1 第七章 干燥机械与设备 干燥的目的：减少体积和重量，便于成品的贮存和长途运输，且 可以防止微生物在成品中繁殖。 干燥的方法：高温短时：喷雾、沸腾、红外、高频、微波 低温：冷冻升华 干燥的特点：传热、传质为复杂的物理化学变化过程。 第一节 喷雾干燥设备 （起源于 1920 年） 一、喷雾干燥分类及比较： （一）喷雾干燥原理：通过机械作用，将需干燥的物料，分散成 很细的像雾一样的微粒，（增大水分蒸发面积，加速干燥过程）与 热空气接触，在瞬间将大部分水分除去，使物料中的固体物质干 燥成粉末。 （二）喷雾干燥的优点： 1.干燥过程非常迅速； 2.可直接干燥成粉末； 3.易改变干燥条件，调整产品质量标准； 4.由于瞬间蒸发，设备材料选择要求不严格； 5.干燥室有一定负压，保证了生产中的卫生条件，避免粉尘在 车间内飞扬，提高产品纯度； 6.生产效率高，操作人员少。 （三）喷雾干燥的缺点： 1.设备较复杂，占地面积大，一次投资大； 2.雾化器，粉末回收装置价格较高； 3.需要空气量多，增加鼓风机的电能消耗与回收装置的容量； 4.热效率不高，热消耗大。 （四）喷雾干燥对设备的要求：
1 第七章 干燥机械与设备 干燥的目的：减少体积和重量，便于成品的贮存和长途运输，且 可以防止微生物在成品中繁殖。 干燥的方法：高温短时：喷雾、沸腾、红外、高频、微波 低温：冷冻升华 干燥的特点：传热、传质为复杂的物理化学变化过程。 第一节 喷雾干燥设备 （起源于 1920 年） 一、喷雾干燥分类及比较： （一）喷雾干燥原理：通过机械作用，将需干燥的物料，分散成 很细的像雾一样的微粒，（增大水分蒸发面积，加速干燥过程）与 热空气接触，在瞬间将大部分水分除去，使物料中的固体物质干 燥成粉末。 （二）喷雾干燥的优点： 1.干燥过程非常迅速； 2.可直接干燥成粉末； 3.易改变干燥条件，调整产品质量标准； 4.由于瞬间蒸发，设备材料选择要求不严格； 5.干燥室有一定负压，保证了生产中的卫生条件，避免粉尘在 车间内飞扬，提高产品纯度； 6.生产效率高，操作人员少。 （三）喷雾干燥的缺点： 1.设备较复杂，占地面积大，一次投资大； 2.雾化器，粉末回收装置价格较高； 3.需要空气量多，增加鼓风机的电能消耗与回收装置的容量； 4.热效率不高，热消耗大。 （四）喷雾干燥对设备的要求：
2 1.与产品接触的部位，必须便于清洗灭菌； 2.应有防止焦粉措施，防止热空气产生涡流与逆流； 3.防止空气携带杂质进入产品； 4.配置温度、压力指示纪录仪装置，便于检查生产运转； 5.具有高回收率的粉尘回收装置； 6.应迅速出粉冷却，以提高溶解度、速溶性； 7.干燥室内温度极排风温度，不允许超过 100℃，保证安全与 质量； 8.喷雾时浓奶液滴与热空气均匀接触，提高热效率； 9.对粘度物质尽量减少粘壁现象。 （五）喷雾干燥设备的分类和比较： 1.按微粒化方法分类： （1）压力喷雾干燥法： ①原理：利用高压泵，以 70～200 大气压的压力，将物料通 过雾化器（喷枪），聚化成 10～200 的雾状微粒与热空气直接接 触，进行热交换，短时间完成干燥。 ②压力喷雾微粒化装置：M 型和 S 型，具有使液流产生旋转 的导沟，M 型导沟轴线垂直于喷嘴轴线，不与之相交；S 型导沟 轴线与水平成一定角度。其目的都是：设法增加喷雾时溶液的湍 流度。 （2）离心喷雾干燥法： ①原理：利用水平方向作高速旋转的圆盘给予溶液以离心力，使 其以高速甩出，形成薄膜、细丝或液滴，由于空气的摩擦、阻碍、 撕裂的作用，随圆盘旋转产生的切向加速度与离心力产生的径向 加速度，结果以一合速度在圆盘上运动，其轨迹为一螺旋形，液 体高着此螺旋线自圆盘上抛出后，就分散成很微小的液滴以平均 速度沿着圆盘切经方向运动，同同时液滴又受到地心吸力的上落， 由于喷洒出的微粒大小不同。因而它们飞行距离也就不同，因此
2 1.与产品接触的部位，必须便于清洗灭菌； 2.应有防止焦粉措施，防止热空气产生涡流与逆流； 3.防止空气携带杂质进入产品； 4.配置温度、压力指示纪录仪装置，便于检查生产运转； 5.具有高回收率的粉尘回收装置； 6.应迅速出粉冷却，以提高溶解度、速溶性； 7.干燥室内温度极排风温度，不允许超过 100℃，保证安全与 质量； 8.喷雾时浓奶液滴与热空气均匀接触，提高热效率； 9.对粘度物质尽量减少粘壁现象。 （五）喷雾干燥设备的分类和比较： 1.按微粒化方法分类： （1）压力喷雾干燥法： ①原理：利用高压泵，以 70～200 大气压的压力，将物料通 过雾化器（喷枪），聚化成 10～200 的雾状微粒与热空气直接接 触，进行热交换，短时间完成干燥。 ②压力喷雾微粒化装置：M 型和 S 型，具有使液流产生旋转 的导沟，M 型导沟轴线垂直于喷嘴轴线，不与之相交；S 型导沟 轴线与水平成一定角度。其目的都是：设法增加喷雾时溶液的湍 流度。 （2）离心喷雾干燥法： ①原理：利用水平方向作高速旋转的圆盘给予溶液以离心力，使 其以高速甩出，形成薄膜、细丝或液滴，由于空气的摩擦、阻碍、 撕裂的作用，随圆盘旋转产生的切向加速度与离心力产生的径向 加速度，结果以一合速度在圆盘上运动，其轨迹为一螺旋形，液 体高着此螺旋线自圆盘上抛出后，就分散成很微小的液滴以平均 速度沿着圆盘切经方向运动，同同时液滴又受到地心吸力的上落， 由于喷洒出的微粒大小不同。因而它们飞行距离也就不同，因此
3 在不同的距离落下的微粒形成一个以转轴中心对称的圆柱体。 ②获得较均匀液滴的要求：a.减少圆盘旋转时的震动 b.进入圆盘 液体数量在单位时间内保持恒定 c.圆盘表面平整光滑 d.圆盘的圆 周速率不宜过小，rmin=60m/s,乳（100-160m/s）若<60m/s， 喷雾液滴不均匀，喷距似乎主要由一群液滴及沉向盘近处的一群 细液滴组成，并随转速增高而减小。 ③离心喷雾器的结构:要求：润湿周边长，能使溶液达到高转速， 喷雾均匀，结构坚固、质轻、简单、无死角、易拆洗、有较大生 产率。 2.按干燥室形式分类： 根据干燥室中热风和被干燥颗粒之间运动方向分类：并流 型、逆流型、混流型。牛乳中常采用并流型。并流型可采用较高的进风 温度来干燥，而不影响产品的质量。 a.水平并流型 b.垂直下降并流型 c.垂直下降混流型。 d.垂直上升并流型 3.喷雾干燥设备的比较： （1）设备结构 喷雾设备结构比较表 内容 离心喷雾 压力喷雾 结构 高速旋转设备（4000~15000r/min）其主机 要求加工精密，必须进行动、静平衡校验。 对主轴、轴承材料有一定要求。但结构简单， 加工容易，造价便宜。 高村泵为主机，加工精密，材料的强 度，结构的安全与稳定必须要求，而 且不易加工，造价也贵。 传动与变速结构 可用 2 级 3000 转/分的电动机一次变速，即 可采用皮带传动。可避免采用加工要求高的 齿轮传动，旋转的零部件，因平衡情况好， 不易损坏。 必须进行两次变速对齿轮的加工要 求，因是往复式的高压泵，易损坏
3 在不同的距离落下的微粒形成一个以转轴中心对称的圆柱体。 ②获得较均匀液滴的要求：a.减少圆盘旋转时的震动 b.进入圆盘 液体数量在单位时间内保持恒定 c.圆盘表面平整光滑 d.圆盘的圆 周速率不宜过小，rmin=60m/s,乳（100-160m/s）若<60m/s， 喷雾液滴不均匀，喷距似乎主要由一群液滴及沉向盘近处的一群 细液滴组成，并随转速增高而减小。 ③离心喷雾器的结构:要求：润湿周边长，能使溶液达到高转速， 喷雾均匀，结构坚固、质轻、简单、无死角、易拆洗、有较大生 产率。 2.按干燥室形式分类： 根据干燥室中热风和被干燥颗粒之间运动方向分类：并流 型、逆流型、混流型。牛乳中常采用并流型。并流型可采用较高的进风 温度来干燥，而不影响产品的质量。 a.水平并流型 b.垂直下降并流型 c.垂直下降混流型。 d.垂直上升并流型 3.喷雾干燥设备的比较： （1）设备结构 喷雾设备结构比较表 内容 离心喷雾 压力喷雾 结构 高速旋转设备（4000~15000r/min）其主机 要求加工精密，必须进行动、静平衡校验。 对主轴、轴承材料有一定要求。但结构简单， 加工容易，造价便宜。 高村泵为主机，加工精密，材料的强 度，结构的安全与稳定必须要求，而 且不易加工，造价也贵。 传动与变速结构 可用 2 级 3000 转/分的电动机一次变速，即 可采用皮带传动。可避免采用加工要求高的 齿轮传动，旋转的零部件，因平衡情况好， 不易损坏。 必须进行两次变速对齿轮的加工要 求，因是往复式的高压泵，易损坏
4 主轴 直轴，加工方便 曲轴，加工麻烦 不锈钢材需用量 仅转盘及进料管需不不锈钢，总重量小于 5 公斤 泵体活塞均需不锈钢约需 100 公斤 出料管件及阀门 不而高压出料及高压管件与阀门 需耐 160 大气压以上的高压管道及阀 门 高压表与安全阀 无 要求特殊结构的高压表及安全阀 机体重量 较轻，每台不超过 100 公斤 较重，每台约 200 公斤 电机功率 120 公斤/时的处理量仅需 1.7 千瓦 120 公斤/时的处理量约需 2.8 千瓦 润滑系统 一次用量较少，若使用不当，有断油或溢入 成品危险 一次用量较多，但运转保证可靠 （2）产品、产量和质量 产品的产量和质量比较表 比较内容 离心喷雾 压力喷雾 生产率的调节 对同一个离心转盘，可以在生产率 ±25%范围内改变，并能得到均匀的喷 雾。办法简单，只需调节进料量 生产率是以喷嘴截面积和压力来决定的， 不能通过调节阀门来改变生产率，否则压 力很快降低，影响分散度。调节的办法， 可调换喷嘴尺寸，或增减喷嘴数 颗粒大小及范围 较粗，分布范围广 较细，分布范围小 全脂乳粉 脱脂乳粉 全脂乳粉 脱脂乳粉 成品的密度 较小，如奶粉的松密度一般在 0.46~0.55 克/毫升，平均绝对密度 1.01~1.09 克/毫升，大于 1.21 克/毫 升约占 2~28% 较大，如奶粉的松密度一般在 0.6~0.7 克 /毫升，平均绝对密度 1.81~1.21 克/毫 升，大于 1.21 克/毫升约占 70% 成品颗粒大小及 密度的调节 一般来说转速高、溶解度高，粒子粗， 密度大，只需调节转速及浓度，故能 在较大范围内调节 一般来说压力高粒子粗，密度大，但压力 喷雾调节压力和浓度有一定限制，故可调 节范围较小 奶粉中空气含量 较多。一般达 16～22%（容积比），故 在包装时若不采用真空充氮（或 CO2） 则保存期比压力喷雾短。 较少，一般达 7～10% 奶粉的溶解度与 冲调性 制品的溶解度较易控制，如奶粉冲调 方便，可直接用水冲制、均匀、迅速 溶解度较难掌握，冲调不如离心喷雾的方 便，不易调匀当生产大颗粒奶粉，冲调性 有所改善 分流喷雾提高成 品质量 可采用多层工离心转盘，在同一台喷 雾器内进行，使在固体壮态下混合， 增加花色品种，提高质量。 如需分流喷雾，就需要备有二套以上装 置。 均质作用 无 稍有均质作用。 （2）生产管理比较 比较内容 离心喷雾 压力喷雾 喷嘴堵塞 干物质可浓缩到 50%以上仍能正常喷 一般来说干物质浓度小于 40%左右，否则易堵
4 主轴 直轴，加工方便 曲轴，加工麻烦 不锈钢材需用量 仅转盘及进料管需不不锈钢，总重量小于 5 公斤 泵体活塞均需不锈钢约需 100 公斤 出料管件及阀门 不而高压出料及高压管件与阀门 需耐 160 大气压以上的高压管道及阀 门 高压表与安全阀 无 要求特殊结构的高压表及安全阀 机体重量 较轻，每台不超过 100 公斤 较重，每台约 200 公斤 电机功率 120 公斤/时的处理量仅需 1.7 千瓦 120 公斤/时的处理量约需 2.8 千瓦 润滑系统 一次用量较少，若使用不当，有断油或溢入 成品危险 一次用量较多，但运转保证可靠 （2）产品、产量和质量 产品的产量和质量比较表 比较内容 离心喷雾 压力喷雾 生产率的调节 对同一个离心转盘，可以在生产率 ±25%范围内改变，并能得到均匀的喷 雾。办法简单，只需调节进料量 生产率是以喷嘴截面积和压力来决定的， 不能通过调节阀门来改变生产率，否则压 力很快降低，影响分散度。调节的办法， 可调换喷嘴尺寸，或增减喷嘴数 颗粒大小及范围 较粗，分布范围广 较细，分布范围小 全脂乳粉 脱脂乳粉 全脂乳粉 脱脂乳粉 成品的密度 较小，如奶粉的松密度一般在 0.46~0.55 克/毫升，平均绝对密度 1.01~1.09 克/毫升，大于 1.21 克/毫 升约占 2~28% 较大，如奶粉的松密度一般在 0.6~0.7 克 /毫升，平均绝对密度 1.81~1.21 克/毫 升，大于 1.21 克/毫升约占 70% 成品颗粒大小及 密度的调节 一般来说转速高、溶解度高，粒子粗， 密度大，只需调节转速及浓度，故能 在较大范围内调节 一般来说压力高粒子粗，密度大，但压力 喷雾调节压力和浓度有一定限制，故可调 节范围较小 奶粉中空气含量 较多。一般达 16～22%（容积比），故 在包装时若不采用真空充氮（或 CO2） 则保存期比压力喷雾短。 较少，一般达 7～10% 奶粉的溶解度与 冲调性 制品的溶解度较易控制，如奶粉冲调 方便，可直接用水冲制、均匀、迅速 溶解度较难掌握，冲调不如离心喷雾的方 便，不易调匀当生产大颗粒奶粉，冲调性 有所改善 分流喷雾提高成 品质量 可采用多层工离心转盘，在同一台喷 雾器内进行，使在固体壮态下混合， 增加花色品种，提高质量。 如需分流喷雾，就需要备有二套以上装 置。 均质作用 无 稍有均质作用。 （2）生产管理比较 比较内容 离心喷雾 压力喷雾 喷嘴堵塞 干物质可浓缩到 50%以上仍能正常喷 一般来说干物质浓度小于 40%左右，否则易堵
5 雾，不易发生堵塞，可在浓缩工序多排 水人，节约热能。 塞，溶液内含有固体物也易堵塞。在喷大颗粒奶 粉时，适当加大浓度，提高压力，增大喷孔直径， 情况有好转。 卫生及清 洗问题 进料时无压力，不会有漏奶等情况，清 洗时仅需拆下进奶管道，离心转盘，清 洗容易，轻便 高压管道，阀件以及高压泵的阀门，密封填料等 均易发生漏奶，要经常检修 ，清洗时，需将高 压管道，高压泵泵体全拆开清洗工作繁重。 易损件 主要为传动皮带和轴承，皮带最用半个 月，轴承能用半年以上，市场上容易购 置。 一般的喷嘴最多用 2 天，更换时，尚需协作厂定 制，人造红宝石喷嘴能用一年以上，高压泵的填 料与阀门均易损坏 平衡性 稍有不平衡，噪音及震动很大 一般比较稳定和安静 操作 仅需注意进出口浓奶流量，需工人 1 名 操作 除了需要注意进出口温度外，尚需注意喷嘴是否 正常（必要时需更换）。高压泵情况需 1-2 名工 人。 剩奶 每班工人完毕，管道中的剩奶可以全部 喷完，无剩奶 因需高压，管道及泵体内的剩奶需留下一班处理 御粉 采用塔式圆柱形干燥室，可配置鼓形阀 连续出粉，或配置机械化卸粉 采用塔式则和离心相同。水平箱式，配置机械乔 粉器较为复杂，效果差 （3）对厂房要求 离心喷雾 压力喷雾 塔式需 8～10 米高，厂房也高，占地面积小 也是塔式，与离心式类同。水平箱式高 4～5 米，占地面积大。 二、喷雾干燥设备流程： （一）喷雾干燥系统 一般包括空气过滤器、进风机、空气加热器、雾化器、干燥 室、微粉捕集装置、排风机及集粉冷却等装置。 空气加热器←进风机←空气过滤器←新鲜空气 ↓ 浓缩料液→进料装置→雾化器→干燥室→集粉→冷却→筛分→包装 ↓ 捕粉装置→排风机→废气 （二）压力喷雾：
5 雾，不易发生堵塞，可在浓缩工序多排 水人，节约热能。 塞，溶液内含有固体物也易堵塞。在喷大颗粒奶 粉时，适当加大浓度，提高压力，增大喷孔直径， 情况有好转。 卫生及清 洗问题 进料时无压力，不会有漏奶等情况，清 洗时仅需拆下进奶管道，离心转盘，清 洗容易，轻便 高压管道，阀件以及高压泵的阀门，密封填料等 均易发生漏奶，要经常检修 ，清洗时，需将高 压管道，高压泵泵体全拆开清洗工作繁重。 易损件 主要为传动皮带和轴承，皮带最用半个 月，轴承能用半年以上，市场上容易购 置。 一般的喷嘴最多用 2 天，更换时，尚需协作厂定 制，人造红宝石喷嘴能用一年以上，高压泵的填 料与阀门均易损坏 平衡性 稍有不平衡，噪音及震动很大 一般比较稳定和安静 操作 仅需注意进出口浓奶流量，需工人 1 名 操作 除了需要注意进出口温度外，尚需注意喷嘴是否 正常（必要时需更换）。高压泵情况需 1-2 名工 人。 剩奶 每班工人完毕，管道中的剩奶可以全部 喷完，无剩奶 因需高压，管道及泵体内的剩奶需留下一班处理 御粉 采用塔式圆柱形干燥室，可配置鼓形阀 连续出粉，或配置机械化卸粉 采用塔式则和离心相同。水平箱式，配置机械乔 粉器较为复杂，效果差 （3）对厂房要求 离心喷雾 压力喷雾 塔式需 8～10 米高，厂房也高，占地面积小 也是塔式，与离心式类同。水平箱式高 4～5 米，占地面积大。 二、喷雾干燥设备流程： （一）喷雾干燥系统 一般包括空气过滤器、进风机、空气加热器、雾化器、干燥 室、微粉捕集装置、排风机及集粉冷却等装置。 空气加热器←进风机←空气过滤器←新鲜空气 ↓ 浓缩料液→进料装置→雾化器→干燥室→集粉→冷却→筛分→包装 ↓ 捕粉装置→排风机→废气 （二）压力喷雾：