在我國(guó)的奶制品生產(chǎn)中，奶粉的生產(chǎn)約占整個(gè)奶制品總產(chǎn)量的80%左右，原因是奶粉便于貯存和運(yùn)輸。在奶粉生產(chǎn)過程中，干燥工段是奶粉生產(chǎn)的zui重要環(huán)節(jié)之一，僅干燥工序要蒸發(fā)掉的水分量幾乎與所要生產(chǎn)出來的奶粉質(zhì)量相當(dāng)。一般來說，產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝決定產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備及控制系統(tǒng)，但先進(jìn)設(shè)備和控制系統(tǒng)的應(yīng)用也可以改變產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，噴霧干燥設(shè)備在奶粉生產(chǎn)線中的應(yīng)用就是一個(gè)典型的例子。
　　
　　噴霧干燥過程是物料由泵送至噴霧干燥機(jī)內(nèi)，由霧化器將其分散為小霧滴；空氣經(jīng)加熱后送入干燥室內(nèi)與料霧混和、接觸；完成干燥過程后，干燥產(chǎn)品經(jīng)分離后入庫(kù)貯藏或直接投入使用。經(jīng)噴霧干燥法生產(chǎn)的奶粉是均勻粉狀產(chǎn)品，不需再烘干、涼粉、粉碎等工藝過程，可直接進(jìn)行包裝為成品，使奶粉的生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、連續(xù)化和大型化，并因物料表面溫度不會(huì)太高而提高了奶粉產(chǎn)品的質(zhì)量，因此噴霧干燥設(shè)備在奶粉工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大的作用，并且有干燥水分量越來越大的趨勢(shì)。但噴霧干燥是一個(gè)高能耗過程，而且由于干燥后產(chǎn)品質(zhì)量要求較高，濕含量不能波動(dòng)很大，就要求對(duì)干燥溫度等操作參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，因此噴霧干燥設(shè)備的正確選型和操作及控制系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)對(duì)確保產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能降耗至關(guān)重要，不僅為推動(dòng)和促進(jìn)我國(guó)乳品工業(yè)的科技進(jìn)步和發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，而且能帶動(dòng)和促進(jìn)其他行業(yè)的科技進(jìn)步與發(fā)展，為祖國(guó)的經(jīng)濟(jì)騰飛做出更大的貢獻(xiàn)。
　　
　　1、噴霧干燥設(shè)備在乳品工業(yè)生產(chǎn)中的發(fā)展過程
　　
　　噴霧干燥設(shè)備在1901年用于奶粉工業(yè)的生產(chǎn)，在20世紀(jì)20年代才真正用于奶粉工業(yè)的生產(chǎn)，20世紀(jì)40年代末才在我國(guó)開始使用。zui早的結(jié)構(gòu)是屬于壓力箱式（臥式），物料的霧化為雙流體式，動(dòng)力消耗量大。到1958年，輕工部在黑龍江省推廣畜力小型壓力式噴霧干燥法生產(chǎn)奶粉，1955年哈爾濱松花江牛奶廠用離心噴霧的方法生產(chǎn)奶粉。這兩種形式的噴霧干燥設(shè)備當(dāng)時(shí)都是平底結(jié)構(gòu)，出粉是間歇式的，每工作一個(gè)班次人工出粉一次。20世紀(jì)60年代中期，箱式壓力干燥設(shè)備出現(xiàn)了錐底帶螺旋出粉器（攪龍）的結(jié)構(gòu)形式。*臺(tái)立式多噴頭壓力噴霧干燥設(shè)備誕生在20世紀(jì)70年代初，它的出現(xiàn)使噴霧干燥設(shè)備的有效容積縮小近一半，而且不用攪龍，連續(xù)出粉。20世紀(jì)80年代又生產(chǎn)了單噴頭的立式壓力噴霧干燥設(shè)備，它在奶粉工業(yè)中的應(yīng)用是推動(dòng)我國(guó)乳粉工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為促進(jìn)我國(guó)奶粉工業(yè)的迅速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
　　
　　2、噴霧干燥設(shè)備的特點(diǎn)
　　
　　噴霧干燥設(shè)備一般有壓力式、離心式和氣流式3種。
　　
　　壓力式噴霧干燥設(shè)備干燥強(qiáng)度較高，體積較小，設(shè)備自身及土建投資都比較小，產(chǎn)品顆粒較小，堆密度較大。對(duì)于奶粉堆密度為0.65左右，干燥時(shí)間特別短，僅用10~30s即可完成，適用于熱敏性物料的生產(chǎn)，所以在奶粉及其他行業(yè)，有許多離心式噴霧干燥設(shè)備改為壓力式噴霧設(shè)備。壓力噴霧干燥設(shè)備的動(dòng)力消耗較小。
　　
　　離心式噴霧干燥設(shè)備一般直徑較大，高度較小，干燥強(qiáng)度較壓力式噴霧干燥設(shè)備低。產(chǎn)品顆粒粒徑較大，物料適應(yīng)性廣，一般壓力式噴霧干燥設(shè)備適應(yīng)的物料均適應(yīng)于離心式噴霧干燥設(shè)備。離心式噴霧干燥設(shè)備適應(yīng)物料粘度較高。
　　
　　氣流式噴霧又稱二流體噴霧，它是利用蒸汽或壓縮空氣的高速運(yùn)動(dòng)（一般為200~300m／s），使氣液之間存在著相當(dāng)高的相對(duì)速度，液膜被拉成絲狀，然后分裂成細(xì)小的霧滴液體，表面積突然增大與熱空氣迅速進(jìn)行熱質(zhì)交換，水分被汽化，得到粉狀干燥物料。適應(yīng)的物料特別廣泛，但動(dòng)力消耗特別大，一般只要能采用其他方法噴霧霧化的就盡量不采用這種方法。用氣流式霧化應(yīng)將物料加熱至適當(dāng)?shù)臏囟龋蛊湔扯缺M可能降低，因此，氣流式噴霧可適用于粘度較大的物料。
　　
　　3、噴霧干燥設(shè)備的發(fā)展方向
　　
　　從工業(yè)化大生產(chǎn)、節(jié)能、降耗上來看，噴霧干燥設(shè)備應(yīng)是立式、大型、連續(xù)、自動(dòng)化的，這種運(yùn)行設(shè)備是比較合理的。連續(xù)是說噴霧是連續(xù)的，即進(jìn)料和出料均為連續(xù)的。從規(guī)模上講，根據(jù)不同的生產(chǎn)型式采用相應(yīng)的設(shè)備，一般在食品工業(yè)，趨向于大型化、多噴嘴，而在制藥行業(yè)一般規(guī)模都比較小。
　　
　　噴霧干燥設(shè)備和其他設(shè)備一樣，設(shè)備選型和其內(nèi)部部件的匹配必須與所處理的物料相適應(yīng)，應(yīng)盡可能提高設(shè)備的干燥強(qiáng)度，即單位容積在單位時(shí)間內(nèi)的水分干燥量，從而使噴霧干燥設(shè)備的體積為zui小，設(shè)備及土建投資為zui省。
　　
　　3.1熱風(fēng)分配形式
　　
　　噴霧干燥設(shè)備的熱風(fēng)分配是一個(gè)比較關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，熱風(fēng)的導(dǎo)入方式對(duì)整個(gè)干燥設(shè)備的性能有著重要的影響，合理的熱風(fēng)導(dǎo)入方式不僅能使霧滴與熱風(fēng)更充分有效的混合，從而提高換熱效率，而且還能有效解決某些特殊物料的干燥，有效防止物料的粘壁、粘頂現(xiàn)象。
　　
　　以往的壓力式噴霧干燥設(shè)備多采用套筒式調(diào)風(fēng)結(jié)構(gòu)，熱風(fēng)通過套筒調(diào)風(fēng)后，然后進(jìn)行分風(fēng)進(jìn)入噴霧干燥設(shè)備的內(nèi)筒內(nèi)。這種設(shè)備體積較大，現(xiàn)在多采用多層篩板分風(fēng)，因尺寸較小，故應(yīng)用較為廣泛。壓力式噴霧干燥設(shè)備在Ⅲ頁(yè)流噴霧時(shí)，熱風(fēng)進(jìn)入導(dǎo)管的風(fēng)速約為9m／s，在逆流或上排風(fēng)噴霧干燥設(shè)備中控制熱風(fēng)進(jìn)入導(dǎo)風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)速要適當(dāng)大些。
　　
　　離心式噴霧干燥設(shè)備一般采用熱風(fēng)分配器，熱風(fēng)由蝸殼布風(fēng)器，經(jīng)導(dǎo)風(fēng)板進(jìn)入噴霧干燥設(shè)備主體內(nèi)，熱風(fēng)與離心式霧化器的旋向一致。離心式噴霧干燥設(shè)備的熱風(fēng)分配器的主要功能有三：將干燥介質(zhì)熱空氣引入干燥塔內(nèi)使其與被干燥的物質(zhì)接觸，完成干燥任務(wù)；選擇理想的結(jié)構(gòu)使其導(dǎo)入的熱介質(zhì)與被干燥物料充分混合，達(dá)到較高的換熱效率；減少或避免某些物料的粘壁、粘頂現(xiàn)象的發(fā)生。隨著噴霧干燥技術(shù)的發(fā)展，熱風(fēng)分配器正在不斷趨于完善。
　　
　　3.2塔體排風(fēng)形式
　　
　　在順流噴霧干燥設(shè)備中，一般采用下排風(fēng)，壓力噴霧干燥設(shè)備在塔體錐節(jié)頂部將設(shè)備的直徑加大，在環(huán)形帶均勻地設(shè)置4個(gè)排風(fēng)筒，然后匯集到撲粉器上，或在環(huán)形區(qū)上部直接設(shè)4個(gè)布袋式過濾室，然后將排風(fēng)管路匯集到排風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口處。現(xiàn)在壓力噴霧干燥設(shè)備普遍流行上排風(fēng)，熱風(fēng)從塔體上部進(jìn)入塔內(nèi)，物料也從上部噴入塔內(nèi)，排風(fēng)在塔體圓環(huán)部分均勻設(shè)置4個(gè)排風(fēng)管路，然后將廢氣匯集到撲粉器上排除。這種噴霧干燥設(shè)備的熱風(fēng)加熱溫度比較高，干燥強(qiáng)度比較大，塔的體積比較小，設(shè)備及土建費(fèi)用比較低。
　　
　　離心式噴霧干燥設(shè)備的排風(fēng)管一般都是從塔體錐節(jié)部分引出，然后進(jìn)入撲粉器，這樣可以在不影響正常出粉的條件下盡可能地增大噴霧干燥塔的有效容積，使體積為zui小。
　　
　　3.3設(shè)備的清掃
　　
　　引進(jìn)國(guó)外的噴霧干燥設(shè)備一般均不設(shè)這種裝置，而采用清洗的辦法，國(guó)產(chǎn)噴霧干燥設(shè)備一般均考慮這個(gè)問題。壓力噴霧干燥設(shè)備塔壁的清掃一般用吊盤式掃粉裝置，安全可靠，清掃得比較*，但塔體錐節(jié)應(yīng)設(shè)清掃門在塔體外部進(jìn)行清掃。離心式噴霧干燥設(shè)備塔體的清掃一般采用推進(jìn)式升降掃粉車，清掃得也比較*，當(dāng)掃粉完畢后可將掃粉車沿著塔門移到塔體外面。
　　
　　噴霧干燥設(shè)備的塔體上一般都裝配有震塔裝置，以盡可能阻止被干燥物粘附在塔壁上，一般采用若干個(gè)空氣振蕩錘或電錘，編排一定的振蕩程序?？諝庹袷庡N比電錘要好，但必須配備壓縮空氣。
　　
　　3.4設(shè)備的撲粉
　　
　　噴霧干燥設(shè)備一般采用二級(jí)撲粉，*級(jí)采用旋風(fēng)分離撲粉，第二級(jí)采用布袋式過濾器撲粉。在奶粉生產(chǎn)中，布袋式過濾器的濾布一般為130目，而在蛋白粉生產(chǎn)中一般要求在200～240目。在奶粉生產(chǎn)中也有采用一級(jí)撲粉的。在大豆蛋白、分離蛋白的噴霧干燥生產(chǎn)中，一般是將熱風(fēng)從塔頂送入干燥塔，物料也從上部噴入，而出粉和排風(fēng)均從出粉口進(jìn)入撲粉器——旋風(fēng)分離器，物料從旋風(fēng)分離器卸料后由羅茨鼓風(fēng)機(jī)輸送到粉倉(cāng)，廢氣進(jìn)入布袋式過濾器進(jìn)行撲粉后排放到大氣中，細(xì)粉與旋風(fēng)卸下的粉料一起送入粉倉(cāng)。用于生產(chǎn)蛋白粉的噴霧干燥設(shè)備的進(jìn)、排風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓—般較生產(chǎn)奶粉的噴霧干燥設(shè)備的進(jìn)、排風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓高，風(fēng)量匹配與奶粉生產(chǎn)用噴霧干燥設(shè)備相同，排風(fēng)機(jī)風(fēng)量比進(jìn)風(fēng)機(jī)風(fēng)量大30%，原因有三：一是進(jìn)風(fēng)機(jī)鼓入的是室溫空氣，而排風(fēng)機(jī)排出的是熱空氣，空氣體積應(yīng)變大，二是噴霧干燥時(shí)，干燥塔內(nèi)應(yīng)用0.147kPa的真空度，有利于物料的下行順暢，減輕飛濺，三是在噴霧干燥瞬間有水分汽化，這也占有一定體積。
　　
　　從旋風(fēng)分離器和布袋式濾室出來的細(xì)粉用羅茨鼓風(fēng)機(jī)送入塔內(nèi)，進(jìn)行細(xì)粉回塔附聚，增加顆粒度和溶解性能。
　　
　　布袋式過濾器的濾袋抖動(dòng)一般采用脈沖反吹式，價(jià)格較貴，消耗壓縮空氣較多?，F(xiàn)一般采用氣缸往復(fù)抖動(dòng)，并且將抖動(dòng)與調(diào)風(fēng)蝶閥關(guān)閉實(shí)現(xiàn)互鎖，實(shí)現(xiàn)在不排風(fēng)瞬間抖動(dòng)布袋，價(jià)格便宜，效果較好。
　　
　　3.5設(shè)備的出粉
　　
　　噴霧干燥設(shè)備的出粉是連續(xù)的，并在干燥塔的出粉口與振動(dòng)流化床連接，使粉狀物料實(shí)現(xiàn)二次干燥，噴涂卵磷脂或其他添加風(fēng)味，使噴霧干燥設(shè)備的能力擴(kuò)大，產(chǎn)品的品質(zhì)提高，并可實(shí)現(xiàn)二次干燥后物料及時(shí)冷卻，使產(chǎn)品達(dá)到可以直接包裝的狀態(tài)，從而極大地減輕產(chǎn)品包裝前受污染的環(huán)節(jié)。
　　
　　4、干燥過程控制系統(tǒng)
　　
　　噴霧干燥過程的快速性對(duì)于實(shí)施有效控制顯得尤為重要。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)干燥控制理論與實(shí)踐的研究尚處于剛剛起步階段，缺乏全面、系統(tǒng)的研究。通過對(duì)生產(chǎn)工藝分析，提出自動(dòng)化控制技術(shù)在奶粉干燥過程中應(yīng)用的目的在于：
　　
　?。?）避免人工間隙操作所帶來的設(shè)備工作過程的不穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)化的生產(chǎn)，使噴霧干燥過程這種多變量、高度非線性的系統(tǒng)工作過程趨于穩(wěn)定；
　　
　?。?）通過引入自動(dòng)化控制系統(tǒng)，在保證產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量的前提下，使控制系統(tǒng)在線信號(hào)采集點(diǎn)盡量減少，減少各變量之間不必要的影響；
　　
　　（3）節(jié)省人力，減少人為因素造成的誤工，縮短工作周期；
　　
　?。?）通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)中各變量參數(shù)的正確預(yù)設(shè)，使整個(gè)系統(tǒng)在*狀態(tài)下工作，發(fā)揮設(shè)備本身的zui大效能，達(dá)到節(jié)能降耗的目的；
　　
　?。?）提高產(chǎn)品質(zhì)量，并使操作管理成本zui小化。
　　
　　衡量干燥設(shè)備應(yīng)用在特定工藝條件下成功與否的主要指標(biāo)是干燥產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量，還包括產(chǎn)品的粒徑分布、外觀及產(chǎn)品zui終含水量等。產(chǎn)品的產(chǎn)量由生產(chǎn)負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性能及熱空氣發(fā)生器所提供的熱量、干燥機(jī)的干燥強(qiáng)度、熱空氣流量、料漿中固形物的含量等條件決定；影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素很多：產(chǎn)品的粒徑及外觀由干燥設(shè)備的工藝性能及料漿配制工藝參數(shù)決定，而產(chǎn)品的zui終含水量與干燥塔熱風(fēng)進(jìn)口溫度、尾氣出口溫度及干燥塔內(nèi)負(fù)壓等參數(shù)的選取有直接關(guān)系。
　　
　　文獻(xiàn)表明，噴霧干燥過程中，在霧粒子與熱風(fēng)之間發(fā)生熱量與質(zhì)量遞的同時(shí)還發(fā)生動(dòng)量交換。物料的燥效果取決于兩者之間的熱質(zhì)交，熱質(zhì)交換過程又主要受干燥機(jī)內(nèi)氣的濕度和溫度控制；物料與空氣間的動(dòng)量傳遞主要取決于料霧粒子干燥空氣之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。為此，在計(jì)算噴霧干燥機(jī)內(nèi)料霧粒子運(yùn)軌跡的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于微處理器控制系統(tǒng)。在這一系統(tǒng)中，將濕含的測(cè)量值作為反饋信號(hào)，同時(shí)對(duì)空的濕度、物料的相對(duì)密度以及入口氣溫度進(jìn)行前饋補(bǔ)償，通過調(diào)節(jié)進(jìn)率來控制出口空氣溫度。
　　
　　5、結(jié)束語(yǔ)
　　
　　噴霧干燥設(shè)備推動(dòng)了奶粉工業(yè)生產(chǎn)的一次革命，但噴霧干燥設(shè)備并不是一種通用設(shè)備，它的霧化結(jié)構(gòu)和形、塔體結(jié)構(gòu)、均風(fēng)、排風(fēng)、撲粉、粉形式、與其他工藝設(shè)備組合情況、自動(dòng)控制系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)均必須與所處理物料相適用。只有這樣，隨著時(shí)代的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，噴霧干燥設(shè)備才能適應(yīng)更廣泛的物料干燥要求，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和建設(shè)作出越來越大的貢獻(xiàn)。