脉冲流化床干燥脉冲间歇喷射流化床干燥器可以用来解决颗粒大小和分布受限制,以及传统流化床干燥中的集聚流化和通道不足等问题。通过使流化气流振动,这样使得流化床产生不同的流化蒸汽速率,有助于节能和提高干燥效果,同时不会影响流化质量,也不会增加成本。
对较大的颗粒来说,用一个旋转喷口间歇喷射已被证明仅能增加少许干燥时间但可以减少能耗。另外,振动流化气体可以对流化床垂直振动,冷库工程这样可以提髙流化质量,特别是像C组样颗粒。
振动式流化床干燥在流化床中在向上和向前的气体的振动可使干燥颗粒平稳地流化。另外,要求最小流化的气体速率相对低,由于颗粒间还有颗粒与壁之间强的相互作用摩擦相对减少,因此流化床的应用就扩大到易碎的、可以研磨的、热敏性的物料,由于操作气流速率比传统的流化床低,所以就可以避免细小颗粒的凝聚,对一个多分散系统来说,当振动可以使粗糙的颗粒保持流动状态时,低速率的气流就很容易流化细小颗粒,在这样理想的操作条件下,热传递和物质转化就很有效,因此振动式流化床干燥器对干燥一些细小的、难于流化的、具有广谱分布的或高度不规则形状的物料,或者要求流化速率低且需防止磨损的物料很合适。振动式流化床通常是插人流动型的,床的深度较浅,但缺点是通常噪声较大。
喷动床干燥喷动床已在谷物干燥,大颗粒在普通干燥器中容易结块、难于混合均匀,喷动床可使固相和液相进行有效的混合,这样可以提高大颗粒的流化质量。
在喷动床中,高速的喷射气体穿过颗粒床层将颗粒运送到床的表面,在床的表面进行喷射,将颗粒带进床的中心区域。失去动量后这些颗粒下降返回床体表面,这个过程就像瀑布一样,使得固体颗粒得到很好的混合,在一些喷射式流化床中,在喷射气体周围安装喷射分流管可以狙止喷射床中的颗粒和流化床中正在下降的颗粒发生碰撞,这样就会产生一个周期性的颗粒流,由于使用的气体量大,这样在喷动床就会获得好的干燥效果。
适用于流化床干燥的新颖干燥策略
多次间歇策略采用分段降温(开始阶段温度高,水分含量降低到标准值下时温度降低)的流化床干燥更经济。由于干燥一直到速率下降期(或经过两个阶段的下降期),干燥效率变得相当低,任何外部因素的改变,比如提高操作温度和气流速率,颗粒和气相间效率也不会有助于提高干燥速率,这是因为这个时期的限制性因素是由内部扩散来控制的。可以监视和改变整个干燥过程中操作温度和气体速率来提高干燥效率,可以通过模拟计算获得变量的最佳参数。
在操作过程中已经发现各种操作参数如不同温度、可调的热输入和床的间歇流化对干燥有利。Devahasin和Mujumdar发现在分批流化床系统中可以通过调整热输人保持床温,这种策略节省了能量和时间消耗的同时提高了热敏性产品的质量。
另外,在分批流化床干燥中在减少干燥时间是为了保持能量,开始时使用高的气体温度可以去除表面水分,由于物料的干燥气流温度可以降低,这样不会超过最大允许温度。这可以通过一个控制器或一个控制系统来获得。为了储存和包装,最后的部分通常配备流化床冷却器来降低产品温度到一个安全值,如果希望产品最终含水率低的话,在冷却阶段就需要采用干燥气体。
低压流化干燥策略在干燥和包埋某种含有有机溶液的湿物料时,存在着热降解和着火或爆炸的危险,低压(真空)干燥策略可以使危险降到最低。此法一方面通过降低操作温度从而降低热降解的可能性,这样就可以在不受易燃条件的限制下进行流化床干燥操作。另一方面,随着压力的降低,最小流化速率增加。实际上,低压条件下的流化行为和空气中或高压条件下的流化床操作很不相同,低压的影响取决于内部的热量和颗粒的持水性偷汀R蛭陨泶嬖诘牟僮鞒杀靖撸婵樟骰仓饕τ迷谝揭┕ひ瞪稀?
微波辅助干燥策略具有极高传热传质速率的流化床干燥在恒速干燥阶段和最初的降速阶段对去除固体物料内的水分非常有效。但在干燥后期这个优点就不明显了,这主要是因为在这个阶段水分的去除主要是由干燥物料表面的水分扩散来控制的,这样会导致流化床干燥效率低,干燥时间长。
克服这种缺陷的方法就是在流化床干燥过程中辅助运用微波,对流干燥的热量是从固体表面传递到内部,与之相反,微波干燥可以穿透固体在内部加热,因此微波干燥可以很好地减少干燥时间,节能,提高产品质量。
普通微波加热有一个加热不均匀的缺点,但流化可以混合物料,因此解决了加热不均匀的问题,这样流化床干燥可与微波干燥很好地互相补充。
流化床干燥模型
已有很多流化床干燥的数学模型报道,并都通过实验数据得到了验证。基于不同的理论背景,从简单的扩散模型到复杂的三相模型,这些模型得到了进一步的发展,下面把流化床模型做一下粗略的归类:
扩散模型假定干燥过程完全由固体颗粒内部水分的扩散来控制,预测了固体颗粒中水分含量的变化。
动力学模型干燥过程分为不同阶段,命名为恒速段和降速段,在每个时期水分传递速率不同,因为它是由不同限制因素控制的。
单相模型流化床被看作是个连续体系,在这个连续体系上可实现热量和质量平衡。
两相模型流化床分成稠密相和稀释相,这两相中分别实现热量和质量平衡,并对两相中热量和质量相互交换建立模型。
生鲜食品喷雾干燥技术
喷雾干燥是一种液态悬浮粒子脱水技术。它利用液体雾化成微滴,当微滴在气态干燥热介质(通常是空气)中运动时,被干燥成单个颗粒。在喷雾干燥器中,液态原料如溶液、悬浮液或乳浊液,能通过一步操作转变成粉状、粒状和块状的产品。目前,喷雾干燥器用于干燥多种生鲜食品,如:乳、乳清、鸡蛋、大豆蛋白、香蕉、番茄、椰奶、乳粉、咖啡、茶等粉状产品。通过喷雾干燥的粒子涂膜和微胶囊技术也广泛应用于生鲜食品风味物的处理。
喷雾干燥具有下列优点:①能处理可以泵送的非热敏性和耐热的液体原料生产粉末状产品;②能生产可控制粒子大小、形状、形态、湿度和不考虑干燥器能力和热敏性的干物质;③能提供适应常规和计算机控制的连续操作;④能处理很宽范围的生产速度,例如,通过喷雾干燥器设计能满足任何一个生产能力的要求。
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