噴霧乾燥器

噴霧乾燥設備是19世紀末LaMont和Percy等發明的，是現代乾燥新技術之一。在20世紀初這種設備主要用於脫脂奶粉的製造，並在食品工業中開始工業應用。隨著噴霧乾燥技術的不斷開發和完善，這項技術在國內外已得到了廣泛應用，例如用於食品工業中奶粉、乳清粉、奶油粉、蛋粉、果汁粉、速溶咖啡等的生產中，在其它工業如藥物、生物製品、洗滌劑、陶瓷、環保等工業中也很常用。

噴霧乾燥設機主要有：壓力噴霧設備(如水平箱式壓力噴霧乾燥機、立式併流型圓錐塔噴霧乾燥機、MD型噴霧乾燥機、k-7型單噴嘴二級噴霧乾燥機)和離心噴霧設備(如安海德羅式離心噴霧乾燥機、尼羅式離心噴霧乾燥機)。本文以日本MD型噴霧乾燥機為例，介紹了其噴霧乾燥的原理和特點，並結合自己的經驗，對實驗中噴霧乾燥機在生產中出現的問題進行了分析。

噴霧乾燥機通過機械作用，將需要乾燥的物料，分散成很細的象霧一樣的微粒(以增大水分蒸發麵積，加速乾燥過程)，與熱空氣接觸后，在一瞬間將大部分水分除去，而使物料中的固體物質乾燥成粉末。

噴霧乾燥機可使溶液、乳濁液、懸浮液、糊狀液等物料，經噴霧乾燥成為乾燥粉末狀、細中顆粒的製品。其工作原理如下：空氣通過過濾器和加熱裝置后，進入乾燥室頂部的熱風分配器，通過熱風分配器的熱空氣均勻地進入乾燥室，並成螺旋狀流動，同時將料液送到安裝在乾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，在極短的時間內形成乾燥成品。

乾燥速度快，產品性能好

料液經噴霧后，霧化成分散的微粒，表面積大大增加，與熱空氣接觸后在極短的時間內就能完成乾燥過程。一般情況下在100～150℃，1～3s內就能蒸發95%～98%的水分。由於乾燥過程是在瞬間完成的，產成品的顆粒基本上能保持與液滴近似的球狀，從而具有良好的分散性、優良的沖調性和很高的溶解度。

減少粘壁和焦粉，提高成品質量

噴霧乾燥機、離心噴霧乾燥機和多噴嘴噴霧乾燥機是3種典型的噴霧設備。離心噴霧和多噴嘴噴霧的噴霧方向為水平或垂直方向(軸線方向)。水平方向時，為了使熱風和液滴很好地接觸，提高幹燥效率，讓熱風形成渦流，這樣易產生附著現象，附著沉積的物料會產生熱變性和清洗困難等問題。而熱風的速度沿著乾燥塔軸線方向時，熱風流線常會整體發生偏移，熱風不能很好地與料液混合，效率低且有部分附著現象。

乾燥塔、分離室和冷卻室的一體化

為了滿足市場需要，提高產品溶解性、沖調性和包裝性能。有的噴霧乾燥設備增加了造粒的設備，但它會增加製品的熱變性和芳香物質的損失，而MD型噴霧乾燥機有效地解決了乾燥塔、分離室和冷卻室的一體化問題。在噴霧乾燥的降速乾燥階段，隨著水分的降低，粉末的溫度上升。以乳品為例，乾燥塔下部的乾燥空氣溫度為90～100℃時，粉末的溫度為60℃左右，為防止熱變性，希望乾燥終了時迅速冷卻。對此MD型噴霧乾燥機在乾燥塔的下部安裝了流動冷卻室，這個系統有旋風分離的微粉末，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，然後排出，其結果對熱變性有很好的控制作用。

二次熱風的利用

熱風吹進乾燥塔時，吹入處的溫度很高，這個部位若附著有微量的產品，會全部褐變，它不斷地下落，會造成產品品質下降。對此MD型噴霧乾燥機在熱風吹進乾燥塔的口部設置了兩個同心圓筒，從這兩個圓筒的中間可以迴流低溫的二次熱風(70～100℃)，有效地解決了上述因附著而造成的品質下降問題。而且二次熱風風量(G)和熱風風量(G)的比G′öG=0.05，或更大些(可增加到0.3～0.4)，有利於提高產品溶解度。

噴霧乾燥機是使液態物料經過噴嘴霧化成微細的霧狀液滴，在乾燥塔內與熱介質接觸，被乾燥成為粉料的熱力過程。進料可以是溶液、懸浮液或糊狀物，霧化可以通過旋轉式霧化器、壓力式霧化噴嘴和氣流式霧化噴嘴實現，操作條件和乾燥設備的設計可根據產品所需的乾燥特性和粉粒的規格選擇。

噴霧乾燥機是乾燥領域發展最快、應用範圍最廣的一種形式，適用於溶液、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品。被乾燥物料熱敏性、粘度、流動性等不同的乾燥特性，和產品的顆粒大小、粒度分佈、殘留水份含量、堆積密度、顆粒形狀等不同的質量要求，決定了採用不同的霧化器、氣流運動方式和乾燥室的結構形式。

經球磨好的料漿在攪拌槽內進一步的被攪拌均勻並加熱至35℃以上，然後向攪拌槽內施加壓力，在壓力的作用下，料漿被送至霧化器，經霧化器霧化后從塔體下部噴入塔體內。經油氣熱交換器加熱的N2被送風機送至塔體頂部的氣體分配器，經氣體分配器后，N2均勻地、呈旋風狀地進入塔體，對霧化了的料漿進行乾燥制粒。料粒與熱氣體接觸后其表面的液體便迅速蒸發，而內部的氣體在其後的乾燥過程中遷移到表面被熱氣體帶走。乾燥后的料粒落到塔體底部，通過一對碟閥進行間隙式回收。

乾燥料漿后的氣體中含有汽化后的己烷和少量的微小粉塵，該氣體被壓力風機首先送到旋風分離器，對其中的粉塵進行初步分離，然後再送至冷凝一淋洗塔。在淋洗塔內，氣體得到進充分的洗滌，而氣體中含有的己烷氣體被冷凝出來，在淋洗塔底部進行收集，經洗滌后的氣體又被送到油一氣熱交換器進行加熱，得到重複使用。運行過程中系統保持微正壓狀態，靠一個送氣閥和一個排氣閥自動控制。

避免了熱風渦流和軸流的缺點，設置了熱風整流室，在整流室的吹出口裝有蜂窩狀類似轉漿式水輪機導向葉輪的固定葉片，熱風由固定葉片的半徑方向流出，進一步改變熱風方向，吹向乾燥塔。這樣由固定葉片把渦流的熱風轉變為乾燥塔的軸向供給，達到了整流的目的，對於解決乾燥塔內的產品附著問題效果非常明顯。而且整流後防止了熱風迴轉，使霧下降時，受熱均勻，使成品的熱變化可以維持在最小限度內，因此提高了成品的質量。

1、開機前，請確認水、氣、電已滿足設備要求；請再次確認所有緊固件已收緊，檢查門已關緊。

2、開冷卻循環水，開總控制電源（位於牆上），及控制電櫃左上角開關，開啟冷凍機。

3、準備往系統注入氮氣：檢查三個閥門，V－3（關）、V－2（關）、V－4（開）。

4、將氮氣分壓關閉，開總閥，然後將分壓調至0.4MPa。

5、系統內導入氮氣：V－101（開），V－102（開），V－103（開得較小），V－106（開得較小，使其流量在0.5左右），調節V－102與V－103間的三聯過濾器，使其壓力在0.1MPa，V－104（開得較小，壓力在0.1MPa左右）。

6、至氧氣濃度低於規定的濃度（3％）時，V－103（關），V－2（開），V－4（關），然後啟動循環風機5－10分鐘，使氧氣濃度維持在3％（系統不漏氣）。

7、開啟霧化器（頻率為0HZ），開啟電加熱，開供料泵，開蠕動泵（溫度未達到設定值時，不得供料），當溫度達到100℃后（設定溫度在100℃以上），調節霧化器頻率至30－40HZ。

8、當熱風入口溫度達到已設定溫度並穩定時，將霧化器的頻率慢慢調製50HZ。開啟蠕動泵，噴溶劑，使出口溫度達到設定值並穩定（此時可觀察溶劑是否噴出，出口溫度的變化情況）。

9、當入口溫度與出口溫度達到設定值時，迅速將溶劑切換至原料液。並調節霧化器旋鈕至規定轉速。

10、噴料完畢后，將原料液切換至溶劑，並且霧化器頻率調至50HZ，並噴霧10分鐘左右，此後供料泵關閉，電加熱關閉（此時關閉氮氣），慢慢減速霧化器轉速至20HZ左右。當進口溫度降到90℃關閉可燃氣體開關，關閉冷凍機開關，並用空氣置換系統內氮氣（開V－3，關V－2，開V－4），霧化器在溫度為90℃以下時可關閉，循環風機在溫度為60℃以下時可關閉。

11、當控氧儀氧氣濃度達到21％后，可開檢查門，並清理物料。

12、關閉電源及氮氣各個分流閥。

粘壁現象嚴重

主要表現是乾燥室內到處都有粘著的濕粉。其原因是進料量太大，不能充分蒸發；噴霧開始前乾燥室加熱不足；開始噴霧時，下料流量調節過大；加入的料液不穩定。針對上述產生問題的不同原因，可依次採取以下措施：適當減少進料量；適當提高熱風的進口和出口溫度；在開始噴霧時，流量要小，逐步加大，調節到適當時為止；檢查管道是否堵塞，調整物料固形物含量，保證料液的流動性。

產品水分含量太高

排風溫度是影響成品水分含量的主要因素，所以造成產品水分含量太高的原因一般是排風溫度太低。而排風溫度可由進料量來調節。因此相應的措施是適當減小進料量，以提高排風溫度。

產品純度低，雜質過多

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)設備清洗不徹底。可採用的補救措施有：檢查空氣過濾器中過濾材質敷設是否均勻，過濾器使用時間是否太長，若是應立即更換；檢查熱風入口處焦粉情況，克服渦流；噴物前應將料液過濾；重新清洗設備。

產品粉粒太細，跑粉現象嚴重，產品得率低

產品顆粒太細會影響其溶解性、沖調性能。原因是含固量太低或進料量太小。補救措施是提高料液的含固量，加大進料量，提高進風溫度。跑粉損失過多，大大影響成品的得率，一般的原因是旋風分離器的分離效果差。若出現這種情況，應檢查旋風分離器是否由於敲擊、碰撞而變形；提高旋風分離器進出口的氣密性，檢查其內壁及出料口是否有積料堵塞現象。當然分離效率還與粉末的比重及粒度的大小有關，某些物料可根據需要增加第二級除塵。

離心噴頭轉速太低，蒸發量太低

主要是離心噴頭部件出了故障，所以要停止使用噴頭，檢查噴頭內部件。原因可能是：整個系統的空氣量減少；熱風的進口溫度偏低；設備有漏風現象，有冷風進入乾燥室。補救措施為：檢查離心機的轉速是否正常；檢查離心機調節閥位置是否正確；檢查空氣過濾器及空氣加熱器管道是否堵塞；檢查電網電壓是否正常；檢查電加熱器是否正常工作；檢查設備各組件連接是否密封。

離心噴頭運轉時有雜聲或振動

主要由於噴頭的清洗和保養不當引起的噴盤內附有殘留物質或主軸產生彎曲和變形，也可能是離心盤動平衡不好。解決辦法：檢查噴霧盤內是否有殘存物質，若有應及時清洗；發現主軸有異常，要進行更換對離心盤的動平衡重新調整或更換。

（a）催化劑的乾燥

如丙烯腈催化劑、輕油轉化催化劑、中溫變換催化劑、高壓甲醇催化劑及低壓甲醇催化劑等。

（b）洗滌劑的乾燥

如合成洗衣粉、十二醇硫酸鈉及皂基等。

（c）染料和顏料的乾燥

如活性翠藍、咔嘰綠B、增白劑及鉻黃等。

（d）化學肥料的乾燥

如尿素及氮磷鉀複合肥料等。

（e）聚合物的乾燥

如聚氯乙烯醋酸酯、聚乙烯醇、尿素甲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、苯酚甲醛樹脂、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、苯乙烯丁二烯樹脂及聚甲醛等。

（f）陶瓷原料的乾燥

如鐵氧體、碳化鎢、皂石、高嶺土、氧化鋁及鈦酸鹽等。

（g）礦物的乾燥

如銅精礦、鎳精礦、鉑精礦、氧化銅精礦、鋁精礦、鋅精礦、錫精礦、沉澱銅、沉澱氫氧化鋁、沉澱碳酸鎳，貴重金屬泥、皂土、冰晶石及磷酸鹽等。

（h）農藥的乾燥

如除草劑、殺蟲劑及殺菌劑等。

（i）藥品乾燥

如維生素、抗菌素、酶、糊精、肝精、培養基及中草藥植物抽取液等。

（j）速溶食品的乾燥

如全脂奶粉、脫脂奶粉、麥乳精、可溶性魚粉、魚漿及魚蛋白質等。