塔內應用01147kPa的真空度,有利于物料的下行順暢,減輕飛濺,三是在噴霧干燥瞬間有水分汽化,這也占有一定體積。從旋風(fēng)分離器和布袋式濾室出來(lái)的細粉用羅茨鼓風(fēng)機送入塔內,進(jìn)行細粉回塔附聚,增加顆粒度和溶解性能。
引進(jìn)國外的噴霧干燥機一般均不設這種裝置,而采用清洗的辦法,國產(chǎn)噴霧干燥設備一般均考慮這個(gè)問(wèn)題。壓力噴霧干燥設備塔壁的清掃一般用吊盤(pán)式掃粉裝置,安全可靠,清掃得比較徹底,但塔體錐節應設清掃門(mén)在塔體外部進(jìn)行清掃。離心式噴霧干燥設備塔體的清掃一般采用推進(jìn)式升降掃粉車(chē),清掃得也比較徹底,當掃粉完畢后可將掃粉車(chē)沿著(zhù)塔門(mén)移到塔體外面。噴霧干燥設備的塔體上一般都裝配有震塔裝置,以盡可能阻止被干燥物粘附在塔壁上。
布袋式過(guò)濾器的濾袋抖動(dòng)一般采用脈沖反吹式,價(jià)格較貴,消耗壓縮空氣較多?,F一般采用氣缸往復抖動(dòng),并且將抖動(dòng)與調風(fēng)蝶閥關(guān)閉實(shí)現互鎖,實(shí)現在不排風(fēng)瞬間抖動(dòng)布袋,價(jià)格便宜,效果較好。315、設備的出粉,噴霧干燥設備的出粉是連續的,并在干燥塔的出粉口與振動(dòng)流化床連接,使粉狀物料實(shí)現二次干燥,噴涂卵磷脂或其他添加風(fēng)味,使噴霧干燥機的能力擴大,產(chǎn)品的品質(zhì)提高,并可實(shí)現二次干燥后物料及時(shí)冷卻,使產(chǎn)品達到可以直接包裝的狀態(tài),從而極大地減輕產(chǎn)品包裝前受污染的環(huán)節。
噴霧干燥機一般采用若干個(gè)空氣振蕩錘或電錘,編排一定的振蕩程序??諝庹袷庡N比電錘要好,但必須配備壓縮空氣。