噴霧干燥設備生產能力過大原因分析

文/劉殿宇 蔡永健

（華禹乳品機械制造有限公司）

噴霧干燥設備應用領域廣泛，尤其在乳制品加工行業。在噴霧干燥設備生產過程中，生產能力超過實際生產能力即大馬拉小車的現象比較多見。其根本原因是對物料的特性并沒有掌握，對噴霧干燥設備的設計沒有充分可靠的依據，也是受一些噴霧干燥設備生產能力不足的影響。而生產能力過大會造成前后設備間的不匹配，造成能源浪費，引起噴霧干燥產品質量的穩定性下降。

1 噴霧干燥設備生產能力過大的原因分析

噴霧干燥設備從結構上看并沒有多么復雜，但是，其噴霧干燥機理卻不簡單，如噴霧干燥塔體尺寸的理論計算就相當復雜，有些數據還必須借助試驗或實踐的辦法獲得，在一般的工廠里取得這樣的數據有一定的困難。現代噴霧干燥塔的計算基本依靠經驗計算法，有些經驗的不可靠性也導致了噴霧干燥塔生產能力的不確定性，造成噴霧干燥塔要么生產能力不足，要么生產能力過大。生產能力不足的現象更為多見，而由于生產能力不足將干燥塔放大的現象也比較多見。

1.1 物料特性對噴霧干燥設備的影響

針對不同物料，噴霧干燥設備有所差異。就物料中的水分而言，有結合水與自由水之別。物料的物理及化學特性，尤其是物料中水分的結合狀態及黏度的大小都會直接影響噴霧干燥設備的效果。而噴霧干燥設備在實際應用中又有很多不確定因素，在不同程度地影響噴霧干燥設備的使用效果。有些物料的噴霧干燥設備還必須借助試驗的方法獲得噴霧干燥系統的設計數據。在實際應用中，有些噴霧干燥設備并沒有達到所要求的生產能力，這是由于設計依據不足、設計計算不夠準確，如進風風量的大小、空氣加熱器換熱面積的大小、噴霧干燥塔尺寸的確定等，尤其是使用蒸汽壓力的大小會直接影響噴霧干燥生產能力及其應用效果。上述因素導致了噴霧干燥設備的生產能力盲目加大。

1.2 噴霧干燥設備計算依據是否準確的影響

噴霧干燥設備的設計是通過物料與熱量衡算來完成的，如噴霧干燥塔的進風量，加熱器的換熱面積、排風量及排風的捕粉裝置等。噴霧干燥塔體有效容積的確定或稱噴霧干燥塔體結構尺寸的確定有兩種方法，即蒸發強度法、運動方程法。在工廠里多采用前種，后種需要借助試驗確定物料在噴霧干燥過程中的飛翔速度，國內企業還不具有小試或中試的條件，數據是否可靠、準確度也不確定。因此，即使是同一物料、相同生產能力的干燥塔，每一家設計的干燥塔尺寸也不盡相同，其應用效果也有所不同，有的使用效果很好，有的卻出現了生產能力不足或生產能力過大等問題。出現生產能力不足后，噴霧干燥設備生產能力無原則加大的情況比較多見。事實上，決定噴霧干燥設備生產能力大小的三個關鍵參數是：使用蒸汽壓力、加熱器的換熱面積，進風量，噴霧干燥塔體的有效容積。噴霧干燥塔的有效容積按下式計算。

干燥室有效容積決定于水分蒸發能力與容積干燥強度，而容積干燥強度又與熱空氣進入時的溫度有關：

式中：V為干燥室有效容積，m2；W為噴霧干燥時水分蒸發量，kg/h；q為干燥室容積干燥強度，即單位時間、單位有效容積的水分蒸發量，kg/h。

其中，容積干燥強度是一個經驗系數，它不僅決定于噴霧干燥設備的分散度、室內氣流流動情況，還決定于干燥的溫度條件和被干燥物料的分子結構。進風溫度越高，干燥強度越大。根據資料，容積干燥強度q=0.03TB-1，式中：TB為進入干燥塔的熱風溫度， ℃。

1.3 進風溫度的影響

在實際生產過程中，有些噴霧干燥塔沒有達到生產能力的主要原因是蒸汽壓力及蒸汽質量存在問題，即蒸汽壓力沒有達到設計值或蒸汽質量不佳（蒸汽中帶水）、加熱溫度低，最后導致生產能力不足。而蒸汽壓力不足是不可能達到生產能力的，除非干燥系統設計余量過大。生產能力不足時建議加大空氣加熱器的換熱面積。

1.4 進風量的影響

進風機的進風量是由熱量衡算確定的，要加大進風量也必須相應加大空氣加熱器的換熱面積，否則只加大進風量只能使進風溫度變低，降低生產能力。增大加熱器換熱面積也就意味著相應加大了蒸汽的消耗量，二者是相輔相成的關系。噴霧干燥設備是在一定負壓下工作的，干燥塔內負壓一般在50～100 Pa，加大進風機的風量會導致干燥塔內的負壓不足。排風機的風量是否足夠，是否能夠滿足噴霧干燥設備生產的需要，都需要重新進行核算。

2 噴霧干燥設備生產能力過大的后果

噴霧干燥設備生產能力過大的后果是：造成生產不連續、生產效率低下，能源浪費，影響產品質量。噴霧干燥設備生產不是孤立的生產過程，其前道工序大多為濃縮設備。如果噴霧干燥設備的生產能力過大，濃縮設備的生產量供應不上噴霧干燥設備，就會產生斷料現象，或間斷進行生產，或被迫減少噴霧干燥的進料量，相當于減少濃縮設備的生產量，無法連續生產，或不能滿負荷生產，這樣無疑就會降低生產效率，從而造成能源的浪費。生產的不穩定性導致產品品質的不穩定，因此會影響噴霧干燥效果，影響產品質量。前后設備是否能夠保持連續生產、能否保持同步，都必須通過進行物料的衡算來完成。

3 小結

噴霧干燥設備生產能力過大主要是指進風量、加熱器換熱面積、干燥塔的結構尺寸等均已超過了理論及實際生產能力的參數范圍。在實際生產中，有些噴霧干燥設備生產廠家，為了提高生產能力而加大噴霧干燥的有效容積。由于噴霧干燥塔有效容積的確定應該通過蒸發量及蒸發強度兩個參數來確定（或采用運動方程法進行計算），噴霧干燥設備生產能力要留有一定的生產余量，但不能沒有限制。能夠針對不同物料進行準確設計，確定噴霧干燥系統必須經過不斷的實踐積累才能夠完成。噴霧干燥系統看似并不復雜，但是其設計計算過程是比較抽象復雜的，要設計出最佳的噴霧干燥系統必須有一個合理的科學依據，不能無原則地擴大或縮小生產能力，否則很可能導致設備性能出現問題。

[1] 無錫輕工業學院，天津輕工業學院. 食品工程原理（下）[M]. 北京：輕工業出版社，1987.

[2] 劉殿宇. 噴霧干燥塔余熱回收新設計[J] . 中國乳業，2007（1）：47-49.

[3] 劉殿宇. 空氣相對濕度對噴霧干燥生產的影響[J]. 乳業科學與技術，2011（4）：197-199.

[4] 劉殿宇. 噴霧干燥系統調試過程出現的問題及解決方法[J]. 化工裝備技術，2005，26（1）：7-8.

[5] 劉殿宇. 噴霧干燥連續生產的條件[J]. 發酵科技通訊，2015，44（3）：37-39.

[6] 劉殿宇. 噴霧干燥未能達到生產能力的原因分析[J]. 化工與醫藥工程，2016，37（2）：46-48.