奶粉噴霧干燥生產中應注意的問題

■ 劉殿宇 梁素梅 高偉 華禹乳品機械制造有限公司

我國用于奶粉噴霧干燥生產的設備主要形式為壓力噴霧干燥。噴霧干燥系統的結構形式、設計效果、操作參數的控制、操作者的責任心均會不同程度地影響奶粉的質量，如奶粉的色澤、顆粒、沖調、雜質，甚至蛋白質的變性程度等。良好的產品質量來自于先進的設備。我國奶粉生產線自動化程度還不高，大多數為人工操作控制，要生產出優質產品必須從每個細節做起。本文以RGYP01-1000型壓力噴霧干燥系統在奶粉中的設計應用為例闡述應注意的問題。

1 噴霧干燥系統結構形式的確定

用于奶粉生產的壓力噴霧干燥系統主要有下排風與上排風2種。近幾年，我國從國外引進了上排風塔，其特點是粉在塔中運行路徑較短，粉的色澤、顆粒、沖調、溶解度較好。目前，干燥塔的捕粉結構形式主要有旋風捕粉、單機獨立布袋脈沖反吹捕粉和旋風加濾袋2級捕粉。從效果上看，都能夠滿足現代乳品工業生產奶粉的需要。本文以旋風加濾袋2級捕粉、下排風塔為例進行論述，其主要技術參數為：①生產能力：1000kg/h；②進風量：43000～48000m3/h；③進風溫度：150～160℃；④排風量：43000～48000m3/h；⑤排風溫度：75～85℃；⑥噴頭支數：3；⑦袋濾器過濾面積：373m2；⑧使用蒸汽壓力：0.8～0.9MPa。

牛奶屬于熱敏性物料，奶粉生產過程是熱加工處理過程，盡量縮短奶粉在干燥塔內的停留時間是現代奶粉生產的需要。現代奶粉生產與過去大不一樣，對粉的顆粒、沖調、溶解度，乃至色澤等理化指標要求非常高，各個奶粉企業又有內控指標（比行業標準還要嚴格），要生產優質奶粉，優質牛奶是前提，其次是先進的工藝設備。為了滿足現代奶粉生產的需要，干燥塔的結構比過去復雜了，現代噴霧干燥系統都設有附聚造粒系統及二次附聚造粒系統。附聚造粒是指將排風攜帶的粉塵捕集下來送回至干燥塔內進行再造粒；二次附聚造粒系統則是指從干燥塔出粉口接臥式振動流化床或冷卻床，奶粉經過振動，團粒整型后少部分細粉在負壓作用下進入排風捕集系統再次進行造粒。這樣生產出的奶粉顆粒沖調、溶解度都比較好，現代奶粉生產的干燥塔必須具備這2部分功能。

2 產生產品雜質的幾個因素

在噴霧干燥段，奶粉雜質超標的主要原因來自進風系統，即進風過濾器的影響，還有加熱器、進風管道及熱風分布器的影響。現代乳品廠生產乳品的車間均執行GMP標準，對進風的含塵度也有明確的要求，空氣過濾器必須具有足夠的過濾面積，面積過小既會影響進風量也會使進風攜帶灰塵量增多，空氣過濾器面積按下式計算：F=L/M。式中，F為過濾面積（m2）；L為需要通過濾層的空氣量（m3/s）； M為過濾強度，即單位時間單位過濾面積通過的空氣量（m3/m2·s），一般不超過2m3/m2·s。

濾布的形式較多，比較常用的有光面棉綸和光面纖維，它們的效果都比較好；過濾器濾布要經常進行檢查，發現灰塵附著必須及時進行清洗更換。噴霧干燥塔所使用的加熱器都是疊加串聯在一起的，加熱器材料有碳鋼管纏繞鋁翅片結構，也有完全的不銹鋼結構。從傳熱效果及價格上看，前者應用較為普遍，但長時間使用這種加熱器易生銹和掛垢，銹蝕碎片或垢層一經脫落即隨風進入干燥塔內，從而影響塔內粉的質量，清理相當困難。為了清理加熱器表面的銹蝕及灰塵，可將加熱器中部或片與片之間預留方門，人可以從側面進入加熱器中進行定期清理或清洗，這種結構應用效果較好。進風管道及熱風分布器對奶粉質量的影響主要是內表面有垢層，這些垢層脫落后就會不定期的進入奶粉中。因此，進風管道、熱風分布器都應該設置人孔或手孔，便于日后對內表面做定期檢查并做清理或清洗。需要特別說明的是，進入進風機空氣過濾器前的空氣至少要經過1道或2道粗過濾。

3 臥式振動流化床結構形式及設置

從振源上劃分，臥式振動流化床有偏振電機與偏心軸振動2種；從使用效果上看，后者較前者好但結構較復雜，但2種振動都能夠滿足需要。流化床床體有分體式與一體式結構，分體式結構能將氣體分布板從床中移出，以便于清理分布孔；一體式是焊接式結構，不可拆卸。從應用效果上看，一體式結構死角少，產生二次污染的機會少，因此一體式結構應用較多。

流化床在奶粉生產中的主要作用是接在噴霧干燥塔出粉口，將粉加熱或冷卻，奶粉在偏振力及風的作用下成沸騰狀態，可對粉進行團粒化，整型并增加其分散性和流動性，同時，床內一部分細粉在負壓作用下回到排風捕集系統，實現二次附聚造粒，因此，為了提高奶粉的沖調性及冷卻降溫，及時對奶粉進行包裝，設置流化床是必要的。

圖1 細粉管道的成可切換式結構

4 細粉附聚造粒系統注意事項

細粉附聚造粒系統是為增大回收排風中的細粉的顆粒而設置的，是比較成熟的技術。細粉管道一般是從塔頂熱風分布器中心進入干燥塔內，由于進入干燥塔一段細粉管道受熱溫度較高，因此應進行絕熱處理，且夾層中要通入室內的空氣進行冷卻降溫，防止產生焦粉；或者由熱風分布器的結構來完成上述功能。

細粉管大多數是由獨立輸粉管道送至塔內，生產結束后余下的粉往往容易產生循環，使出料閥中粉送不盡。為防止循環，生產結束后余下的粉可直接送入流化床內（圖1），可將細粉管道設計成可切換式結構。細粉附聚造粒系統還易出現堵塞問題。現在，細粉管道已由原來的不銹鋼管改為可視的食用塑料管，在細粉管中出現堵塞的機會已經大為減少，出現堵塞的部位大多為旋風分離器出粉口處或振動出料器管中。旋風底部出現堵塞的主要原因，一是旋轉出料閥葉片與閥體間隙過大漏氣所致，在輸送粉的過程中，粉不能完全輸送，導致旋風出粉口處粉堆積進而堵塞；二是旋風出粉口與出料閥軟連接處漏氣，導致旋風出粉困難。另一種連接方式是每個旋風出粉口單獨接出料閥，二者串聯在一起進行風力輸送。總之，旋風出粉口封閉要嚴，對顆粒特小、極易吸潮、流動性較差的粉塵旋風出粉口處應設置氣錘進行定時擊振，防止粉塵粘壁，最后形成粉橋堵塞出粉口。

5 進排風機的匹配

噴霧干燥設備屬于非標設備，同一設備各家效果不盡相同，就是相同效果設備也各異。進排風機的匹配差別較大，進排風機風量必須經過物料、熱量衡算求得。一般排風量按進風量的1.3倍選取，如本例，進風機風量為43000～48000m3/h，排風機風量為55900～62400m3/h，且進風機風壓選擇應適當，不應過高，進入噴霧干燥塔內，其壓力在2000～2300Pa之間即可。排風機的風壓可根據捕粉結構形式確定，一般通過調風閥調整進排風機的流量來調整塔內的生產負壓，這樣調整功率消耗較大，尤其是大生產能力的噴霧干燥系統其功率消耗更大。改調風閥控制為變頻器控制，控制電機轉速調整進排風機風量的大小從而調整塔內的生產負壓是現代乳品工業生產的發展需要。

6 操作者的責任心

要生產出高質量的奶粉，除了設備性能優良外，操作者的責任心也是關鍵。操作者必須嚴格遵守操作規程進行生產，特別是每班生產結束后，設備內不得有殘留粉存在，塔壁、布袋室、流化床、出料閥等必須徹底清理。殘留在塔內的粉一經轉至下個班次就可能造成焦粉。其次是生產前應對設備重點部位，如空氣過濾器、加熱器、干燥塔、袋濾器、流化床等進行檢查，看其是否有異常現象，全部排除后方可進行生產，只有這樣才能生產出合格的優質奶粉。