噴霧干燥設備

1、干燥設備 第一節(jié) 概述定義：凡是使物料（溶液、懸浮液及漿液）所含水分由物料向氣相轉(zhuǎn)移，從而變物料為固體制品的操作，統(tǒng)稱干燥。根據(jù)這一定義，干燥的含義顯然與過濾、壓榨等濾干、榨干以及濃縮均有區(qū)別。要使水分從物料轉(zhuǎn)移到氣相，物料必須受熱，水分吸收熱量才能汽化。物料受熱的方式仍然就是三種基本傳熱方式，即對流、傳導和輻射。因此根據(jù)傳熱方式的不同干燥分熱風干燥、接觸干燥和輻射干燥。物料中水分的汽化可以在不同的狀態(tài)下進行，水分是在液態(tài)下汽化的，倘若預先將物料中水分凍結成冰，而后在極低的壓力下，使之直接升華而轉(zhuǎn)入氣相，這種干燥稱為冷凍干燥或冷凍升華干燥。（應用：）干燥在國民經(jīng)濟各部門都有著重要意義。食品工業(yè)

2、中干燥操作是一項最基本的單元操作，對于干燥食品它是一項主要的單元操作。例如：果蔬的干制，奶粉和蛋黃粉的制造，面包餅干的焙烤和淀粉的制造等等。另外發(fā)酵食品，味精，檸檬酸，酶制劑等等。啤酒生產(chǎn)中麥芽干燥，制糖生產(chǎn)中砂糖的干燥等。目的：食品干燥目的是去除物料中的水分，減少其體積和重量，便于產(chǎn)品的儲存和運輸；可防止微生物在成品中繁殖。干燥的方法：熱風干燥-空氣干燥法 此法直接以高溫的空氣作熱源，籍對流傳熱，將熱量傳給物料，使水分汽化同時被空氣帶走。接觸干燥法：此法是間接靠間壁的導熱，將熱量傳給與間壁接觸的物料。熱源可為水蒸氣、熱水、燃氣、熱空氣等。輻射法：此法是利用紅外線、遠紅外線、微波或介電等能源將

3、熱量產(chǎn)給物料。干燥通常是產(chǎn)品生產(chǎn)過程中最后一道工序，因此與產(chǎn)品質(zhì)量，最終產(chǎn)品有著重要關系。如果干燥過程控制不好，會使產(chǎn)品變質(zhì)而受到損失。食品多為熱敏性物料，在干燥過程中如果控制不好導致變質(zhì)，破壞其色、香、味，影響產(chǎn)品質(zhì)量。干燥方法和干燥設備的選擇，應根據(jù)產(chǎn)品的特點，產(chǎn)量、經(jīng)濟性等綜合考慮。目前食品產(chǎn)品的干燥廣泛采用的是空氣干燥法?？諝飧稍镌O備按工作原理分為：氣流干燥、沸騰干燥和噴霧干燥。氣流干燥：高速熱氣流將顆粒懸浮于氣流忠，一邊與熱氣流并流輸送，一邊進行干燥。沸騰干燥：顆粒呈懸浮狀態(tài)。本章主要介紹干燥設備。 干燥的推動力：水分在氣相傳遞的推動力為物料表面附近的一層氣膜的蒸氣分壓與氣相主體中蒸

4、汽分壓之差。由于物料水分汽化是在表面進行，故逐漸形成從物料內(nèi)部到表面的濕度梯度，此濕度梯度即為干燥的推動力。溫度梯度也可以使物料內(nèi)部水分方式傳遞，稱為熱傳遞。水分將從溫度高處向低溫處轉(zhuǎn)移。對于任一種干燥方法，上述兩梯度均存在于物料內(nèi)部。第二節(jié) 噴霧干燥技術裝備一.、噴霧干燥原理及特性（一）噴霧干燥原理利用不同的噴霧器（機械），將需干燥的物料噴成霧狀，形成具有較大的表面積的分散微粒（10-200um），同熱空氣發(fā)生強烈的熱交換，迅速排除本身的水分，在幾秒至幾時秒內(nèi)獲得干燥，如與高溫400-500的熱風接觸需0.01-0.04秒內(nèi)就完成干燥，與100-150的熱風接觸需1-3秒就完成干燥。成品以粉

5、末狀態(tài)沉降于干燥器的底部排出。（二）液滴的干燥特性 在噴霧干燥過程中，即使初速度很高，但由于液滴很小，其雷諾準數(shù)Re一般都是很低的，約在1/10-100范圍以內(nèi)。小于50µm 的液滴，遂以100-150m/s的相對速度運動，但Re也不超過200。當液滴速度很快衰減到與氣流的速度相等時，其Re小于2。傳熱膜系數(shù)： 當純液滴在空氣流中的運動的Re<2時可按傳熱方程式計算： 式中：h-傳熱膜系數(shù)，w/m2.k D-液滴直徑，m -熱空氣熱導率，w/m.k g-氣體的密度，Kg/m3 µg-氣體的粘度，Kg/m.s Cg-氣體的比熱，J/Kg.k v-液滴與空氣的相對速度，m

6、/s 在噴霧干燥過程中，空氣膜的平均溫度約為100，即可將Cg,g,µg , 等值代入上式，并以D換成µm單位，則上式可轉(zhuǎn)化為: 傳熱膜系數(shù)與液滴直徑成正比，與氣體相對速度（V）的平方根成正比（三）噴霧干燥對設備的要求1、 食品在干燥過程中，凡與產(chǎn)品性接觸的部位，必須便于清洗滅菌；2、 應采取措施防止焦粉，防止熱空氣產(chǎn)生渦流與逆流，滿足工藝要求；3、 產(chǎn)品中雜質(zhì)的增加應特別注意，保證熱風清潔。由于空氣過濾器效果不好，風管及加熱器中心中的鐵銹以及保溫層中材料的泄漏所造成的；4、 為了便于檢查生產(chǎn)運行情況，應配置溫度、壓力指示記錄儀、燈孔等；5、 具有高回收率的粉塵回收裝置；6

7、、 為了提高產(chǎn)品的溶解性、速溶性，干燥的產(chǎn)品應迅速從干燥室取出冷卻（連續(xù)出粉）；7、 干燥室內(nèi)溫度及排風溫度不許超過100，它不僅是保證質(zhì)量，而且是安全問題（因為氣體中粉濃度達到一定值，溫度大于160，若遇閃火，爆炸）；8、 提高干燥室的熱效率，必須使噴霧時濃料液滴和熱空氣均勻接觸，其次，加熱器、干燥室、風管等應予以保溫。9、 對于粘性物料應盡量減少粘壁現(xiàn)象。二.噴霧干燥器的分類（一）按生產(chǎn)流程分類1.開放式噴霧干燥系統(tǒng)如圖. 特點：載熱體在系統(tǒng)中只使用一次就排入大氣中，不再循環(huán)使用，結構簡單，適用于廢氣中濕含量較高，無毒無臭氣體。缺點：載熱體消耗量大，簡述流程：壓力噴霧，離心噴霧，氣流噴霧都

8、可以按照開放式系統(tǒng)設計。2.封閉循環(huán)是噴霧干燥系統(tǒng)特點：載熱體在系統(tǒng)中組成一個封閉的循環(huán)回路，有利于節(jié)約載體熱。回收有機溶劑，防止污染大氣，載熱體大多使用惰性氣體（如N2,CO2等）。 流程：從干燥塔排除的廢氣，經(jīng)旋風除塵器除去微細粒子，然后進入冷凝器。冷凝器的作用是將廢氣中的溶劑（或水分）冷凝下來，除濕后的尾氣經(jīng)鼓風機升壓，進入一個間接式加熱器后又變?yōu)闊犸L，如此往復循環(huán)使用。適用于：可燃性溶劑系統(tǒng)，溶劑需回收，產(chǎn)生有污染的臭氣。粉料與空氣混合爆炸等。3.自惰循環(huán)是噴霧干燥系統(tǒng) 自惰就是指系統(tǒng)中有一個自制惰性氣體的裝置。在這個裝置中，引入空氣和可燃性氣體進行燃燒，將空氣中的氧氣燒掉，剩下氮氣和

9、二氧化碳作為干燥介質(zhì)。為使系統(tǒng)中氣體壓力平衡，在鼓風機出口處安裝一個放氣減壓裝置，部分空氣可排放到大氣中。適用于：有臭氣發(fā)出，產(chǎn)品有高度爆炸性，著火危險，通過燃燒消除掉臭氣和產(chǎn)品粉末。4.半封閉循環(huán)是噴霧干燥系統(tǒng)系統(tǒng)中有一燃燒器。半封閉在于干燥介質(zhì)燃燒去臭氣后一部分排入大氣，另一部分燃燒后循環(huán)使用。（二）按噴霧和氣體流動方向分類 并流，逆流和混合型三種 1.并流：在噴霧干燥室內(nèi)，液滴與熱風呈同方向流動 。常用的基本形式：垂直下降并流（特點是：塔壁粘粉比較少），垂直上升并流行型（要求干燥塔截面風速要大于干燥物料的懸浮速度，以保證物料能被帶走。由于在干燥室內(nèi)細粉干燥時間短，粗粒干燥時間長，產(chǎn)品具有

10、均勻干燥的特點。但動力消耗大。）水平并流型（熱風在干燥室內(nèi)呈螺旋狀運動，以便與液滴均勻混合，并能延長干燥時間。液滴水平噴出（壓力噴霧）。缺點是處理量增加時，需增加壓力噴槍數(shù)目，但由噴霧距離小，噴霧角度受一定限制，在清掃產(chǎn)品時存在問題不小。漸漸被淘汰）。由于高溫熱風進入干燥室立即與（含水多的物料）噴霧液滴接觸，室內(nèi)溫度急降，不會使干燥的物料受熱過度，料溫升高較小，因此適宜于熱敏性物料的干燥。風與物料接觸不充分，越到底部，傳熱溫差小，傳熱速率小。在并流系統(tǒng)中，最熱的干燥空氣與水分含量最大的液滴接觸，因而迅速蒸發(fā)，液滴表面溫度接近于空氣的濕球溫度，同時空氣的溫度也隨著降低，因此，從液滴到干燥成品的整

11、個過程中，物料的溫度不高，這對于熱性物料的干燥是特別有利的。這時，由于蒸發(fā)速度，液滴膨脹甚至破裂，因此并流操作時所得產(chǎn)品常為非球形的多孔顆粒，具有較低的視密度。在食品工業(yè)中，如牛奶，果汁，雞蛋液物料的干燥，絕大多數(shù)采用并流噴霧干燥 2.逆流是噴霧干燥器 在噴霧干燥器內(nèi)，熱風與液滴呈反方向流動。特點：高溫熱風進入干燥器內(nèi)首先與要干燥的粒子接觸，使內(nèi)部水分含量達到較低的程度，物料在干燥器內(nèi)懸浮時間長，適于含水量高的物料干燥，設計時應注意氣流速度小于成品粉粒懸浮速度，以防粉粒被廢氣夾帶。常用于壓力噴霧。對于逆流操作系統(tǒng)中，在塔頂，噴出的霧滴與塔底上來的熱空氣相接觸，因此，蒸發(fā)速度較并流的慢。在塔底，

12、最熱的干燥空氣與最干的顆粒接觸，物料易過熱，因此，若干燥產(chǎn)品能經(jīng)受高溫，需要較高的視密度時，則用逆流系統(tǒng)最合適。此外，逆流過程中，平均溫度差和分壓差較大，停留時間較長，有利于傳質(zhì)和傳熱，熱的利用率也高。 3.混合型噴霧干燥器 氣流從上向下（有一個方向），霧滴有兩個方向（從下向上，從上向下）。 特點：氣流與產(chǎn)品較充分接觸，并起騷動，脫水效率較高，耗熱量較少。但產(chǎn)品有時與濕的熱空氣流接觸，故干燥不均勻。（三）按霧化方法分類1.壓力是噴霧干燥器2.離心式噴霧干燥器3.氣流使噴霧干燥器 食品工業(yè)上應用以壓力式和離心式為主，氣流式應用范圍較小，這是由于動力消耗大，經(jīng)濟上不合理。三、霧化器的結構和霧化機理

13、噴霧干燥要求霧滴的平均直徑一般為20-60um,因此將溶液分散成的霧滴是噴霧干燥的一個關鍵。它不僅對經(jīng)濟技術指標而且對產(chǎn)品質(zhì)量均有較大的影響，特別是對熱敏性物料的干燥更為重要。實現(xiàn)物料霧化的霧化器目前有如下三種：1、 壓力噴霧器（壓力噴嘴）系利用高壓泵（70-200大氣壓）強制液體通過小孔（孔徑為0.5-1.5um）使之分散成霧滴；2、 氣流式噴霧器 利用壓縮空氣或過熱蒸汽（一般為2.5-6大氣壓表壓）的高速流動，將溶液分散成霧滴；3、 離心室噴霧器 利用高速旋轉(zhuǎn)（75-150m/s圓周速度）的圓盤，使液體受離心力的作用而分散成霧滴。三種霧化方法各有其優(yōu)缺點：機械式適用于一般粘度的料液，動力消

14、耗最少，大約每噸溶液所需耗能為4-10kw.h,其缺點是必須要有高壓泵，噴嘴小易堵塞，操作彈性小，產(chǎn)生調(diào)節(jié)范圍窄。氣流式的動力消耗最大，每料液約需0.4-0.8壓縮空氣。但其結構簡單容易制造，適用于任何粘度或稍有固體的料液。 離心式的動力消耗介于上述兩種之間，適用于高粘度或帶有固體的料液，而且轉(zhuǎn)盤霧化操作彈性寬，可在設計生產(chǎn)能力的±25范圍內(nèi)調(diào)節(jié)產(chǎn)量，而不影響產(chǎn)品的粘度。其缺點是機械加工要求高，制造費用大，霧滴較粗，噴嘴較大，因此塔的直徑也相應的比其他的噴霧器的塔大的多。（一）機械式（壓力式）噴霧器目前較為常用的有M型和S型兩種。噴嘴一般均有使液體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動的特點。1.S型噴嘴結構

15、：噴嘴、噴芯、噴嘴座、管接頭、旋轉(zhuǎn)室、導流溝槽等。噴芯及噴嘴必須用耐磨材料制造。常用的為硬質(zhì)合金鋼，粉末冶金、炭化鎢、人造寶石、陶瓷等。在乳品生產(chǎn)中現(xiàn)多為不銹鋼噴嘴。噴頭小孔為0.5-1.4mm.工作過程：液體從任意角度進入噴芯的溝槽。由于溝槽與軸線傾斜成一定角度，液流是螺旋狀進入旋室，產(chǎn)生離心力，在噴嘴出口處噴霧。噴芯的溝槽一般為2-6條，噴芯在噴嘴座里不固定，經(jīng)高壓推動力，壓緊在噴嘴錐面上，高壓液體必須流進溝槽，進入旋室從噴嘴噴出。 2.M型噴嘴結構：噴嘴、分配孔板（多孔板）、噴嘴座、管接頭、旋轉(zhuǎn)室、導流溝槽（環(huán)形和切線）。噴頭孔較大，并用人造寶石制成，采用激光鉆孔，孔徑為0.8-2，對于

16、一般物料，其使用壽命可達一年之久，大大超過不銹鋼、鎢鋼制的壽命。工作過程：由噴嘴上面套入多孔板，是液流進入漩渦室時，呈均勻狀態(tài)通過切線溝槽，小孔進入環(huán)形導流溝，再經(jīng)導流槽使物料切線方向進入旋轉(zhuǎn)室，噴入噴頭孔，并自噴孔噴出，從而產(chǎn)生霧狀。 此型噴嘴流量大，適用于生產(chǎn)能力較大的設備， 壓力噴嘴的尺寸參見“化工設備設計”3.霧化機理經(jīng)過高壓泵加壓后的料液以一定的速度，沿切線放下進入噴嘴的旋室，這時液體的部分靜壓能將轉(zhuǎn)化為動能，形成液體的旋轉(zhuǎn)運動。根據(jù)自由旋渦動量矩守恒定律，旋轉(zhuǎn)速度與旋渦半徑成反比。因此越靠近軸心，旋轉(zhuǎn)速度越大，其靜壓力越小，結果在噴嘴中央，形成一股壓力等于大氣壓的空氣旋流，而液體則

17、變成繞空氣旋轉(zhuǎn)的環(huán)形液膜。從噴嘴噴出后，在料液物理性的影響及介質(zhì)的摩擦作用下，液膜伸長變薄，并撕裂成細絲，最后細絲斷裂為液滴。4.壓力噴霧器的特性1）噴霧器的流量2）噴霧角度離心噴嘴的錐狀霧型的錐角，其大小關系到塔的尺寸。角大，塔徑大。 tg/2=ux/uy的大小與噴嘴的結構有關，見圖。噴霧角一般不受料液的表面張力的影響，但隨料液黏度增加而變化。黏度大，角小，以至于無法造成霧化。3）液滴大小各種參數(shù)對液滴尺寸的影響：流量的影響 ：在噴嘴額定進料速率范圍內(nèi)，流量越大，大液滴越多，但當最初沒達到額定流量之前，由于流量少，嘴的流速低，則霧化不完全，所以在此情況下，流量越大，液滴粘度減小，一直達到額定

18、流量為止；霧化角的影響：霧化角越大，減小噴嘴流量系數(shù)，從而流量越小，因而在恒壓下減小液滴尺寸；粘度的影響：粘度越大，液膜越厚，液滴直徑越大；壓力的影響：在進料速度固定時，壓力增加將使平均液滴直徑減小；表面張力的影響：表面張力大的液滴難霧化，但其對液滴的大小影響不大；噴嘴孔徑的影響：在其噴嘴參數(shù)保持不變時，液滴尺寸隨著嘴孔徑的平方而增加。5.壓力霧化器的計算1）通過噴嘴流量2）噴霧液滴直徑噴霧液滴直徑大小可用下列經(jīng)驗公式計算： 霧滴和顆粒的形狀和大小都是各不相同的，其變化直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量。如顏色、容重、溶解度、擴散性等物理性，通常用平均直徑表示。3）壓力噴霧用高壓泵所需功率：N=V11H/10

19、2 kw式中： V1-料液流量 m3/sH-總壓頭 m液柱 -泵效率 一般為：0.7-0.81-料液密度（m/s）4.特點優(yōu)點：1）結構簡單，操作時無噪音，制造成本低，維修方便，動力消耗較小。2）改變了噴嘴的內(nèi)部結構，容易得到所需要的噴矩形狀。3）大規(guī)模生產(chǎn)時可以采用多噴嘴噴霧。采用多噴嘴時，必須注意噴頭分布的距離，相鄰噴嘴距離過近，導致粒度不均。4）適于逆流操作。5）產(chǎn)品粒度粗大。缺點：1）生產(chǎn)過程中流量無法調(diào)節(jié)。噴嘴的噴霧量取決于噴嘴出口孔徑和操作壓力，而操作壓力的改變會影響產(chǎn)品粒度，因此，即使在噴嘴前的管道中裝有調(diào)節(jié)閥也無法達到目的。當閥門關小時，壓力顯著降低，噴霧的分散度受到影響。要調(diào)

20、節(jié)流量，必須更換不同孔徑的噴嘴。操作彈性很小。2）噴孔在1mm以下的噴嘴，易堵塞。3）不適宜用于黏度高的膠狀料液及有固相分界面的懸浮液的噴霧。4）噴嘴易磨損，需經(jīng)常調(diào)換。(二)離心式噴霧器離心式噴霧器液是一種應用較廣泛的噴霧器，它使將料液送到高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤上，由于離心力的作用，料液被甩成薄膜，由噴霧盤的邊緣甩出同時受空氣的摩擦以及本身表面張力作用而成霧滴。1、 離心噴霧盤的結構周邊有噴嘴、葉片、溝槽。 離心噴霧盤的型式很多。常見的有噴槍式和圓盤式兩大類。噴霧器型式的選擇主要取決于被干燥物料的性質(zhì)，如粘度較小的料液可采用噴槍式和多葉片式，對粘度大的料液可采用光滑盤，如碟式。較優(yōu)良的離心盤的條件：

21、（1）潤濕周邊長，表面光滑；（2）能使溶液達到高轉(zhuǎn)速；（3）噴霧均勻；（4）離心盤本身結構要求堅固、質(zhì)輕、結構簡單、無死角、易拆洗、應有較大的生產(chǎn)能力。 碟式、碗式、僧帽式表面平滑，有較長的潤濕周邊，使溶液形成扁平的薄膜，有利于霧化，結構也較簡單；但缺點是：表面平滑，溶液在盤內(nèi)產(chǎn)生較大的滑動，使之不能得到較高的噴霧速度。另外，碟式離心盤在加料時，易發(fā)生液滴飛濺。碗式離心盤上的鉚釘易脫落，造成危險。為了防止上述各缺點 ，在設計中有許多改進，如防止滑動就設計成溝槽式，葉板式以及噴槍式等離心盤。溝槽式離心盤雖然可以保證溶液能達到離心盤的轉(zhuǎn)速，但噴射出來的溶液呈現(xiàn)單獨的細流，液膜較厚，霧化不均勻。液滴

22、分散度較小，成品顆粒粗，若噴出孔改小，遇有污垢有堵塞的可能。噴槍式離心盤較溝槽式離心盤又有了改進，但若要提高處理量，則要增加噴槍數(shù)，才可能使液膜減薄，調(diào)節(jié)不方便。目前這類設備多用于中小型工廠。葉板式離心盤具有較好的潤濕周邊，當溶液在離心盤的中心較近的地方，運動速度不大。因此滑動不大。在離心盤的中心較遠的地方，適當增加一些葉板，就可以在同樣大小的離心盤和在同樣的旋轉(zhuǎn)速度下，增加潤濕表面的周邊，溶液薄膜沿葉板的垂直面移動。因此，可以在不改變離心盤的直徑而增加 葉板的高度來提高生產(chǎn)率，并能得到相同的噴霧分散度和噴矩直徑?？梢娙~板式離心盤結構較合理。其缺點就是需消耗較多的循環(huán)空氣的功率。多層式離心盤：

23、可在噴距直徑較小的情況下，得到較高的生產(chǎn)率；由于圓盤直徑不大，易于取得較高的轉(zhuǎn)速；多層式離心盤還可作兩種以上的料液同時進行噴霧而混合。工業(yè)用離心盤的直徑通常為160-500mm，轉(zhuǎn)速約為3000-20000轉(zhuǎn)/分，直至高達20000以上。相應的圓盤圓周速度為75-170m/s。為了達到產(chǎn)品均勻、分散以及小噴矩等的要求，在設計離心噴霧盤時，其圓周速度最小不低于60m/s。因為實踐證明，如果圓周速度小不60m/s，得到的霧滴不均勻，盤近處液滴細小，遠處粗液滴。2、 離心噴霧的霧化機理離心噴霧是利用在水平方向作高速旋轉(zhuǎn)的圓盤給予溶液以離心力，使其以高速甩出，形成薄膜，由噴霧盤的邊緣甩出同時受空氣的摩

24、擦以及本身表面張力作用而成細絲或液滴。從離心盤甩出的液體被分散為液滴的現(xiàn)象，受下列因素的支配：1）液體的粘度，表面張力；2）液體在離心盤邊緣的慣性力（離心力）；3）液體甩出點周圍空氣的摩擦力；當離心盤轉(zhuǎn)速很低并且液量很小時，則粘度和表面張力起決定因素。此時霧化機理為物性控制。當離心盤的轉(zhuǎn)速越來越高，液量也越來越大時，則離心力和摩擦力起決定因素，此時霧化機理液就從物性控制過渡到離心力和摩擦控制，成為速度霧化機理。在工業(yè)生產(chǎn)條件下，大多采用高速轉(zhuǎn)盤和大流量下操作，所以霧化主要是速度霧化。高粘度液體的霧化也強調(diào)速度霧化。速度霧化所得噴霧具有很寬的滴徑分布，為了提高噴霧的均勻性，可在低液量的情況下，提

25、高轉(zhuǎn)盤的速度。在噴霧干燥的操作條件下，想利用調(diào)節(jié)料液粘度和表面張力來獲得均勻的液滴是不可能的。因此料液量一定時，為了保證液滴的均勻性，必須注意以下幾點：離心盤必須無震動運轉(zhuǎn)； 轉(zhuǎn)盤速度要高； 轉(zhuǎn)盤上的葉片的溝槽表面必須平滑； 轉(zhuǎn)盤上葉片表面完全為料液所潤濕； 進料量要穩(wěn)定而且均勻 總之，液滴大小和噴霧的均勻性，與物料的性質(zhì)、處理量、盤的結構、轉(zhuǎn)速等有密切關系。3.離心噴霧器的特性（1） 噴霧角：液體離開轉(zhuǎn)盤的速度與圓周速度的夾角叫噴射角。生產(chǎn)實際中一般為5°- 6°（因為液體在盤上的徑向速度比圓周速度小的多）。霧化器的霧化程度取決于液體釋出速度u。由圖可知：u=（ut2+u

26、r2）1/2 =tg-1ur/ut液體離心盤邊緣的徑向速度ur與轉(zhuǎn)盤的型式、尺寸、轉(zhuǎn)速、進料量以及流體物理性質(zhì)有關，可用下式計算：對于光滑盤：ur=0.0377(pn2Q2/D.u)1/3m/sp-物料密度 kg/m3n-轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)數(shù) 轉(zhuǎn)/minQ-盤上物料量 m3/minD-盤直徑 mu-物料的粘度 厘泊對于帶噴嘴盤：ur=（w0.8R0.4/A0.4）(1-0.35/A0。95w0.42R1.34)0.4 m/sw-盤的角速度 弧度/秒R-轉(zhuǎn)盤半徑 米A-系數(shù) 考慮摩擦關系的一個系數(shù)是一變量A=0.09r0.35v0.25/(Q/z)0.8r-噴嘴半徑v-物料運動粘度Q-物料量z-噴嘴個數(shù)根

27、據(jù)A的值，計算出徑向速度一般為：0.3-0.85倍的圓周速度，即（0.3-0.85）wR. 對于具有淺槽或葉片的離心盤：ur=0.885(p.2n2D2Q2/uZ2h2)1/3 m/s式中：p-液體密度 kg/m3n- 盤的轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)/sD- 盤的直徑 mQ- 料液量 m3/su-料液粘度 帕.秒Z-葉片板h- 淺槽深度 m盤的切線速度與盤的結構型式及轉(zhuǎn)速有關。對于具有淺槽式或葉片式的轉(zhuǎn)盤，由于淺槽和葉片限制液體的滑動，所以切線速度就等于盤緣的圓周速度。即：ut=.D.n=wR m/s對于光滑盤，由于物料在盤上產(chǎn)生滑動，則切向速度小于圓周速度，所以合速度小，霧化不好。工業(yè)上采用帶葉片或溝槽的盤以

28、防止滑動，關于光滑盤的切向速度計算，由弗雷澤提出判斷滑動程度的數(shù)群A=G/（Du） 式中：G-物料流量 m3/h D-盤直徑 m u-物料粘度 厘泊當A2140時 ,ut0.5D.n m/sA=1490 時 , ut=0.6.D.n m/s A=745時， ut=0.8D.n m/s .（2） 液滴大小影響離心噴霧液滴的直徑大小的因素有轉(zhuǎn)速、盤徑、盤型、進料量、流體密度、粘度和表面張力。通常將歸納為如下方程： 對于具有淺槽或葉板的離心盤，可用下式計算：d 平均=kR(Mp/pnr2)0.6(u/Mp)0.2(pZh/Mp)0.1 m式中：Mp-葉板周邊潤濕率 (kg/m.s);R-轉(zhuǎn)盤半徑（m

29、）;N-盤轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）;u-液體粘度 （pa.s）;- 液體表面張力（N/m）;p-液體密度 kg/m3;Z-葉板數(shù)h-葉板高度 (m)k-系數(shù)。 其值為：0.37-0.40 與Mp有關. 當Mp<0.33時，取K=0.37; Mp>0.33時，取K=0.4上式適用于溶液粘度1-9000厘泊。表面張力74-100達因/ ，比重為1-1.41。對于帶噴嘴的離心轉(zhuǎn)盤，用于霧化牛奶時，滴徑可用下式計算：d平均=98.5（1/n）（/Rp）1/2 (m) 其中：n-盤轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分） -牛奶表面張力 /mR-盤半徑（m）;p-牛奶密度（/m3）(3) 噴距半徑在回轉(zhuǎn)圓盤噴霧時，噴距的直徑很

30、重要的數(shù)據(jù)。因為干燥式的直徑是根據(jù)噴距直徑大小而選定。在實際中干燥室的直徑稍大于噴距直徑，這樣極為有效，否則會有一部分液滴直接噴到塔壁上，就會使產(chǎn)品質(zhì)量惡化。噴出來的液滴小，噴的近，噴距小。因為與空氣摩擦其動能降的快；噴出來的液滴越大，越不均勻，噴距直徑達。所以，當其它條件不變時，提高生產(chǎn)能力，噴距直徑增加。所以為了提高生產(chǎn)能力，又不使干燥室過大，往往采用多層盤。這樣，霧滴分散更好，而且又是縮小噴距直徑的良好辦法。噴距的最大直徑是S，是99的霧滴降落至離心噴霧器下方3英尺處的霧矩截面半徑。可用下式計算：S=（3.3D0.21G0.2）/n0.16m 式中 :D-轉(zhuǎn)盤直徑(m)G-進料量 (kg

31、/h)N-盤轉(zhuǎn)速 （轉(zhuǎn)/分）噴距的最大半徑對噴霧干燥塔直徑的確定有重要意義，特別是離心噴霧場合。因為它不象用機械噴嘴或氣流噴嘴時，把小零件更換就可調(diào)節(jié)霧矩大小，則不致引起粘壁，但對離心噴霧卻很難借著改變霧化器的結構來改變霧矩，所以對噴霧距直徑必須預先精確計算，才能確定塔直徑。（4）離心噴霧盤所消耗的功率主要包括三方面： 供給料液霧化所需功率 N1（使料液產(chǎn)生相應動能） 克服轉(zhuǎn)盤表面和空氣摩擦需功率 N2 盤內(nèi)空氣循環(huán)所消耗功率N3總功率為：N=N1+N2+N3 (kw)盤內(nèi)空氣循環(huán)所消耗的功率，因盤的結構不同而異，通常因盤內(nèi)空氣量不大，所以其消耗的餓功率可忽略。料液霧化所需功率可用下式計算：N

32、1=1.095×10-5Gn2(R2-0.5R02) Kw式中：G料液量 （Kg/h）n盤的轉(zhuǎn)速 （轉(zhuǎn)/秒）R盤半徑 （m）R0從入料口到盤中心的距離 （m）克服盤與空氣摩擦所消耗功率，可用下式計算：N2=(4R2/Va)(UT/100)3 Kw式中：R盤半徑 (m)Va空氣比容 (m3/Kg)UT-盤圓周速度 (m/s)4.特點優(yōu)點：1）液料通道大，不易堵塞。2）對料液的適應性強，高黏度、高濃度的料液均可。3）操作彈性大，進料量變化±25%時，對產(chǎn)品質(zhì)量無大影響。4）可同時霧化兩種以上物料。5）產(chǎn)品粒度均勻。缺點：1）結構復雜、造價高、維修工作復雜。2）動力消耗比壓力式大

33、。3）只適于順流、立式噴霧設備。（三）氣流式噴霧器由于他的動力消耗太大，故食品工業(yè)很少應用。它是用于試驗用小型設備和小批量生產(chǎn)，在此不作介紹。可參閱有關資料。（四）離心噴霧與壓力噴霧的比較壓力噴霧和離心噴霧在國內(nèi)外食品工業(yè)上都用于大規(guī)模的生產(chǎn)中，目前國內(nèi)外以壓力噴霧為主。如蛋、乳粉生產(chǎn)中壓力噴霧占75，而離心噴霧占24。國外歐洲以離心噴霧為主，美、日、丹麥等國以壓力噴霧為主。四、噴霧干燥器及系統(tǒng)組成：干燥室、噴霧器、熱空氣分配裝置、進風機、空氣過濾器、空氣加熱器、進料裝置、粉塵回收裝置及排風機。（一）噴霧干燥室 多為廂式和塔式兩大類。由于處理物料不同，受熱溫度不同，以及熱風進入和進料方式不同，

34、其結構型式也很多。干燥室所用材料不同，可分為金屬結構的、鋼筋水泥結構的及有襯里（瓷磚）結構的。目前普遍用金屬結構。廂式（臥式）：用于水平方向的壓力噴霧干燥，其底有平底的和斜底的。前者用于處理量不大的場合，結構簡單。用于食品干燥其內(nèi)襯不銹鋼板，底部有良好的保溫層，以免干燥積露回潮。干燥室外壁用絕熱材料保溫，常用的保溫材料有：玻璃絲棉、砂渣棉、輕質(zhì)石棉磚、蛭石、泡沫塑料等。塔室干燥室（干燥塔）：新設計的噴霧干燥設備，幾乎都采用塔式結構。適用于離心噴霧，壓力噴霧和氣流噴霧塔的結構，其骨架用型鋼，內(nèi)壁視處理物料可用薄不銹鋼板或普通鋼板制造。用型鋼骨架是為了節(jié)省不銹鋼，否則需用10mm厚的鋼板做塔，材料

35、費用高。型鋼價格4000-5000元/噸，不銹鋼薄板價格（2-3mm厚）40000-50000元/噸。塔底結構多為錐形底。為了防止物料產(chǎn)生粘壁現(xiàn)象，熱塑性制品（高溫軟化，低溫硬化），故具有塔壁冷卻措施。常用的冷卻方法有三種：1、有塔的圓錐體下部切線方向進入冷空氣掃過塔壁。2、具有夾套 3、沿塔內(nèi)壁裝有旋轉(zhuǎn)空氣清掃器，通冷空氣冷卻。（二）熱風盤1.熱風進口位置及熱風分配室熱風進入干燥室之前，必須通過特殊結構的熱風分配室使熱風均勻分布，充分與顆粒接觸。而且不產(chǎn)生渦流和焦粉現(xiàn)象。熱風分配是出口風速一般為：5-12m/s,干燥室截面風速0.2-0.54m/s.(1) 壓力噴霧熱風分配裝置：均勻板氣流形

36、成直流：、熱風從側面進入，通過一塊垂直和一塊水平孔板分布均；勻。、熱風垂直向下進入，經(jīng)三塊水平孔板分布均勻。氣流呈旋轉(zhuǎn)狀流動：調(diào)節(jié)旋風板的葉片角度，調(diào)節(jié)氣流旋轉(zhuǎn)程度。用于臥式壓力噴霧。目的增加熱風與霧滴接觸時間，也適用于立式順流。錐形氣流調(diào)節(jié)裝置在熱風導管中裝有一上下具有錐形增速套。在錐形套的中心安裝噴槍（壓力噴霧器）。氣流以每秒15米的速度從套筒與導管間的環(huán)隙通過，使氣流垂直進入塔內(nèi)，不形成旋轉(zhuǎn)，故避免在進風口處產(chǎn)生粘壁現(xiàn)象。多個導風管調(diào)節(jié)裝置四個導風管總截面積=進風管面積。四個導風管的風速要想保持相等，進風管處的導風管應調(diào)高一些，離總管遠的導風管裝的低一些。（2）離心式噴霧干燥熱風分配裝置

37、其構造由熱風盤、錐形支座、導風板、空氣分散器、冷卻風圈、（細粉回收管、離心盤、均風板）組成。熱風分配盤：圖為由一個進風口進入，為了使熱風均勻入塔，故盤的風道截面越來越小（因風量逐漸減?。ｅF形支座內(nèi)外壁為不銹鋼造。中間是保溫層。 空氣分散器它由三個掛鉤支架，用三個S型不銹鋼掛鉤懸掛在錐形導板上，上下可調(diào)節(jié)。冷卻風圈因塔頂出進風溫度高，以產(chǎn)生焦粉，故在熱風出口周圍裝有冷卻風圈。室內(nèi)的冷空氣從進風口進入冷卻進風圈，繞行一周后沿中間隔板上的孔入錐體上的風圈，再繞到一周后由排風口經(jīng)排分機排出室外。離心式噴霧干燥熱風分配裝置工作原理：熱風切線方向進入熱風盤，通過多孔板，在錐形導風板和空氣分散器的作用下，

38、就能均勻的進入塔內(nèi)。其調(diào)節(jié)，錐形導板能使熱風形成圓形轉(zhuǎn)動，螺旋式沿錐體下吹，在空氣分散器的作用下均勻進塔，導板與錐體軸線成25-30°，夾角太小旋流差，夾角太大，旋流急劇，易使塔頂粘粉。空氣分散器調(diào)節(jié)，其向上調(diào)，霧滴至塔頂距離小，霧滴平甩出（霧滴向外旋轉(zhuǎn)）。往下調(diào)，霧滴距塔頂距離大，霧滴垂直甩出（霧滴向下旋轉(zhuǎn)）。其最佳位置是上緣位于錐形風道的1/2處。（三）噴霧器（四）空氣過濾器、加熱器、風機及粉塵回收裝置1.空氣過濾器結構：用不銹鋼細絲絨制成50×50mm，厚5-12cm，單位過濾層，噴上輕質(zhì)油或植物油組成過濾器。作用：當空氣通過時，雜質(zhì)被阻擋或被油膜吸附，達到凈化目的。

39、2.空氣加熱器（略）3. 風機的選擇噴霧干燥系統(tǒng)所用的進風機和排風機均為離心式鼓風機，其性能曲線在產(chǎn)品樣本均有說明。選擇風機時，風量要根據(jù)計算值，再加上一定裕量。如進風機加1020。排風機加1530，一般情況下，排風機的風量比進風機要大2040，使干燥塔內(nèi)保持微負壓，以避免粉塵跑向車間。在奶粉噴霧干燥中，一般要用進風機的風壓為120160mmH2O柱，排風機的風壓為180240mmH2O柱。進風機風壓空氣過濾阻力+加熱器阻力+管道阻力排風機風壓干燥室阻力+粉塵過濾器阻力+排風系統(tǒng)管路阻力+干燥室內(nèi)保持負壓根據(jù)經(jīng)驗，進風管風速為610m/s，排風管風速為58m/s為宜，故其管路直徑可用流量公式計

40、算。4.粉塵分離裝置目的：回收物料，防止浪廢，及防止對環(huán)境的污染。常用的為先用旋風分離器分離，再用袋濾器，或者單獨使用旋風分離器，或單獨使用袋凈器。1）袋凈器同氣流輸送一樣的結構。2）旋風分離器（1）旋風分離器的操作原理旋風分離器是利用離心沉降原理，從氣流中分離出顆粒的設備。其主體的上部為圓筒形，下部為錐形，含塵氣體從圓筒的上部以切線方向進入，獲得旋轉(zhuǎn)運動，分離出粉塵后，從器的頂部排氣管排出，粉塵從錐底排出。（2）旋風分離器的形式工業(yè)上用的旋風分離器有含塵氣體切線進入和蝸卷式進入兩種。切線入口：進口處阻力很大，效果差。蝸卷式入口此種入口式汗塵氣體均勻螺旋流動，因而比切線入口具有較高的回收率。當

41、兩種尺寸相同時，它處理氣體是比切線入口大。有旋渦存在，氣不往下走。（改進型）擴散式：可防止上升流將塵粒重新卷起。粉塵回收高，能除去10m粉塵，但構造復雜。反射屏使大部分氣體被反射，經(jīng)中心管排出。粉塵在器壁上撞擊墜落。進入受塵斗的氣流從反射屏透氣孔上升到中心排氣管排出。到錐體使氣體速度下降，大部分氣體反射回排氣口。 （1）切線入口 （2）蝸卷式入口（3）結構：進氣管、中央排氣管、圓柱體、圓錐體。（4）旋風分離器的選型由于對旋風分離器的內(nèi)部氣流運動規(guī)律還沒有充分的認識，關于它的設計，目前還是根據(jù)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)，進行選用為主，且選用的方法也不統(tǒng)一，常用的方法為，選定型式。即：根據(jù)粉塵的性質(zhì)、分離要、，允

42、許的阻力和制造條件等因素，全面分析，合理地選擇旋風分離器的型式。從各類旋風分離器的結構特點分析，一般說：1.粗短形的除塵效果低、阻力小，適用于大風量，低阻力粗凈化;2.細長的除塵效率高，阻力大，操作費用增加。 五、噴霧干燥器的設計與計算（一） 首先掌握已知條件1、 設計條件 被干物料處理量、料液含水量、成品含水量等；2、 物料性質(zhì) 比熱、比重、平均粒度、粘度、表面張力等；3、 外界條件 熱源、周圍空氣濕度、溫度、設備型式、熱風入口溫度、出口溫度等。（二） 干燥室熱工計算首先由已知條件在I-x (濕焓圖) 圖上查各個階段空氣的參數(shù)，然后進行下列計算：1、熱空氣用氣計算知道熱空氣用量，可計算加熱空

43、氣消耗的蒸汽量和選風機,以及校核干燥室的氣流速度。(1） 干燥過程中絕對干空氣的重量用量：L=w/(x2-x0) kg干空氣/ h式中：w-干燥被蒸發(fā)水分（/h）， 通過物料衡算求得x0-進入干燥器前（新鮮空氣）空氣濕含量 （水/干空氣）x2-離開干燥器時空氣的濕含量 （水/干空氣）（2） 干燥過程中熱空氣的體積用量先求出濕空氣的比容，空氣在某一溫度和濕度的情況下，其比容可用下式計算：V=4.64×10-3(0.622+x)(273+t) m3/此公式計算出的 值略大于化工原理中導出計算式的值。因為塔內(nèi)壓力略低于大氣壓。化工講的公式：V=（0.773+1.244 x）（） m3/在計

44、算熱空氣體積時，用平均比容，即熱空氣比容（v1）與廢氣比容 (v2) 的算術平均值 V平均=(v1+v2)/2即熱空氣用量：v=LV平均 m3/2、蒸汽消耗量的計算在干燥過程中，需用熱空氣放出熱量，供水分蒸發(fā)，物料加熱；周圍熱損失。則空氣加熱器供給冷空氣總熱量為： Q=L(I1-I0) /h式中：Io-新鮮空氣熱焓 kj/I1-加熱后空氣熱焓 kj/kg實際中考慮有熱損失則可為：Q實際=Q(1+0.08)=1.08Q則空氣加熱器蒸汽消耗量：Dk=Q式/(ID-Is) kg/h式中：ID-加熱蒸汽熱焓 kj/kgIs-蒸汽冷凝液熱焓 kj/kg-熱利用系數(shù) ，取 0.95蒸發(fā)1水分，蒸汽消耗量D

45、k/w kj/kg.（三）干燥器的設計計算1.干燥室尺寸及噴嘴位置的確定1）干燥室有效容積的計算有效容積，決定于水分蒸發(fā)量及蒸發(fā)強度Ve=W/g(m3)式中：W-水分蒸發(fā)量（kg/h）Ve-干燥室有效容積g-容積干燥強度（Kg/m3h），是經(jīng)驗值，其與溫度有關。g=0.03tB-1tB -進入干燥室的熱風溫度（）2）干燥室截面積（1）壓力噴霧干燥室截面積a、選截面風速0.2-0.5m/s根據(jù)蒸發(fā)水量求出熱風量，計算截面積：F=說明，關于截面風速的選擇問題很重要。當風速過大，粉粒不易沉降，增加了廢氣的含塵量及回收設備的負擔，而且也縮短了微粒的干燥時間，影響干燥效果，易造成粘壁現(xiàn)象，反之，雖克服了

46、上進缺點，但增加了設備投資，為了生產(chǎn)大顆粒產(chǎn)品，對立式順流干燥設備而言，截面風速宜選小一些為好（噴嘴孔大）（大顆粒產(chǎn)品易沖調(diào)）b、 根據(jù)噴嘴數(shù)量的布置確定塔截面噴嘴數(shù)量的計算：選噴嘴孔徑0.8-1.5mm，算出一個噴嘴截面積f，求出單個噴嘴體積流量： 式中：g-重力加速度 m/s2D p-壓差 Kg/m3r -密度 Kg/m3c-噴嘴流量系數(shù) 0.25-0.55根據(jù)總的流量求出噴嘴數(shù)量。根據(jù)噴嘴的布置確定塔截面：噴嘴位置布置的原則：在噴霧時，噴嘴互不干擾，而且顆粒在干燥前不與壁接觸，因此要求噴嘴軸間距為1m左右。對臥式距底部不少于1.2-1.5m，距頂及兩側一半為宜。由此可以排出干燥室的截面積

47、。再依此計算出風速，驗算是否在0.2-0.5m/s間。在荷蘭，乳粉生產(chǎn)利用24個噴嘴，直徑為9米的干燥塔，其噴嘴的排列方法為：分成8組，每組3個噴嘴，正三角形排列。根據(jù)噴嘴的開關控制排風溫度。如當關閉時通一兩分鐘的水降溫，同時起到了清洗作用。24小時停機一次。c.根據(jù)蒸發(fā)強度確定塔徑D=1.05(w/g)1/3 （m）式中：W-蒸發(fā)量 （Kg/h） g-容積干燥強度 （Kg/m3.h）（2)離心噴霧干燥室截面積根據(jù)最大噴矩半徑確定塔截面積 D=2.25Smax （m） Smax=3.3(D0.21G0.2)/n0.16 G進料量（Kg/h） D盤直徑(m) n-盤轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)根據(jù)蒸發(fā)強度確定

48、塔徑 D=1.05(W/g)1/3 （m）3）干燥室長度（高度）的確定（1）壓力噴霧干燥室根據(jù)截面積和有效容積求出 L(H)=Ve/F 符號同前。對立式順流干燥塔高度：H1=8-30m (圓桶部分)H2=D （截錐部分）現(xiàn)在日趨向15-20m，目的是為了滿足大流量單嘴產(chǎn)需要。增加干燥室高度或降低截面風速，目的是使大顆粒霧滴有足夠的干燥時間，或用低熱源也能達到干燥的要求。（2）離心噴霧干燥室有效高度的確定H1=DDH2=D也可以根據(jù)塔內(nèi)截面積氣流速度，選取熱空氣在塔內(nèi)有效高度流經(jīng)的時間，求塔高。 H=W平´×（812S） m2.空氣過濾器的計算計算過濾面積：A=V/m (m2)式中：A-過濾面積 (m2)V-通過的空氣量 (m3/h)m-過濾強度，即濾層的單位面積負荷（m3/m2.h）。一般為4000-8000，設計時要求小于2(m3/m2.s)，即空氣速度2(m/s)?？諝馔ㄟ^過濾層的阻力： Hf=0.5Sv1.8 （mmH2O）或Hf=0.03m1.282 (mmH2O)式中：S過濾厚度（cm）v過濾速度（m/s）經(jīng)驗得知，過濾阻力一般不超過15-20 mmH2O柱。采用中孔泡沫跑摸塑料阻力小，不超過8 mm