食品廠對干燥設(shè)備的技術(shù)要求

09.12.2024

第一節(jié)干燥原理及對干燥設(shè)備的技術(shù)要求

第二節(jié)帶式干燥機(jī)

第三節(jié)噴霧干燥設(shè)備

第四節(jié)升華干燥設(shè)備

物料干燥設(shè)備

食品機(jī)械與設(shè)備Foodmachineryandequipment09.12.2024第一節(jié)干燥原理及對干燥設(shè)備的技術(shù)要求一、干燥過程

當(dāng)物料受熱干燥時(shí)，相繼發(fā)生以下兩個(gè)過程：

表面汽化：熱量從周圍環(huán)境傳遞至物料表面使其表面水分蒸發(fā)。

內(nèi)部擴(kuò)散：物料內(nèi)部水分傳遞到物料表面。二、干燥設(shè)備技術(shù)要求

（一）干燥設(shè)備分類

(1)按干燥器操作壓力分常壓式和真空式干燥器。

(2)按干燥器操作方式分間歇操作和連續(xù)操作干燥器。

(3)按被干燥物料的形態(tài)分塊狀物料、帶狀物料、粒狀物料、膏狀物料、溶液或漿狀物料干燥器等。

(4)按干燥器供給物料熱量的方法分傳導(dǎo)加熱、對流加熱、輻射加熱、高頻加熱干燥器等。

09.12.2024二、干燥設(shè)備技術(shù)要求

(5)按干燥器使用干燥介質(zhì)的種類分空氣、煙道氣、過熱水蒸氣、惰性氣體干燥介質(zhì)的干燥器。

(6)按干燥器的結(jié)構(gòu)分噴霧干燥器、流化床干燥器、氣流干燥器、回轉(zhuǎn)圓筒干燥器、滾筒干燥器、真空耙式干燥器、各種箱式和帶式干燥器等。

(7)按干燥器的干燥過程分絕熱干燥過程和非絕熱干燥過程，前者又可分為小顆粒物料干燥器和塊狀物料干燥器；后者也可分為真空干燥器、傳導(dǎo)傳熱干燥器以及輻射傳熱干燥器。09.12.2024二、干燥設(shè)備技術(shù)要求

（二）干燥器的選型主要應(yīng)根據(jù)物料的形態(tài)、性質(zhì)、干燥產(chǎn)品的要求、產(chǎn)品的大小、處理方式以及所采用的熱源等為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合干燥器的分類進(jìn)行對比，確定所適合的干燥器的類型。至于選用何種干燥器，一方面可借鑒目前生產(chǎn)采用的設(shè)備，另一方面可利用干燥設(shè)備的最新發(fā)展，選擇適合該任務(wù)的新設(shè)備。如這兩方面都無資料，就應(yīng)在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)核算后作出結(jié)論，才能保證選用的干燥器在技術(shù)上可行，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，且經(jīng)濟(jì)合理。09.12.2024三、食品工業(yè)常用的干燥器及其應(yīng)用(1)噴霧干燥器用于奶粉、奶油粉、乳清粉、蛋粉、果汁粉、速溶咖啡、速溶茶、蛋白粉等物料的干燥。

(2)流化床干燥器用于食鹽、谷物、玉米胚芽、糖粉、奶粉等物料的干燥。

(3)箱式和帶式干燥器用于各類食品、糖、味精等物料的干燥。

(4)微波干燥器用于薄片食品(如餅干、肉干、快速面)、飲料、巧克力、蜂乳晶等的加熱干燥及包裝食品的加熱殺菌。

(5)紅外線干燥器用于谷物、蔬菜、水果、食糖、糕點(diǎn)制品、面包、熏烤肉、魚、香腸制品等物料的干燥。

09.12.2024三、食品工業(yè)常用的干燥器及其應(yīng)用(6)升華(冷凍)干燥器用于魚類、高級(jí)蔬菜(如蘑菇等)、湯粉、飲料等物料的干燥。

(7)氣流干燥器用于淀粉、面粉、葡萄糖、食鹽、味精、切成碎塊的馬鈴薯及肉丁等食品的干燥。

(8)真空干燥器用于液體、漿體、粉體和散粒食品的干燥。09.12.2024第二節(jié)帶式干燥機(jī)

帶式干燥機(jī)是一種將物料置于輸送帶上，在隨帶運(yùn)動(dòng)通過隧道過程中與熱風(fēng)接觸而干燥的設(shè)備。它一般由若干個(gè)獨(dú)立的單元段組成，每個(gè)單元段包括循環(huán)風(fēng)機(jī)、加熱裝置、單獨(dú)或公用的新鮮空氣抽入系統(tǒng)和尾氣排出系統(tǒng)，干燥介質(zhì)的溫度、濕度和循環(huán)量等操作參數(shù)可以獨(dú)立控制，使物料干燥過程達(dá)到最優(yōu)化。

帶式干燥器因結(jié)構(gòu)和干燥流程不同，有多層、單層和多級(jí)等各種不同的類型。物料在干燥過程中，不受振動(dòng)或沖擊作用，不會(huì)造成損傷，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，安裝維修方便，但占地面積大，運(yùn)行噪音較大。DWT封閉式循環(huán)式干燥機(jī)09.12.2024第三節(jié)噴霧干燥設(shè)備

一、噴霧干燥原理噴霧干燥利用霧化器將溶液、乳濁液、懸浮液或膏狀料液分裂成細(xì)小霧狀液滴，在其下落過程中，與熱氣體(空氣、氮?dú)饣蜻^熱水蒸氣)接觸進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，瞬間將大部分水分除去而成為粉末狀或顆粒狀的產(chǎn)品。用于奶粉、蛋粉、果汁粉、速溶咖啡、速溶茶及制備微膠囊制品等產(chǎn)品。

1.噴霧干燥過程如圖12-22所示。在干燥室頂部引入熱風(fēng)，同時(shí)料液被送到室頂部，然后經(jīng)過霧化器霧化成細(xì)小的霧滴，由于霧滴群具有極大的表面積，與熱空氣接觸后，短時(shí)間內(nèi)物料水分被蒸發(fā)成為干制品，從干燥室底部卸料裝置排出。熱風(fēng)吸收水蒸氣后溫度降低，濕度增大，作為廢氣由排風(fēng)機(jī)從干燥室下側(cè)抽出，廢氣中夾帶的微粉用分離裝置回收。一、噴霧干燥原理圖13－22噴霧干燥示意圖09.12.2024一、噴霧干燥原理

2.噴霧干燥的特點(diǎn)

(1)優(yōu)點(diǎn)：

a)干燥過程非常迅速。霧滴直徑10~200μm，瞬間可蒸發(fā)95~98%的水分，時(shí)間僅需5~40s左右。

b)干燥過程中液滴的溫度低，產(chǎn)品質(zhì)量較好。50℃~60℃。

c)產(chǎn)品具有良好的溶解性、流動(dòng)性和分散性。

d)生產(chǎn)過程簡化，操作控制方便。

e)制品純度高。

f)適宜于連續(xù)化大規(guī)模生產(chǎn)。

(2)缺點(diǎn)：a)設(shè)備比較復(fù)雜，一次性投資較大。b)廢氣夾帶的微粉，需要一套高效的分離裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、費(fèi)用較貴。c)因設(shè)備龐大，且衛(wèi)生條件要求高，設(shè)備清理工作量大。d)設(shè)備的熱效率不高，熱消耗大，熱效率約30%~40%，動(dòng)力消耗大。09.12.2024二、噴霧干燥設(shè)備的主要構(gòu)成

噴霧干燥設(shè)備主要包括原料液供給系統(tǒng)、空氣加熱系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、氣固分離系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。干燥系統(tǒng)是噴霧干燥設(shè)備的關(guān)鍵，包括霧化器、干燥室等，霧化器使料液分裂成霧滴，干燥室是料液與空氣進(jìn)行傳熱傳質(zhì)的重要場所。

1.霧化器霧化器是噴霧干燥的關(guān)鍵部件，霧滴平均直徑一般為Φ20~60μm。噴霧干燥中使用的霧化器分為壓力式、離心式和氣流式。

（1）壓力式霧化器壓力式霧化器俗稱壓力噴嘴，液體在高壓作用下通過噴嘴時(shí)，因噴嘴結(jié)構(gòu)形成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，最后經(jīng)噴嘴孔高速噴出而被霧化。09.12.2024二、噴霧干燥設(shè)備的主要構(gòu)成

當(dāng)噴嘴孔為細(xì)直孔時(shí)，隨著壓力增加，液體流出狀態(tài)的演變過程如圖13-25。由高壓泵供來的高壓(2~20MPa)液體，經(jīng)噴嘴作用后，部分勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能使液體呈現(xiàn)強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。離開噴嘴后形成旋轉(zhuǎn)的空心圓錐形薄膜（圖13－26），厚度大約至0.5~40cm，又稱空心錐噴霧。隨著液膜伸長變薄，最后分裂為小霧滴。壓力霧化器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，維修、更換方便；動(dòng)力消耗較??；改變噴嘴的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可獲得到不同的霧化效果。缺點(diǎn)：生產(chǎn)過程中流量及操作壓力無法單獨(dú)調(diào)節(jié)，否則會(huì)影響霧化質(zhì)量。噴嘴孔徑很小，一般在φ1mm以下，極易堵塞，不適于高粘度料液。噴嘴易磨損，需經(jīng)常更換。二、噴霧干燥設(shè)備的主要構(gòu)成圖13－25不同流速的液體霧化狀態(tài)圖13－26噴霧特性比較(a)實(shí)心錐噴霧(b)空心錐噴霧09.12.2024二、噴霧干燥設(shè)備的主要構(gòu)成

（2）離心式霧化器離心式霧化器是液體在流經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)盤內(nèi)腔或表面時(shí)因獲得的離心力而被霧化。當(dāng)料液被送至高速旋轉(zhuǎn)圓盤上后，在自身慣性力離心力和重力作用下得到加速而分離霧化，其中離心力遠(yuǎn)大于重力，稱為離心霧化；液體和周圍空氣接觸面處的摩擦力作用，促使形成液滴，稱為速度霧化。這兩種霧化同時(shí)存在，隨著料液量和霧化器轉(zhuǎn)速的增大，順序發(fā)生直接分裂成液滴、絲狀割裂成液滴和膜狀分裂成液滴三種霧化形式（圖12-30）圖13－30離心噴霧的霧化過程(a)直接分裂成液滴(b)絲狀割裂成液滴(c)膜狀分裂成液滴09.12.2024二、噴霧干燥設(shè)備的主要構(gòu)成

液滴大小和噴霧的均勻性，主要取決于旋轉(zhuǎn)圓盤的圓周速度和液膜厚度。液膜厚度與溶液的性質(zhì)、處理量有關(guān)；圓盤的圓周速度較小(小于50m/s)時(shí)，噴霧不均勻性隨圓盤轉(zhuǎn)速的增加而減小，圓盤圓周速度大于60m/s時(shí)，就能克服不均勻性。要得到均勻的液滴，需要滿足下列5個(gè)條件：霧化輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)無振動(dòng)；旋轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速要高；液體通道表面光滑；料液在流體通道上均勻分布；均勻的進(jìn)料速度。離心霧化器的液料通道大，不易堵塞；對料液的適應(yīng)性強(qiáng)，高粘度、高濃度的液料均可；操作彈性大。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。圖13－31光滑圓盤(a)平板型(b)盤型(c)碗型(d)杯型圖13－32多葉圓盤1－盤蓋2－鉚釘3－圓盤50kg霧化盤高速離心霧化器6000200kg霧化盤霧化器09.12.2024二、噴霧干燥設(shè)備的主要構(gòu)成

（3）氣流式霧化器又稱二流體噴霧，利用蒸汽或壓縮空氣的高速運(yùn)動(dòng)(一般為200~300m/s)使料液在噴嘴出口處相遇而產(chǎn)生液膜分裂而霧化。由于料液速度不大，而氣流速度很高，兩種流體存在著相當(dāng)高的相對速度，液膜被拉成絲狀，然后分裂成細(xì)小的霧滴。霧滴的大小取決于相對速度和料液的速度，相對速度越高，霧滴越細(xì)，粘度越大，霧滴增大。增加氣液的重量比，可得到均勻的霧滴；在一定范圍內(nèi)，液體出口愈大，霧滴也愈細(xì)；液滴的直徑還隨氣體粘度的減小或氣體重度的增加而減少。09.12.2024二、噴霧干燥設(shè)備的主要構(gòu)成

氣流式霧化器噴嘴結(jié)構(gòu)簡單，磨損??；對于低粘度或高粘度料液(包括濾餅在內(nèi))，特別是含有少量雜質(zhì)的物料，均可霧化，適用范圍廣；所得霧滴較細(xì)；噴嘴操作彈性大，處理量有一定伸縮性，且調(diào)節(jié)氣液比可控制霧滴大小，也就控制了成品粒度；動(dòng)力消耗大，為離心式霧化器的5-8倍。

圖12－36內(nèi)混合噴嘴1.液體通道2.混合室3.噴出口4.氣體通道5.導(dǎo)向葉片09.12.2024二、噴霧干燥設(shè)備的主要構(gòu)成物料的過熱變質(zhì)，具有并流操作的特點(diǎn)，適用于熱敏性物料的干燥。這種流向顯著地延長了顆粒在塔內(nèi)的停留時(shí)間，可降低塔的高度。操作時(shí)，要防止要顆粒返回區(qū)域產(chǎn)生嚴(yán)重的粘壁現(xiàn)象。

（3）噴霧干燥室的粘壁問題噴霧干燥的粘壁是指物料在干燥過程中粘結(jié)在干燥室內(nèi)壁表面的現(xiàn)象，主要有半濕物料粘壁、低熔點(diǎn)物料的熱熔性粘壁和干粉表面附和。通常是半濕物料粘壁，即噴出的霧滴在沒有達(dá)到干燥之前就和器壁接觸而粘在壁上。當(dāng)顆粒物料在干燥溫度下熔融而發(fā)粘，粘附在熱壁上，稱為熱熔性粘壁。干粉在有限的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)，總會(huì)碰到熱壁而附于其上，但它不形成堅(jiān)固層，并且厚度很薄，稱為干粉的表面粘附。09.12.2024二、噴霧干燥設(shè)備的主要構(gòu)成

常用粘壁物料清除方法有：振打法、空氣吹掃法、刮刀清除法、鏈條清除法和毛刷清除法。

3.熱風(fēng)分配器噴霧干燥技術(shù)之一就是液滴和熱風(fēng)間的有效混合，其主要影響因素是各種霧化器噴霧軌跡、熱風(fēng)導(dǎo)入形式，而熱風(fēng)導(dǎo)入形式與熱風(fēng)分配器有關(guān)。熱風(fēng)分配器應(yīng)能夠使熱風(fēng)均勻地與液滴接觸，防止氣流在塔內(nèi)形成渦流以避免或盡量減少粘壁現(xiàn)象，或迫使熱風(fēng)在塔內(nèi)按需要作直線或螺旋線狀流動(dòng)。根據(jù)熱風(fēng)流入干燥塔內(nèi)的軌跡，熱風(fēng)分配器有直流型和螺旋型。09.12.2024二、噴霧干燥設(shè)備的主要構(gòu)成

直流型熱風(fēng)分配器形成的熱風(fēng)呈與干燥塔軸線平行的直線流動(dòng)，熱風(fēng)流動(dòng)速度均勻，所用熱風(fēng)分配器一般為平面孔板和直導(dǎo)板結(jié)構(gòu)（圖13－41），開孔率20～40％，氣流速度在0.4m/s以下。這種熱風(fēng)氣流使得物料粘壁現(xiàn)象不易發(fā)生，但為保證足夠的干燥時(shí)間，要求干燥塔高度較大。

螺旋型熱風(fēng)分配器形成的的熱風(fēng)呈螺旋線流動(dòng)，干燥時(shí)間較長，干燥塔高度較低。熱風(fēng)可從干燥塔側(cè)壁切向引入，也可經(jīng)塔頂?shù)穆菪蜔犸L(fēng)分配器引入。在離心噴霧中，大多數(shù)采用設(shè)置于塔頂?shù)穆菪蜔犸L(fēng)分配器，霧滴也呈螺旋線流動(dòng)。二、噴霧干燥設(shè)備的主要構(gòu)成圖13－41直流型熱風(fēng)分配器(a)安裝形式(b)分配孔板(c)分配直導(dǎo)板1.分配孔板2.霧化器3.塔體4.直導(dǎo)板09.12.2024二、噴霧干燥設(shè)備的主要構(gòu)成

圖13－42所示為典型的螺旋型熱風(fēng)分配器——蝸殼熱風(fēng)分配器。其內(nèi)緣為圓形，離心霧化器安裝在中心。風(fēng)道進(jìn)口較大，橫截面積呈漸縮變化，使得錐形環(huán)隙進(jìn)風(fēng)均勻。錐形環(huán)隙內(nèi)外側(cè)設(shè)置有許多導(dǎo)風(fēng)板，用以控制熱風(fēng)的方向，使霧滴與熱風(fēng)的混合達(dá)到工藝要求，保證干燥塔處于良好的操作狀態(tài)。導(dǎo)風(fēng)板的角度可在0°～35°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。導(dǎo)風(fēng)板角度的改變直接影響霧滴的運(yùn)動(dòng)軌跡和最終產(chǎn)品質(zhì)量。圖13－43為不同導(dǎo)風(fēng)板角度對于霧云形態(tài)的影響。其中：圖13－43a為導(dǎo)風(fēng)板處于30°～35°位置時(shí)，氣流高速旋轉(zhuǎn)形成的霧云形態(tài)，霧云呈高速旋轉(zhuǎn)的薄層，適于除去濺在塔頂?shù)恼撤邸⑿枰F滴在塔頂區(qū)停留時(shí)間較長的產(chǎn)品干燥及減少部分渦流；圖13－43b為內(nèi)側(cè)導(dǎo)風(fēng)板角度調(diào)節(jié)過分，霧云與水平面夾角為09.12.2024二、噴霧干燥設(shè)備的主要構(gòu)成負(fù)值，易在霧化器附近產(chǎn)生粘粉，不宜采用；圖13－43c內(nèi)外導(dǎo)風(fēng)板接近于垂線，霧云呈向上流動(dòng)的趨勢，易導(dǎo)致塔頂粘粉，但霧滴在熱區(qū)中心停留時(shí)間短，適用于熱敏物料的干燥；圖13－43d為內(nèi)側(cè)導(dǎo)板接近水平，霧云旋轉(zhuǎn)速度高，適用于高濕物料的干燥；圖13－43e為外側(cè)導(dǎo)風(fēng)板為20°、內(nèi)側(cè)導(dǎo)風(fēng)板為5°時(shí)的霧云形態(tài)。圖13－42蝸殼熱風(fēng)分配器1.蝸殼形風(fēng)道2.外導(dǎo)風(fēng)板3.內(nèi)導(dǎo)風(fēng)板4.離心式霧化器圖13－43熱風(fēng)分配器導(dǎo)風(fēng)板對于霧云形態(tài)的影響D——霧錐直徑α——霧錐與水平面夾角

09.12.2024三、噴霧干燥設(shè)備系統(tǒng)配置

（二）典型噴霧干燥流程與設(shè)備

1.“MD”型噴霧干燥機(jī)帶冷卻器的塔式噴霧干燥機(jī)(圖13－44)為單噴頭立式并流型壓力噴霧干燥設(shè)備，采用壓力霧化器8和向下并流操作，塔的下部設(shè)有兩段冷卻器18。塔內(nèi)噴霧液滴和整流后熱風(fēng)作柱狀向下流動(dòng)，在干燥塔的下部有粉末和廢氣分離器，塔內(nèi)瞬時(shí)干燥的粉末經(jīng)過圓錐分離室10，使大部分粉粒因重力落入逆流式兩段冷卻器，經(jīng)回轉(zhuǎn)上升的冷卻除濕空氣使粉末冷卻09.12.2024三、噴霧干燥設(shè)備系統(tǒng)配置至接近室溫，有利于脂肪的固化和乳糖的結(jié)晶，排出后可在流化床進(jìn)行充分冷卻至室溫。廢氣帶走的細(xì)粉由旋風(fēng)分離器回收，用氣流輸送到第一冷卻段與主成品混合冷卻，也可重回入塔內(nèi)使細(xì)粉與噴霧液滴接觸，增加粉的粒徑，或?qū)⒓?xì)粉回入原液進(jìn)行重新噴霧干燥。該設(shè)備的干燥塔塔體小，熱損失少；熱風(fēng)呈柱狀流動(dòng)，霧滴下降過程中受熱均勻，無過熱現(xiàn)象，可提高成品質(zhì)量，適用于熱敏物料，同時(shí)可大幅度減少熱風(fēng)出口處的焦粉和塔壁粘粉現(xiàn)象；塔壁吹有冷風(fēng)，減少了粘壁和焦粉現(xiàn)象；塔內(nèi)設(shè)兩段冷卻器，簡化了冷卻裝置。但空氣進(jìn)口多，流速流量調(diào)節(jié)困難。

圖13-44帶冷卻器的塔式噴霧干燥機(jī)1.貯液罐2.高壓泵3.高壓輸液管4.空氣過濾器5.風(fēng)機(jī)6.空氣加熱器7.充氣室8.壓力式霧化器9.干燥室10.分離室11.旋風(fēng)分離器12.排風(fēng)機(jī)13.消音器14.出風(fēng)口15.閥門16.換熱器17.冷風(fēng)管18.冷卻室YPL壓力噴霧干燥造粒機(jī)旋風(fēng)系列除塵器

09.12.2024三、噴霧干燥設(shè)備系統(tǒng)配置

2.“尼羅”離心噴霧干燥機(jī)（圖13－47）①塔體內(nèi)外壁全用不銹鋼制造，并經(jīng)拋光處理，符合食品衛(wèi)生要求，外觀好。保溫層厚60mm，在塔的錐部裝有8個(gè)電磁振蕩器，由繼電器控制，每隔一定時(shí)間，交換地振動(dòng)幾次，可以把粘附于塔錐部搭橋的粉末振下來，及時(shí)送到出粉口。②它的離心噴霧盤全用不銹鋼制造，采用彎曲多葉板噴霧盤，盤上共有16條葉槽，圓盤直徑為210mm，在14000r／min的速度下可處理500kg／h料液均勻地進(jìn)入底盤。③采用一臺(tái)主旋風(fēng)分離器，效率高，出粉方便，易清掃和清洗，輸粉管道大為簡化。進(jìn)熱風(fēng)處有蝸殼式熱風(fēng)分配盤，使熱風(fēng)分配均勻，防止產(chǎn)生焦粉、粘粉現(xiàn)象。④在干燥以后操作中，設(shè)計(jì)有沸騰冷卻床和空氣減濕器。

09.12.2024三、噴霧干燥設(shè)備系統(tǒng)配置

工作過程是濃乳從物料平衡槽1經(jīng)雙聯(lián)過濾器2濾去濃乳中的雜質(zhì)，由螺桿泵3均勻送至塔頂離心噴霧機(jī)4，將濃乳噴成霧狀，與蝸殼式熱風(fēng)盤5送入的熱空氣進(jìn)行熱交換，瞬時(shí)被干燥成粉粒，經(jīng)由錐體部分沉降分離后，較大顆粒落入干燥塔6下部錐體部分，由振動(dòng)器7輸送到沸騰冷卻床8進(jìn)一步干燥、冷卻，再送至振動(dòng)篩9過篩后落入粉箱10被真空吸至貯粉罐11充氮貯存。其中，過細(xì)的粉末被氣流夾帶分別進(jìn)入旋風(fēng)分離器13和細(xì)粉回收旋風(fēng)分離器14回收，而后被吹回干燥塔頂部與霧狀的濃乳霧滴聚合后重新干燥，形成大顆粒乳粉。新鮮空氣經(jīng)空氣過濾器21過濾后，由燃油熱風(fēng)爐進(jìn)風(fēng)機(jī)22鼓入燃油熱風(fēng)爐23加熱，使溫度提高到220℃，經(jīng)蝸殼式熱風(fēng)盤5葉片導(dǎo)向呈均勻旋轉(zhuǎn)風(fēng)進(jìn)入干燥塔6。圖13－47“尼羅（Niro）”離心噴霧干燥機(jī)工藝流程圖

1.料液平衡槽2.雙聯(lián)過濾器3.螺桿泵4.離心噴霧機(jī)5.蝸殼式熱風(fēng)盤6.干燥塔7.振動(dòng)器8.沸騰冷卻床9.振動(dòng)篩10.粉箱11.貯粉罐12.真空泵13.旋風(fēng)分離器14.細(xì)粉回收旋風(fēng)分離器15、21、25.空氣過濾器16、17.鼓形閥18.細(xì)粉回收風(fēng)機(jī)19、20.排風(fēng)機(jī)22.燃油熱風(fēng)爐進(jìn)風(fēng)機(jī)23.燃油熱風(fēng)爐24.排煙風(fēng)機(jī)26.風(fēng)機(jī)27.除濕冷卻器28.冷卻風(fēng)圈排風(fēng)機(jī)29.電磁振蕩器30.儀表控制臺(tái)09.12.2024三、噴霧干燥設(shè)備系統(tǒng)配置圖13－33曲葉圓盤圖13－34多管圓盤1.圓盤2.噴管旋轉(zhuǎn)加料器旋轉(zhuǎn)加料器CJG-L離心噴霧干燥設(shè)備離心噴霧干燥塔09.12.2024二、典型離心機(jī)

沸騰冷卻床8所用冷空氣，先經(jīng)空氣過濾器25過濾，由風(fēng)機(jī)26送入冷卻器27冷卻除濕后進(jìn)入沸騰冷卻床8。本機(jī)采用直通流程制造速溶產(chǎn)品的流程，即形成粗顆粒部分作為產(chǎn)品直接排出，而細(xì)粉重新被送回進(jìn)行附聚，直至形成粗顆粒才作為產(chǎn)品排出，因所形成大顆粒的結(jié)構(gòu)與料液成分有關(guān)，不能保證呈多孔結(jié)構(gòu)的團(tuán)粒，因此其速溶性也受到料液成分的影響，適用于脫脂速溶奶粉的生產(chǎn)，或使用限制疏水成分向顆粒表面遷移的添加劑的產(chǎn)品。這種設(shè)備主要參數(shù)：水分蒸發(fā)量為250kg/h，熱風(fēng)爐耗油量為28~30kg/h，熱風(fēng)溫度為220℃，排風(fēng)溫度為88℃，干燥塔直徑為3m，總高6.9m，電機(jī)總功率為29.5kW。所得產(chǎn)品顆粒大而均勻，容重小，速溶性好。09.12.2024第四節(jié)升華干燥設(shè)備

升華干燥是利用冰晶升華的原理，將含水物料先行凍結(jié)，然后在高真空的環(huán)境下，使已凍結(jié)了的食品物料的水分不經(jīng)過冰的融化直接從冰態(tài)升華為水蒸氣，從而使食品干燥的方法，所以又稱為真空冷凍干燥或冷凍干燥。

一、升華干燥的原理和特點(diǎn)

1、升華干燥的原理由水的物態(tài)相平衡圖（圖13－50）可知，O點(diǎn)(壓力為610Pa，溫度0.01℃)為三相共點(diǎn)，OA為升華線。只要壓力在三相點(diǎn)壓力之下，物料中的冰則可不經(jīng)過液態(tài)而直接升華為水汽。根據(jù)這個(gè)原理，就可以先將食品的濕原料凍結(jié)至冰點(diǎn)之下，使原料中的水分變?yōu)楣虘B(tài)冰，然后在較高的真空度下，將冰直接升華為蒸汽而除去，物料即被干燥。一、升華干燥的原理和特點(diǎn)圖13－50水的相平衡圖CB09.12.2024一、升華干燥的原理和特點(diǎn)

2、升華干燥的主要特點(diǎn)①物料在低壓下干燥，能滅菌或抑制某些細(xì)菌的活力，防止氧化變質(zhì)。②物料在低溫下干燥，可以最大限度地保留食品原有成分、味道、色澤和芳香。③由于物料在升華脫水以前先經(jīng)凍結(jié)，形成穩(wěn)定的固體骨架，干制品不失原有的固體結(jié)構(gòu)，保持著原有形狀。多孔結(jié)構(gòu)的制品具有很理想的速溶性和快速復(fù)水性。④升華時(shí)溶于水中的溶解物質(zhì)就地析出，避免了一般干燥方法中因物料內(nèi)部水分向表面遷移所攜帶的無機(jī)鹽在表面析出而造成表面硬化的現(xiàn)象。⑤脫水徹底，長期保存，在常溫下，采用真空包裝，保質(zhì)期可達(dá)3~5年。⑥設(shè)備的投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高，凍干過程時(shí)間長，產(chǎn)品成本高。09.12.2024二、升華干燥裝置基本構(gòu)成

如圖13－51所示，升華干燥裝置由制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。

1、冷凍干燥室為作業(yè)時(shí)盛裝物料的空間，有圓柱形、箱形等結(jié)構(gòu)形式，內(nèi)設(shè)置數(shù)層盛放物料的擱板和制冷蒸發(fā)器，通過一個(gè)裝有真空閥門的管道與冷凝器相連，將水汽排往冷凝器。其內(nèi)部裝有測量真空、擱板溫度和產(chǎn)品溫度的傳感器等。一般要求能夠在－40℃～＋50℃范圍內(nèi)作業(yè)，還可承受足夠高的真空。

2、水汽冷凝器用于冷凝從干燥室內(nèi)排出的水蒸氣，降低干燥室內(nèi)水蒸氣壓力。其結(jié)構(gòu)為密封的真空容器，內(nèi)有與制冷機(jī)相通、表面積很大的蒸發(fā)器，可制冷到－40℃~－80℃的09.12.2024二、升華干燥裝置基本構(gòu)成能力。還有除霜裝置和排出閥、熱空氣吹入裝置等，用來排出內(nèi)部水分并吹干內(nèi)部。1g冰13.3Pa汽化時(shí)產(chǎn)生9500L水汽。

3、真空系統(tǒng)由冷凍干燥室、冷凝器、真空閥門和管道、真空設(shè)備和真空儀表構(gòu)成。目前真空設(shè)備及其組合有三種：即羅茨泵、低溫冷凝器和多級(jí)蒸汽噴射器。其中，多級(jí)蒸汽噴射器結(jié)構(gòu)簡單，無需機(jī)械動(dòng)力，檢修方便，故障率低，對材質(zhì)要求不高，通常需要設(shè)置4～5級(jí)。

4、制冷系統(tǒng)制冷機(jī)組與冷凍干燥室、冷凝器內(nèi)部的蒸發(fā)器等組成。制冷機(jī)可以是互相獨(dú)立的二套，即一套用于冷凍干燥室，一套用于冷凝器，也可合用一套冷凍機(jī)。

5、加熱系統(tǒng)其作用是加熱冷凍干燥室內(nèi)的擱板，促使物料內(nèi)的冰晶升華。有直接和間接加熱兩種方式。直接加熱是指用電直接在箱內(nèi)加熱擱板，間接加熱則利用電或其他熱源09.12.2024三、升華干燥過程加熱傳熱介質(zhì)，再將其通入擱板。

6、控制系統(tǒng)由各種監(jiān)控元件、安全裝置、儀表等組成，自動(dòng)化程度較高的控制系統(tǒng)可按工藝設(shè)定的凍干曲線自動(dòng)地操作，同時(shí)對真空度、加熱板溫度和制冷系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和報(bào)警，記錄各種數(shù)據(jù)。

三、升華干燥過程升華干燥過程共分為三個(gè)階段：

1、預(yù)凍階段通過預(yù)凍將溶液中的自由水固化，使干燥后產(chǎn)品與干燥前具有相同的形態(tài)，防止干燥時(shí)起泡、濃縮、收縮和溶質(zhì)移動(dòng)等不可逆變化產(chǎn)生，減少因溫度下降引起的物質(zhì)可溶性降低和生命特性的變化。圖13－51間歇式冷凍干燥設(shè)備1.冷凝器2.制冷壓縮機(jī)3.熱交換器4.真空泵5.膨脹閥6.蒸發(fā)器7.水汽凝結(jié)器8.擱板9.干燥箱10.蒸發(fā)器3215三級(jí)水蒸汽噴射真空泵

冷凍干燥設(shè)備冷凍干燥設(shè)備09.12.2024三、升華干燥過程

a.預(yù)凍溫度預(yù)凍溫度必須低于產(chǎn)品的共熔點(diǎn)溫度，升華干燥時(shí)，一般預(yù)凍溫度要比共熔點(diǎn)溫度低5~10℃。

表13－3一些物質(zhì)的共熔點(diǎn)溫度物質(zhì)名稱共熔點(diǎn)/℃物質(zhì)名稱共晶熔點(diǎn)/℃純水020%明膠，10%葡萄糖液－320.85%氨化鈉液－2220%明膠，10%蔗糖液－1910%蔗糖溶液－26馬血清－3510%葡萄糖溶液－27一般生物制品―30脫脂牛奶－26菠菜－6人參－15甘油水－46.509.12.2024三、升華干燥過程

b.預(yù)凍時(shí)間物料的凍結(jié)過程是放熱過程，需要一定時(shí)間。達(dá)到規(guī)定的預(yù)凍溫度以后，還需要保持一定時(shí)間。為使整箱全部產(chǎn)品凍結(jié)，根據(jù)凍干機(jī)不同，總裝量不同，物品與擱板之間接觸不同，一般在產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的預(yù)凍溫度后，需要保持2h左右的時(shí)間。

c.預(yù)凍速率

冷凍時(shí)形成的冰晶大小會(huì)影響干燥速率和干燥后產(chǎn)生的溶解度。大冰晶利于升華，但干燥后溶解慢，小冰晶升華慢，干后溶解快，能反映出產(chǎn)品原來結(jié)構(gòu)。選擇適宜的冷卻速率，能得到較好理化性狀的產(chǎn)品，且利于干燥過程中的升華。09.12.2024三、升華干燥過程

2、升華干燥階段

又稱第一階段干燥。將凍結(jié)后的產(chǎn)品置于密閉的真空容器中加熱，其冰晶就會(huì)升華成水蒸氣逸出而使產(chǎn)品脫水干燥。當(dāng)全部冰晶除去時(shí)，第一階段干燥結(jié)束，此時(shí)約除去全部水分的90%左右。為避免冰晶熔化，該階段操作溫度和壓力都必須控制在產(chǎn)品共熔點(diǎn)以下。

3、解析干燥又稱第二階段干燥。在升華干燥階段結(jié)束后，在干燥物質(zhì)的毛細(xì)管壁和極性基團(tuán)上還吸附有一部分水分，這些水分未得以凍結(jié)。為了改善產(chǎn)品的貯存穩(wěn)定性，延長其保存期，需要除去這些水分。因吸附水的吸附能量高，其解析需要提供足夠的能量。因此，在不燃燒和不造成過熱變性的前提下，本階段物料的溫度應(yīng)足夠地高，同時(shí)，為了使解析出來的09.12.2024三、升華干燥過程水蒸氣有足夠的推動(dòng)力逸出，箱內(nèi)需要處于高真空狀態(tài)。干燥產(chǎn)品的含水量需視產(chǎn)品種類和要求而定，一般在0.5%~4%之間。整個(gè)升華干燥過程中擱板溫度隨時(shí)間的變化情況可以采用凍干曲線來表達(dá)。每種物料都有不同的凍干曲線，一般應(yīng)在小型凍干機(jī)上經(jīng)實(shí)驗(yàn)獲得。09.12.2024四、常見食品升華干燥設(shè)備

根據(jù)食品的種類，食品升華干燥中，為降低生產(chǎn)成本，提高設(shè)備利用率，可首先將食品在預(yù)冷庫冷凍，然后再裝入冷凍干燥室；也可將食品直接裝入干燥室，抽以真空，借食品中含有的水分的蒸發(fā)潛熱來冷凍食品的自身蒸發(fā)冷凍法。二者所用干燥室結(jié)構(gòu)相同。食品用冷凍干燥器屬大型裝置，每臺(tái)的托架面積可達(dá)50~150m2，托架集中安放在托架臺(tái)車或懸吊單