噴霧干燥機(jī)工作原理 問題分析

噴霧干燥設(shè)備是使液態(tài)物料經(jīng)過噴嘴霧化成微細(xì)的霧狀液滴，在干燥塔內(nèi)與熱介質(zhì)接觸，被干燥成為粉料的熱力過程。進(jìn)料可以是溶液、懸浮液或糊狀物，霧化可以通過旋轉(zhuǎn)式霧化器、壓力式霧化噴嘴和氣流式霧化噴嘴實(shí)現(xiàn)，操作條件和干燥設(shè)備的設(shè)計(jì)可根據(jù)產(chǎn)品所需的干燥特性和粉粒的規(guī)格選擇。

噴霧干燥設(shè)備是干燥領(lǐng)域發(fā)展最快、應(yīng)用范圍最廣的一種形式，適用于溶液、乳濁液和可泵送的的懸浮液等液體原料生成粉狀、顆粒狀或塊狀固體產(chǎn)品。被干燥物料熱敏性、粘度、流動性等不同的干燥特性，和產(chǎn)品的顆粒大小、粒度分布、殘留水份含量、堆積密度、顆粒形狀等不同的質(zhì)量要求，決定了采用不同的霧化器、氣流運(yùn)動方式和干燥室的結(jié)構(gòu)形式。

噴霧干燥工作原理
      噴霧干燥設(shè)備工作原理是空氣通過過濾器和加熱器，進(jìn)入干燥塔頂部的空氣分配器，然后呈螺旋狀均勻地進(jìn)入干燥室。料液由料液槽經(jīng)過濾器由泵送至干燥塔頂?shù)碾x心霧化器，使料液噴成極小的霧狀液滴，料液與熱空氣并流接觸，水份迅速蒸發(fā)，在極短的時間內(nèi)干燥為成品。成品由干燥塔底部和旋風(fēng)分離器排出，廢氣由風(fēng)機(jī)排出。
噴霧干燥設(shè)備特點(diǎn)
      噴霧干燥設(shè)備干燥速度快。料液經(jīng)離心噴霧后，表面積大大增加，在高溫氣流中，快速就可蒸發(fā)95%-98%的水份，完成干燥時間僅需數(shù)秒鐘。
采用并流型噴霧干燥形式能使液滴與熱風(fēng)同方向流動，雖然熱風(fēng)的溫度較高，但由于熱風(fēng)進(jìn)入干燥室內(nèi)立即與噴霧液滴接觸，室內(nèi)溫度急降，而物料的濕球溫度基本不變，因此也適宜于熱敏性物料干燥。
      使噴霧干燥設(shè)備用范圍廣。根據(jù)物料的特性，可以用于熱風(fēng)干燥、離心造粒和冷風(fēng)造粒，大多特性差異很大的產(chǎn)品都能用此機(jī)生產(chǎn)。由于干燥過程是在快速完成的，產(chǎn)成品的顆粒基本上能保持液滴近似的球狀，產(chǎn)品具有良好的分散性，流動性和溶解性。生產(chǎn)過程簡化，操作控制方便。噴霧干燥通常用于固含量60%以下的溶液，干燥后，不需要再進(jìn)行粉碎和篩選，減少了生產(chǎn)工序，簡化了生產(chǎn)工藝。對于產(chǎn)品的粒徑、松密度、水份，在一定范圍內(nèi)，可改變操作條件進(jìn)行調(diào)整，控制、管理都很方便。為使物料不受污染和延長設(shè)備壽命，凡與物料接觸部分，均采用不銹鋼材料制作。
      噴霧干燥設(shè)備如下幾點(diǎn)很重要
      1. 物料特性，這個不是很好定量描述
      2. 噴霧能力，一般可以用塔徑描述，越大能力越高
      3. 噴前溶液濃度，此項(xiàng)數(shù)據(jù)影響到很多東西。首先是噴霧效率不說，然后是輸送的難易程度，以及噴干時設(shè)備的工作狀態(tài)
      4. 高溫的交換干燥氣體。要高溫，高壓，要過濾干凈，很多很多，總之簡單說就是靠它來熱交換了
      還有其他很多很多的東西，包括塔底溫度，進(jìn)口溫度，出口溫度，壓力，等等等等。在計(jì)算工作能力及衡算時，是以Xkg/h的干燥的水量來衡量的只是在一般評判規(guī)模時，我們可以說我們的塔是幾米的之類的以表達(dá)其大概能力，但這不作為定量的依據(jù)。霧化器也很重要，霧化壓力或噴頭的轉(zhuǎn)速，熱空氣的流速等等
      噴霧干燥設(shè)備是19 世紀(jì)末L aMon t 和Percy 等發(fā)明的, 是現(xiàn)代干燥新技術(shù)之一。在20 世紀(jì)初這種設(shè)備主要用于脫脂奶粉的制造, 并在食品工業(yè)中開始工業(yè)應(yīng)用[ 1 ]。隨著噴霧干燥技術(shù)的不斷開發(fā)和完善, 目前這項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)外已得到了廣泛應(yīng)用, 例如用于食品工業(yè)中奶粉、乳清粉、奶油粉、蛋粉、果汁粉、速溶咖啡等的生產(chǎn)中, 在其它工業(yè)如藥物、生物制品、洗滌劑、陶瓷、環(huán)保等工業(yè)中也很常用。
      噴霧干燥設(shè)備主要有: 壓力噴霧設(shè)備(如水平箱式壓力噴霧干燥機(jī)、立式并流型圓錐塔噴霧干燥機(jī)、MD型噴霧干燥機(jī)、K- 7 型單噴嘴二級噴霧干燥機(jī)) 和離心噴霧設(shè)備(如安海德羅式離心噴霧干燥機(jī)、尼羅式離心噴霧干燥機(jī))。
      1. 3 干燥塔、分離室和冷卻室的一體化
      為了滿足市場需要, 提高產(chǎn)品溶解性、沖調(diào)性和包裝性能。有的噴霧干燥設(shè)備增加了造粒的設(shè)備, 但它會增加制品的熱變性和芳香物質(zhì)的損失, 而MD 型噴霧干燥設(shè)備有效地解決了干燥塔、分離室和冷卻室的一體化問題。
      在噴霧干燥的降速干燥階段, 隨著水分的降低, 粉末的溫度上升。以乳品為例, 干燥塔下部的干燥空氣溫度為90～ 100℃時, 粉末的溫度為60℃左右, 為防止熱變性, 希望干燥終了時迅速冷卻。對此MD 型噴霧干燥機(jī)在干燥塔的下部安裝了流動冷卻室, 這個系統(tǒng)有旋風(fēng)分離的微粉末, 用空氣輸送到分離室下部的流動冷卻室, 和在分離室被重力分離出的粉末一起冷卻到30℃左右, 然后排出(見圖2) , 其結(jié)果對熱變性有很好的控制作用[ 1 ]。
      1. 4 二次熱風(fēng)的利用
      熱風(fēng)吹進(jìn)干燥塔時, 吹入處的溫度很高, 這個部位若附著有微量的產(chǎn)品, 會全部褐變, 它不斷地下落, 會造成產(chǎn)品品質(zhì)下降。對此MD 型噴霧干燥機(jī)在熱風(fēng)吹進(jìn)干燥塔的口部設(shè)置了兩個同心圓筒, 從這兩個圓筒的中間可以回流低溫的二次熱風(fēng)(70～ 100℃) , 有效地解決了上述因附著而造成的品質(zhì)下降問題。而且二次熱風(fēng)風(fēng)量(G′) 和熱風(fēng)風(fēng)量(G) 的比G′?G = 0. 05, 或更大些(可增加到0. 3～ 0. 4) , 有利于提高產(chǎn)品溶解度。
      1. 5 空氣進(jìn)出口多, 流速流量難以調(diào)節(jié)
      噴霧干燥設(shè)備有多處空氣進(jìn)出口, 這種結(jié)構(gòu)造成對流速流量的調(diào)節(jié)困難, 給操作帶來許多困難。例如: 在噴霧過程中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的水分偏高, 一般可減小流速, 提高排風(fēng)溫度以達(dá)到控制水分的目的。但是由于它有多個空氣進(jìn)出口, 要很快把流量調(diào)到好的范圍比較困難。流量減小過度時, 又容易造成細(xì)粉、焦粉等次品。
      2 MD 型噴霧干燥機(jī)在生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題分析
      圖3 所示是MDRP - 5 型離心、二流體二用干燥機(jī)。它是一種新型高效干燥設(shè)備, 可使溶液、乳濁液、懸浮液、糊狀液等物料, 經(jīng)噴霧干燥成為干燥粉末狀、細(xì)中顆粒的制品。其工作原理如下: 空氣通過過濾器和加熱裝置后, 進(jìn)入干燥室頂部的熱風(fēng)分配器, 通過熱風(fēng)分配器的熱空氣均勻地進(jìn)入干燥室, 并成螺旋狀流動, 同時將料液送到安裝在干燥室頂部的離心噴霧頭, 料液被霧化成極小的霧狀液滴, 使料液和熱空氣接觸的表面積大大增加, 水分迅速蒸發(fā), 在極短的時間內(nèi)形成干燥成品。
      MDRP- 5 型噴霧干燥機(jī)的干燥速度快、效率高、工序少、節(jié)省人力, 特別對于熱敏性物料, 可以保持其色、香、味, 產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良, 但在操作不熟練、調(diào)節(jié)控制缺乏經(jīng)驗(yàn)時, 容易產(chǎn)生一些問題。現(xiàn)將生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問題和引起的原因及補(bǔ)救措施總結(jié)如下, 供操作時參考。
      2. 1 粘壁現(xiàn)象嚴(yán)重
      主要表現(xiàn)是干燥室內(nèi)到處都有粘著的濕粉。其原因是: (1) 進(jìn)料量太大, 不能充分蒸發(fā); (2) 噴霧開始前干燥室加熱不足; (3) 開始噴霧時, 下料流量調(diào)節(jié)過大;(4) 加入的料液不穩(wěn)定。
      針對上述產(chǎn)生問題的不同原因, 可依次采取以下措施: 適當(dāng)減少進(jìn)料量; 適當(dāng)提高熱風(fēng)的進(jìn)口和出口溫度; 在開始噴霧時, 流量要小, 逐步加大, 調(diào)節(jié)到適當(dāng)時為止; 檢查管道是否堵塞, 調(diào)整物料固形物含量, 保證料液的流動性。
      2. 2 產(chǎn)品水分含量太高
      排風(fēng)溫度是影響成品水分含量的主要因素, 所以造成產(chǎn)品水分含量太高的原因一般是排風(fēng)溫度太低。而排風(fēng)溫度可由進(jìn)料量來調(diào)節(jié)。因此相應(yīng)的措施是適當(dāng)減小進(jìn)料量, 以提高排風(fēng)溫度。
      2. 3 產(chǎn)品純度低, 雜質(zhì)過多
      造成這種情況的可能原因有以下幾個方面: (1) 空氣過濾效果不佳; (2) 積粉混入成品; (3) 原料純度不高; (4) 設(shè)備清洗不徹底。可采用的補(bǔ)救措施有: 檢查空氣過濾器中過濾材質(zhì)敷設(shè)是否均勻, 過濾器使用時間是否太長, 若是應(yīng)立即更換; 檢查熱風(fēng)入口處焦粉情況, 克服渦流; 噴物前應(yīng)將料液過濾; 重新清洗設(shè)備。
      2. 4 產(chǎn)品粉粒太細(xì)
      產(chǎn)品顆粒太細(xì)會影響其溶解性、沖調(diào)性能。原因是含固量太低或進(jìn)料量太小。補(bǔ)救措施是提高料液的含固量, 加大進(jìn)料量, 提高進(jìn)風(fēng)溫度。
      2. 5 跑粉現(xiàn)象嚴(yán)重, 產(chǎn)品得率低
      跑粉損失過多, 大大影響成品的得率, 一般的原因是旋風(fēng)分離器的分離效果差。若出現(xiàn)這種情況, 應(yīng)檢查旋風(fēng)分離器是否由于敲擊、碰撞而變形; 提高旋風(fēng)分離器進(jìn)出口的氣密性, 檢查其內(nèi)壁及出料口是否有積料堵塞現(xiàn)象。當(dāng)然分離效率還與粉末的比重及粒度的大小有關(guān), 某些物料可根據(jù)需要增加第二級除塵。
      2. 6 離心噴頭轉(zhuǎn)速太低
      主要是離心噴頭部件出了故障, 所以要停止使用噴頭, 檢查噴頭內(nèi)部件。
      2. 7 蒸發(fā)量太低
      原因可能是: (1) 整個系統(tǒng)的空氣量減少; (2) 熱風(fēng)的進(jìn)口溫度偏低; (3) 設(shè)備有漏風(fēng)現(xiàn)象, 有冷風(fēng)進(jìn)入干燥室。補(bǔ)救措施為: (1) 檢查離心機(jī)的轉(zhuǎn)速是否正常;(2) 檢查離心機(jī)調(diào)節(jié)閥位置是否正確; (3) 檢查空氣過濾器及空氣加熱器管道是否堵塞; (4) 檢查電網(wǎng)電壓是否正常; (5) 檢查電加熱器是否正常工作; (6) 檢查設(shè)備各組件連接是否密封。
      2. 8 離心噴頭運(yùn)轉(zhuǎn)時有雜聲或振動
      主要由于噴頭的清洗和保養(yǎng)不當(dāng)引起的噴盤內(nèi)附有殘留物質(zhì)或主軸產(chǎn)生彎曲和變形, 也可能是離心盤動平衡不好。解決辦法; 檢查噴霧盤內(nèi)是否有殘存物質(zhì), 若有應(yīng)及時清洗; 發(fā)現(xiàn)主軸有異常, 要進(jìn)行更換; 對離心盤的動平衡重新調(diào)整或更換。