混流型:这种系统是前面两种系统的联合。它用于在一个小干燥室内获得块状粉末,需要注意的是产品必须是非热敏性的。
按阶段分类
单一阶段:对于喷雾干燥器,这是最常用的系统。它能采用几种不同的雾化、空气雾滴接触和生产流程布置。
两阶段:由于在喷雾干燥器室的锥体部位安装一个流化床(或者在干燥室的底部有一个振动流化床干燥器),两阶段的喷雾干燥系统有时被叫做喷雾-流化干燥。其优点是它能用于后续干燥(以得到残留水分含量低的干燥粉末)和后续冷却(以获得较低的粉末温度)。该系统能通过产品的附聚作用生产速溶产品,例如,速溶咖啡、乳粉、可可粉等,它是处理热敏性产品的理想系统。
三阶段或多阶段:三阶段喷雾干燥器系统是两阶段系统的扩大,它包括一个流化床和一个振动流化床干燥器的沉降电极以及喷雾干燥器。通过将黏性进料喷雾在振动流化床的开始端,三阶段喷雾干燥器系统特别适用于生产块状产品。据Huang等人(2001年)报道,与单一阶段的喷雾干燥器相比,冷库工程三阶段的喷雾干燥器能够节省大约20%的能量。其优点是:①提高粒子的附聚作用;②降低产品的热分解;③增加热效率;④降低产品的包装温度;⑤有利于增加新的操作,如喷涂、附聚等。
喷雾干燥的计算流体动力学模拟对于三维揣流领域内的复杂输送现象,目前还不能准确地表达雾滴和空气接触、粉末运行轨道和空气流模型的动力学,在一个给定的干燥室内,仅仅依靠理论基础是无法进行系统动力学和干燥能力预测的。因此,喷雾干燥工艺仍然以小规模试验和已存在的行业经验为基础。然而,计算流体动力学技术正十分迅速地发展,它的优点很多,如花费少(相对于试验)、速度快、能获得详细资料等。一些学者曾经用计算流体动力学技术来模拟喷雾干燥系统,计算流体动力学过程逐渐成为考察新型喷雾干燥器性能的一个新的手段。
喷雾干燥组合技术
过热蒸汽-喷雾联合干燥虽然一个世纪前已经提出了热蒸汽干燥,然而,作为一种干燥介质,半个世纪以来过热蒸汽的潜力在工业上都没有发挥出来。
Mujumdar(1995年)总结了蒸汽干燥的一些优点:①没有着火和爆炸的危险;②没有氧化的损失;③具有在真空和高压条件下的操作能力;④容易回收供给蒸发的潜热;⑤在某些条件下具有更好的产品品质;⑥在封闭系统下操作使空气污染减到最小。其缺点是:①更高的产品温度;②相对于热风干燥,成本更高;③空气渗人的可能性使得从废气中通过压缩和冷凝回收热量变得困难。
Gauvin(1980年)首次提出了过热蒸汽-喷雾联合干燥。Raehse和Bauer(1995年)注册了一个关于过热蒸汽喷雾干燥的专利。Frydman等人(1999年)利用计算流体动力学模拟技术对过热蒸汽喷雾干燥进行了研究。
两阶段卧式喷雾干燥为了减少喷雾器升高而引起的操作困难,卧式喷雾干燥是常规立式喷雾干燥的良好替换(Mujumdar,2000年),其能以更低的电力负荷完成给定的生产能力,相对于传统的立式喷雾干燥器,卧式喷雾干燥器能节约巨大能量。卧式喷雾干燥在工业上的应用包括用作干燥各种乳制品、蛋制品、鱼制品和肉制品(鸡汤或牛肉汤,牛血浆等)以及豆制品(豆乳、大豆蛋白等)。这种设计具有间接加热燃烧器的多喷嘴雾化器。优点是节省场地空间和建筑高度、低的安装和维修成本、自动控制干燥器操作的能力等。
由于单一阶段卧式喷雾干燥器的工艺干燥时间太短,无法让微滴完全干燥。因此,为了克服这个问题,Mujumdar(2000年)提出了一个新的二阶段卧式干燥器的概念,该干燥器设计成可以得到热敏性产品和大雾滴所需要的更长的干燥时间。与单一阶段卧式喷雾干燥器的唯一区别是有一个安装在卧式干燥室底部的流化床干燥器。
喷雾-冷冻联合干燥冷冻干燥是一种适用于食品、药品的高品质干燥技术。它能保持高度热敏性物质的生物活性、风味和香味。然而,与喷雾干燥相比,冷冻干燥是一种比其他方式昂贵几个数量级的干燥过程,因为冷冻干燥需要冷冻、真空和长的运行时间。喷雾-冷冻联合干燥则吸取了两种干燥的优点。其间歇式分段工艺如下:溶液被雾化进人低温介质(液氮),使喷雾的微滴冷冻。取出低温介质中的冷冻微滴的分散体系,然后在真空冷冻干燥器中干燥。由于冷冻干燥时间较长,这种工序是分批而不是连续进行的,同样它只适用于低产量的高价值产品。
生鲜食品太阳能干燥技术
在阳光下风干(自然干燥)进行生鲜食品保存大概是人类最早的有意识、有目的采取的技术活动之一(Imre,1995年)。传统的户外日光干燥法(风干)是以长期的经验作为基础,目前仍继续在世界范围内得到应用。主要用于干燥植物、果实、种子、肉、鱼等生鲜食品,以便保存。
近三十年来已开发出多种新型太阳能干燥系统。对某种太阳能干燥系统的需求可从经济学观点加以考虑,这种需求的主要影响因素应是节能和利润。太阳能干燥不是一种简单替代化石燃料从而节能的方法,更是一项基于一定干制品品质要求的营利技术。干制品的品质要求对干燥方式的经济性有较大影响,也对产品市场能力和收入产出的潜力有影响,品质有所改善的产品可以有更高的价格。
当利用太阳辐射作干燥能源时,为开发有潜力、高效的太阳能干燥工艺和设备,必须克服两个主要障碍:①太阳辐射的周期性(有白天和黑夜);②太阳辐射的被遮盖性(阴雨天气)。太阳辐射的周期性可以使用间歇干燥工序来平衡。但更多情况下,在太阳能干燥系统中需要使用储热器,另外也要考虑采用辅助能源(通常为天然气、石油或生物资源)以供紧急情况下运作。适当的控制装置对促进有效的作业可能是必要的,对装备有储热器和辅助能源的高性能太阳能干燥系统来说尤其重要。
太阳能干燥系统的主要类型
按照干燥所使用的能量和设备,太阳能干燥机可分为下列三个主要类型:
自然式太阳能干燥机这种装置只使用环境的能量。在一些情况下,由于烟囱的热虹吸作用,会产生自然对流的气流。在某些没有其他能源的区域,自然式太阳能干燥机主要被用作代替传统的风干方法。比传统风干方法先进的是,雨、灰尘、鸟和动物、大气污染等对产品的损失与损坏可以被那些特制的结构(即干燥室和帐篷类的布置)所避免。这些结构的使用结果是获得了较好的产品品质,经济性评价良好。
对流式太阳能干燥机为了维持指定气流通过干燥器的工作容积,对流式干燥机除了带有太阳能集热器外,还需要对流所需的风扇。对流式太阳能干燥机的使用已证明既操作简单又便宜。它们可被推荐用来干燥那些对周期性太阳辐照和大气条件变化不敏感的物料。
集成式太阳能干燥机集成式太阳能干燥机是带太阳能集热-储热器的干燥机。
它们通常备有一个储热系统和辅助能源,比如由天然气或石油供给燃料的发电机,在所收集的太阳能不能满足物料干燥的情况下使用。它们通常还备有现代化的控制系统。
太阳干燥系统与热泵的联合干燥也有一定的应用。Auer等(1980年)报道与热量泵和热量存储器结合的太阳能辅助干燥机在干燥花生方面已取得了很大进展。
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