小型噴霧干燥機(jī)研究進(jìn)展

時(shí)間：2022-10-11作者：上海川宏實(shí)驗(yàn)儀器有限公司瀏覽：157

噴霧干燥機(jī) 摘要：隨著噴霧干燥機(jī)技術(shù)的日益完善，以及人們對于食品方面的嚴(yán)格要求，該技術(shù)在食品工業(yè)凸顯重要作用。本文綜述了噴霧干燥系統(tǒng)、其分類特點(diǎn)及在食品工業(yè)中運(yùn)用。對未來該技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中的運(yùn)用進(jìn)行了相應(yīng)的展望。 關(guān)鍵字：噴霧干燥；分類；食品工業(yè) 噴霧干燥機(jī)技術(shù)的研究始于19世紀(jì)初期，在世界上已有一百多年的歷史。早在 1865年，La Mont提出了用噴霧干燥方法來處理蛋品，這種由液態(tài)經(jīng)霧化和干燥在短時(shí)間內(nèi)直接變成固體粉末的過程，在20世紀(jì)**了長足的進(jìn)展。而噴霧干燥技術(shù)在我國起步較晚，Z早是在20世紀(jì)50年代從前蘇聯(lián)引進(jìn)噴霧干燥機(jī)用于染料的噴霧干燥 [1-2] 。目前，噴霧干燥技術(shù)已日漸成熟，在食品工業(yè)中的應(yīng)用也越來 越廣泛，如用于奶粉[3]、乳清粉[4]、豆奶粉[5]、蛋粉、果汁粉、速溶咖啡[6]等的生產(chǎn)。噴霧干燥機(jī)技術(shù)具有蒸發(fā)面積大、干燥速度快、物料溫度低、易于連續(xù)化生產(chǎn)等特點(diǎn)，在食品干燥中顯示出很強(qiáng)的性。它使許多有**但不易保存的物料得以大大延長保質(zhì)期，使一些物料便于包裝、貯存和運(yùn)輸。同時(shí)，也簡化了一些物料的加工工藝[7]。近幾年來，噴霧干燥機(jī)技術(shù)在固體飲料中的應(yīng)用也日益廣泛，如草莓粉、乳粉、南瓜粉、番茄粉及各種植物蛋白粉的加工等。本文闡述了噴霧干燥技術(shù)的分離及特點(diǎn)，同時(shí)綜述了噴霧技術(shù)在食品工業(yè)的運(yùn)用，為進(jìn)一步利用該技術(shù)及對其改進(jìn)提供一些參考。 1噴霧干燥技術(shù)及分類 1.1噴霧干燥技術(shù) 噴霧干燥是以單一工序?qū)⑷芤骸⑷闈嵋骸腋∫汉蜐{狀物料加工成粉狀、顆粒狀、空心球或團(tuán)粒狀干燥產(chǎn)品的一種干燥方法[8]，



主要

是利用霧化器將料液分散成細(xì)小的霧滴，并在熱干燥介質(zhì)中迅速蒸發(fā)溶劑形成干粉產(chǎn)品的過程。一般噴霧干燥階段為料液霧化、霧群與熱干燥介質(zhì)接觸混合、霧滴的蒸發(fā)干燥、干燥產(chǎn)品與干燥介質(zhì)分離。料液的形式可以是溶液、懸浮液、乳濁液等經(jīng)泵可以輸送的液體形式，干燥所得產(chǎn)品可以是粉狀、顆粒狀或經(jīng)過團(tuán)聚的[9]。與傳統(tǒng)的干燥方法相比，噴霧干燥機(jī)技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，其干燥速度快，時(shí)間短(3～10 s)，適合于熱敏性物料的干燥；干燥過程瞬間完成，可由液體直接得到干燥產(chǎn)品，避免了干燥過程中造成粉塵飛揚(yáng)；*蒸發(fā)、結(jié)晶、固液機(jī)械分離等操作；產(chǎn)品具有良好的分散性和溶解性，能大地保留原料本身的色、香、味和營養(yǎng)成分；生產(chǎn)過程簡單，操作控制方便。但噴霧干燥方法也有一些不易克服的缺點(diǎn)，如動力消耗大、傳熱系數(shù)低導(dǎo)致熱效率低；干燥器的體積大、操作彈性小，易發(fā)生粘壁現(xiàn)象等 [10-11] 。 1.2噴霧干燥系統(tǒng) 噴霧干燥系統(tǒng)包括空氣加熱系統(tǒng)、供料系統(tǒng)、熱風(fēng)分配系統(tǒng)、霧化和干燥系統(tǒng)、回收系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等。[12] 1.2.1加熱系統(tǒng) 工業(yè)性的噴霧干燥設(shè)備的空氣加熱形式很多，如蒸汽加熱、電加熱、導(dǎo)熱油加熱、燃煤熱風(fēng)爐、燃?xì)鉄犸L(fēng)爐和燃油熱風(fēng)爐等。實(shí)驗(yàn)室用的噴霧干燥器由于干燥所需空氣量很少，所以選用了電加熱，這樣使得設(shè)備較緊湊，溫度調(diào)控便利，而且所需的電耗也少。此外，為了滿足生化產(chǎn)品的衛(wèi)生要求及工藝參數(shù)的可調(diào)性，加熱系統(tǒng)則包括空氣過濾器、電加熱器和調(diào)壓加熱等控制裝置。 1.2.2供料系統(tǒng) 工業(yè)性生產(chǎn)的噴霧干燥設(shè)備的供料系統(tǒng)一般采用螺桿泵加調(diào)節(jié)裝置。而微型噴霧干燥器選用醫(yī)用蠕動泵，可滿足小流量、可調(diào)節(jié)的要求。 1.2.3熱風(fēng)分配系統(tǒng) 工業(yè)性生產(chǎn)的小型噴霧干燥機(jī)設(shè)備的熱風(fēng)分配系統(tǒng)采用DAR型、DHS型或直通型，根據(jù)霧化方式進(jìn)行選擇，通常對于JT-8000Y噴嘴型式霧化的采用直通型熱風(fēng)分配器。對于二流體噴嘴霧化方式 ,采用改進(jìn)型直通型熱風(fēng)分配器。 1.2.4霧化系統(tǒng) 本系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)、霧化器、壓縮空氣的流量調(diào)節(jié)等。霧化器包括壓力式、二流體及離心式三種?？諝鈮嚎s機(jī)采用增氧泵型，流量調(diào)節(jié)用轉(zhuǎn)子流量計(jì)。 1.2.5干燥系統(tǒng) 干燥系統(tǒng)主要指干燥室和相關(guān)的管路、控制等。干燥室采用耐熱玻璃作為干燥室直筒(250 mm×300 mm)，便于觀察，且直觀性好，下部采用不銹鋼錐體連接，錐體角度不同于工業(yè)性生產(chǎn)的噴霧干燥設(shè)備的錐體 55°或60°，采用30°錐體以有利于干粉的卸落和增加的干燥流程。在干燥室的進(jìn)出口管道上裝有溫度檢測及顯示儀表。 在食品料滴表面形成的飽和蒸汽膜迅速進(jìn)行蒸發(fā)，蒸發(fā)溫度近似等于干燥空氣的濕球溫度。所設(shè)計(jì)的干燥室可提供有效的料滴逗留時(shí)間，使料滴在不發(fā)生熱降解的情況下被干燥。從噴霧干燥器排出的產(chǎn)品溫度近似等于25～30℃, **干燥空氣排出口的溫度。在蒸發(fā)階段,霧化形成的料滴分布也是可變的，主要取決于產(chǎn)品要求的外觀形狀。 1.2.6回收系統(tǒng) 本系統(tǒng)包括旋風(fēng)分離器、 增氧泵及產(chǎn)品收集器等。工業(yè)性生產(chǎn)噴霧干燥設(shè)備(JT-8000Y小型噴霧干燥機(jī))的回收系統(tǒng)一般有旋風(fēng)分離器、 濕式洗滌器和袋濾器等。一般采用兩種方式進(jìn)行物料的有效回收：兩處排出，即從干燥室底部和旋風(fēng)分離器排出；一處排出, 即粉料與干燥空氣一起從干燥室排出再經(jīng)旋風(fēng)分離器回收。 2噴霧干燥分類 2.1按微?；椒ǚ诸怺13] 已知溶液在噴霧干燥時(shí)，其表面積越大，則干燥速度越快，所以，為了增大被干燥溶液的表面積，使溶液微?；@是噴霧干燥關(guān)鍵的問題，微粒化的方法有三種，即壓力小型噴霧干燥機(jī)、離心小型噴霧干燥機(jī)和氣流小型噴霧干燥機(jī)。因氣流噴霧在食品工業(yè)中較少采用，故此處只做簡要概述。 2.1.1壓力噴霧干燥機(jī) 2.1.1.1壓力噴霧干燥原理 利用高壓泵使料液的壓力達(dá)到（200大氣壓），對于高粘度物料的高壓泵可達(dá)300-400大氣壓。在的初速度下以切線方向進(jìn)入噴咀的旋轉(zhuǎn)室中,使料液形成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。而聚化成直徑在10-20微米的霧狀微粒噴入干燥室，由于同熱空氣直接接觸，進(jìn)行熱交換和水分的傳遞，其表面水分迅速蒸發(fā)，在很短的時(shí)間內(nèi)被干燥成球狀顆粒，沉降千室底。旋轉(zhuǎn)速度與旋渦半徑成反比,故噴成的液霧呈空心園錐形。 2.1.1.2壓力噴霧微?；b置 壓力噴霧微粒化裝置是保證成品質(zhì)量，提高干燥效率的關(guān)鍵性部件，目前較為常用的有“M ”型和“S ”型兩種。小型噴霧干燥機(jī)噴嘴一般均有使液流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)溝結(jié)構(gòu)。 2.1.2離心小型噴霧干燥機(jī)噴霧干燥機(jī) 2.1.2.1離心噴霧干燥的原理 小型噴霧干燥機(jī)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、細(xì)絲或液滴，同時(shí)又受到周圍空氣的摩擦、阻礙與撕裂等作用，此時(shí)作用的兩種力是：由料液與熱風(fēng)界面之間的相對速度而產(chǎn)生的摩擦力；料液進(jìn)入到離心盤周緣處的慣性產(chǎn)生的離心力。隨著圓盤旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的切向速度與離心力作用而產(chǎn)生的徑向速度，結(jié)果以一合速度在圓盤上運(yùn)動，其運(yùn)動軌跡可設(shè)想為一螺旋形，液體沿著此螺旋線自圓盤上拋出后，就分散成很微小的液滴以平均速度沿著圓盤切線方向運(yùn)動，同時(shí)液滴又受到地心吸力的作用向下落。由于微灑出的微粒大小不同，因而它們飛行距離也就不同，因此在不同的距離落下的微粒形成一個(gè)以轉(zhuǎn)軸中心對稱的圓柱體。 2.1.2.2離心噴霧器結(jié)構(gòu) 它與壓力噴霧不同，不用高壓也可獲得很大的速度，當(dāng)溶液進(jìn)入旋轉(zhuǎn)盤而獲得旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)，因離心力的作用，成薄膜狀的溶液以不斷增長的速度，向盤邊緣移動而噴出成微細(xì)的霧狀。對于較優(yōu)良的離心盤設(shè)計(jì)，要求潤濕周邊長，能使溶液達(dá)到高轉(zhuǎn)速，噴霧均勻。離心盤本身結(jié)構(gòu)要求堅(jiān)固、質(zhì)輕、結(jié)構(gòu)簡單、無死角、易拆洗、并有較大的生產(chǎn)率。 目前在工業(yè)生產(chǎn)采用離心盤的式樣很多。對于碟式、碗式、僧帽式而言，它們均有較大的潤濕周邊，使溶液形成扁平之薄膜，有利于霧化，結(jié)構(gòu)也較簡單，其缺點(diǎn)是因表面平滑，溶液在轉(zhuǎn)盤內(nèi)產(chǎn)生較大的滑動，使之不能得到較高的噴霧速度。
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