喷雾干燥设备在奶制品生产中崭露头角
- 2012-10-23 09:34:56857
喷雾干燥过程是物料由泵送至喷雾干燥器内,由雾化器将其分散为小雾滴;空气经加热后送入干燥室内与料雾混和、接触;完成干燥过程后,干燥产品经分离后入库贮藏或直接投入使用。经喷雾干燥法生产的奶粉是均匀粉状产品,不需再烘干、凉粉、粉碎等工艺过程,可直接进行包装为成品,使奶粉的生产过程实现了机械化、连续化和大型化,并因物料表面温度不会太高而提高了奶粉产品的质量,因此喷雾干燥设备在奶粉工业生产中发挥了巨大的作用,并且有干燥水分量越来越大的趋势。但喷雾干燥是一个高能耗过程,而且由于干燥后产品质量要求较高,湿含量不能波动很大,就要求对干燥温度等操作参数进行严格控制,因此喷雾干燥设备的正确选型和操作及控制系统的合理设计对确保产品质量、节能降耗至关重要,不仅为推动和促进我国乳品工业的科技进步和发展做出应有的贡献,而且能带动和促进其他行业的科技进步与发展,为祖国的经济腾飞做出更大的贡献。
1.喷雾干燥设备在乳品工业生产中的发展过程
喷雾干燥设备在1901年用于奶粉工业的生产,在20世纪20年代才真正用于奶粉工业的生产,20世纪40年代末才在我国开始使用。早的结构是属于压力箱式（卧式）,物料的雾化为双流体式,动力消耗量大。到1958年,轻工部在黑龙江省推广畜力小型压力式喷雾干燥法生产奶粉,1955年哈尔滨松花江牛奶厂用离心喷雾的方法生产奶粉。这两种形式的喷雾干燥设备当时都是平底结构,出粉是间歇式的,每工作一个班次人工出粉一次。
20世纪60年代中期,箱式压力干燥设备出现了锥底带螺旋出粉器（搅龙）的结构形式。台立式多喷头压力喷雾干燥设备诞生在20世纪70年代初,它的出现使喷雾干燥设备的有效容积缩小近一半,而且不用搅龙,连续出粉。20世纪80年代又生产了单喷头的立式压力喷雾干燥设备,它在奶粉工业中的应用是推动我国乳粉工业技术进步的一个关键环节,为促进我国奶粉工业的迅速发展奠定了基础。
2.喷雾干燥设备的特点
喷雾干燥设备一般有压力式、离心式和气流式3种。压力式喷雾干燥设备干燥强度较高,体积较小,设备自身及土建投资都比较小,产品颗粒较小,堆密度较大。对于奶粉堆密度为0165左右,干燥时间特别短,仅用10～30s即可完成,适用于热敏性物料的生产,所以在奶粉及其他行业,有许多离心式喷雾干燥设备改为压力式喷雾设备。压力喷雾干燥设备的动力消耗较小。离心式喷雾干燥设备一般直径较大,高度较小,干燥强度较压力式喷雾干燥设备低。产品颗粒粒径较大,物料适应性广,一般压力式喷雾干燥设备适应的物料均适应于离心式喷雾干燥设备。离心式喷雾干燥设备适应物料粘度较高。气流式喷雾又称二流体喷雾,它是利用蒸汽或压缩空气的高速运动（一般为200～300m/s）,使气液之间存在着相当高的相对速度,液膜被拉成丝状,然后分裂成细小的雾滴液体,表面积突然增大与热空气迅速进行热质交换,水分被汽化,得到粉状干燥物料。适应的物料特别广泛,但动力消耗特别大,一般只要能采用其他方法喷雾雾化的就尽量不采用这种方法。用气流式雾化应将物料加热至适当的温度,使其粘度尽可能降低,因此,气流式喷雾可适用于粘度较大的物料。
3.干燥过程控制系统
喷雾干燥过程的快速性对于实施有效控制显得尤为重要。目前,国内外对干燥控制理论与实践的研究尚处于刚刚起步阶段,缺乏全面、系统的研究。通过对生产工艺分析,提出自动化控制技术在奶粉干燥过程中应用的目的在于:（1）避免人工间隙操作所带来的设备工作过程的不稳定性,从而实现连续化的生产,使喷雾干燥过程这种多变量、高度非线性的系统工作过程趋于稳定;（2）通过引入自动化控制系统,在保证产品质量及产量的前提下,使控制系统在线信号采集点尽量减少,减少各变量之间不必要的影响;（3）节省人力,减少人为因素造成的误工,缩短工作周期;（4）通过自动化控制系统中各变量参数的正确预设,使整个系统在佳状态下工作,发挥设备本身的大效能,达到节能降耗的目的;（5）提高产品质量,并使操作管理成本小化。
衡量干燥设备应用在特定工艺条件下成功与否的主要指标是干燥产品的产量、质量,还包括产品的粒径分布、外观及产品终含水量等。产品的产量由生产负荷的经济性能及热空气发生器所提供的热量、干燥器的干燥强度、热空气流量、料浆中固形物的含量等条件决定;影响产品质量的因素很多:产品的粒径及外观由干燥设备的工艺性能及料浆配制工艺参数决定,而产品的终含水量与干燥塔热风进口温度、尾气出口温度及干燥塔内负压等参数的选取有直接关系。
喷雾干燥设备推动了奶粉工业生产的一次革命,但喷雾干燥设备并不是一种通用设备,它的雾化结构和形式、塔体结构、均风、排风、扑粉、出粉形式、与其他工艺设备组合情况、自动控制系统等的设计均必须与所处理物料相适用。只有这样,随着时代的发展和科学技术的不断进步,喷雾干燥设备才能适应更广泛的物料干燥要求,为国民经济的发展和建设作出越来越大的贡献。