离心喷雾干燥在乳品生产中的应用与改造

    离心喷雾干燥技术于50年代末在国内乳品行业开始应用，已有40多年的历史。目前全国乳品行业大约有5%的厂家采用此技术。它对推动我国乳品工业的迅速发展起到积极的作用。 
    1离心喷雾干燥的诞生
    在我国乳品行业首先应用的喷雾干燥技术是“压力”和“两流体”技术，当时由于受技术水平和生产规模等诸因素的限制，仅是卧式、一级、多喷头的形式，其蒸发能力多数在250kg/h以下。60年代中期，安达乳品厂安装了一台蒸发量350kg/h卧式压力喷雾干燥设备，喷头为7只；1967年援助阿尔巴尼亚，提供的喷雾干燥设备是仿制北京南郊乳品厂1965年由日本引进的蒸发量350kg/h双喷头、卧式、压力喷雾干燥器，要求蒸发量150kg/h，也采用双喷头；60年代末上海乳晶三厂首次安装了立式压力喷雾干燥器，其蒸发量为250kg/h，喷头仍没少于3个。当时这种多喷头热的出现，主要是一种错误的理论占了上风。许多人认为喷嘴的孔径不能大于某一数值，否则，物料就不能雾化。这在当时设备能力小的情况下，必然造成都采用多喷头、小孔径喷嘴生产，小的喷嘴孔径仅0.5mm，这给生产操作、管理造成许多问题，更主要是使奶粉的颗粒细小，冲调性很差，色泽、组织状态也不为用户欢迎。
    为解决这一矛盾，许多厂家、科研单位、大专院校从多方面寻找生产冲调性好的速溶奶粉，相继出现“两段干燥法”、“添加乳糖再结晶法”等的试生产，但终因成本高、不适应大规模连续化生产无法推广。与此同时，出现离心喷雾干燥技术，并得到一定的发展，其主要原因是当时土法搞出的离心喷雾机转速低，仅5000r/min)左右，由于线速度低，喷出的奶粉颗粒大，冲调性优于压力喷雾的产品，在市场上相对受用户欢迎。直到70年代末离心喷雾干燥生产的奶粉在市场占主导地位。当时有代表性的几家奶粉厂是松花江乳品厂、查哈阳乳品厂、北京西郊乳品厂、肇尔乳品厂等。
    2离心喷雾干燥的衰退
    1980年黑龙江省乳品机械总厂设计了蒸发量250kg/h单喷头立式压力喷雾十燥器，1982年在泰来县乳品厂投入正常运行，此后，新建、扩建的乳品厂采用离心干燥技术逐渐减少，一些已使用离心喷雾技术的老厂，扩建也开始用压力喷雾技术，厂家不考虑两种技术同时使用管理上的不便，如富裕县乳晶厂、肇东乳品厂、北京西郊乳品厂、呼兰乳品厂、宋站乳品厂等。一些离心喷雾技术已使用多年的老厂，新安装了压力喷雾干燥设备后，把原离心喷雾干燥设备停用或干脆拆除，如肇东乳品厂，北京西郊乳品厂；80年代末以来，出现了“离心”改“压力”的现象，经笔者改造成功的有富裕乳品厂、松花湖乳品厂、宋站乳品厂和巨浪牧场乳品厂。这些现象的出现，表明人们已逐渐认识了“离心喷雾”和“压力喷雾”，离心喷雾干燥技术在我国乳品行业的市场已动摇，压力喷雾十燥技术已占有优势，可以说“离心喷雾”在我国乳品行业已开始衰退。两种方法优缺点的争论已很少听到，再也听不到“离心法”奶粉比“压力法”质量好的肯定性说法。
    这种变化的产生，分析原因有多方面因素。主要有以下几点：
    (1)理论上的误解
    丹麦马斯托思著《喷雾干燥手册》上明确指出离心喷雾干燥法适合于生产颗粒细小的产品。有些人把由于我们造不出高转速离心喷雾机，而使雾化不好的情况下生产的颗粒较大的奶粉误认为是离心喷雾的优点。
    (2)离心喷雾干燥设备设设计不规范
    从50-80年代，我国乳品行业使用的离心喷雾干燥设备，几乎都出于“土专家”之手，没有规范设计。为了少投资，快上马，离心喷雾机多数是“土造”，热风分配器五花八门，进风不均，无法调整，都存在有“焦粉”问题，几于没有一台达到设计能力，造成和前工序不配套。
    (3)奶粉生产的原料性质的特点
    奶粉的主要原料为鲜奶，其添加物如糖、乳消粉、豆浆等物质都可溶，和鲜奶混合后不会形成沉淀，经浓缩后粘度也不高，这种物料也很适合于压力喷雾干燥，并非只能用离心喷雾十燥。
    (4)单喷头立式压力喷雾设备的出现
    80年代初单喷头立式压力喷雾干燥设备出现后，很快得到推广应用。由于喷嘴孔径大，其粉的颗粒达到甚至超过离心喷雾法奶粉的颗粒，两者产品的冲调性相差无几，离心喷雾法奶粉冲调性好的优势不再，压力喷雾干燥法奶粉冲调性差的说法得到正名.
    (5)离心喷雾干燥法的不足
    离心喷雾干燥法与立式压力喷雾干燥法比较有以下几点不足：
    I.蒸发强度低。离心喷雾，物料雾化后在塔内运动轨迹和热风在塔内运动轨迹的差异，造成物料与热风热质交换时间短于立式压力喷雾干燥，结果使单位有效空间的蒸发能力小于立式压力喷雾干燥，也使蒸发强度降低，据实测其蒸发强度一般≤3kg/h.M3，包括近几年引进的离心喷雾干燥设备。立式压力喷雾干燥设备的蒸发强度一般均≥5kg/h.M3，这使同能力的离心喷雾干燥塔的有效容积比立式压力喷雾干燥塔大80%左右。
    由于蒸发强度低，使设备的体积增大，从而带来一系列的问题：
    a.制造设备的材料消耗多，设备的造价提高，同能力离心喷雾干燥设备比立式压力喷雾干燥设备造价高20%左右。
    b.由于设备相对大，给制造、运输、安装均增加了困难。
    c.安装设备的空间大，安装设备的厂房亦需要增大，这就增加了厂土建的投资。
    d.设备使用操作及班后清扫不方便，只得增加一些附属装置，如可升降的扫粉装置和离心机吊装装置。
    Ⅱ.塔内壁挂粉多。离心喷雾干燥由于雾化的物料运动轨迹呈抛物线，再加上进入塔的热风具有一定旋转力，塔内毕(包括塔顶)粘粉多，尤其是生产加糖奶粉、婴儿配方奶粉等产品时更为严重。黑龙江乳品厂引进丹麦“尼罗”离心喷雾干燥设备，塔内径7.4m，连续生产婴儿配方乳粉II号一个月，粘壁粉厚度达80mm以上，该厂每月彻底清扫一次，清扫下来的这部分粉已经不能能作为等级产品。
    Ⅲ.产品有被机油污染的可能。雾化物料的离心喷雾机，从结构要求必须安装在塔顶中央的热风分配装置中。由于环境温度高、离心机高速旋转，需要润滑油润滑和冷却，其下端由密封件密封，在运行中密封件一旦损坏，机油就会漏入塔内的产品中，污染产品，而且在运行中很难发现漏油。
    Ⅳ.奶粉贮存期短，脂肪易被氧化。离心喷雾干燥法生产的奶粉含有较多空气，在贮藏过程中，奶粉中的脂肪容易被粉内的空气氧化，使贮藏期缩短。
    3离心喷雾干燥设备的改造
    从我国奶粉产品结构特点来看，在我国乳品行业生产奶粉的干燥设备，应该说是立式压力喷雾干燥设备。实践已得到证明，如果离心喷雾干燥设备使用单位的领导也认识到这一点，那就好办了。因为“离心”，改“压力”是可行的，也很容易，并且还具有实际的效益。
    3.1可行性
    近几年相继有4家乳品厂，成功的把离心喷雾干燥改为压力喷雾干燥，投入正常运行，这是因为有下述原因：
    (1)、相同点多，可通用性
    “离心”和“压力”两种喷雾干燥基本原理相同，都是物料经雾化、与热空气在瞬间完成热量交换和质量交换，干燥的物料经分离装置与空气分离而获得产品。
    两者皆属于并流干燥，即雾化的物料与热风在塔内均是自上而下同向运动中完成干燥过程。附属设备大部分相同，可通用。如空气过滤器、空气加热器、进风机、排风机、滤粉装置及浓奶缸等都相同，可通用。
    这些相同部分，如原设计、选型正确合理，改造均可不需要做任何改动，保持原状可通用。
    (2)相异点少，易改造
    雾化器不相同，离心和压力喷雾干燥器根本差别就是物料雾化方式不同，前者是用高速旋转的离心机雾化物料，后者则是借高压泵压力，经喷嘴雾化物料。
    热风分配器不同，由于两者雾化器不同，热风入塔的分配器也不同。离心喷雾法采用蜗壳式为主，压力喷雾法多采用折流式，后者结构简单，制造、安装、调整进风的均匀度比前者容易简便。
    塔直径和有效高度不同，由于两者雾距在塔内运动轨迹相异，离心塔的直径比同能力压力塔直径要大35%以上；而有效高度前者比后者低40%以上。
    有效容积不同，由于两者的蒸发强度不同，同能力的离心塔有效容积要比压力塔有效容积大70%以上。
    塔顶至屋顶的有效高度不同，离心塔由于需要吊装离心喷雾机，塔顶至屋顶的有效高度在3m以上，而压力塔一般不超过2m。
    (3)相异点分析
    雾化器、热风分配胎两处不同点，改造时只要更换就可解决。
    对于塔直径和有效高度不同，离心塔直径比压力塔大，改造后塔壁粘粉比同能力压力塔要少50%左右，塔顶几乎不粘粉；如果离心塔的有效高度低于压力塔要求的有效高度下限，则需利用塔顶至屋顶的有效高度不同而把塔适当接高.
    有效容积不同，对改造十分有益，改造后可提高生产能力。
    3.2改造后的效益
    离心塔改造为压力塔后，除解决前述4项不足外，还可以收到以下效益：
    (1)干物质利用率
    由于塔顶几乎不粘粉，塔壁粘粉减少50%，粘壁粉很容易清扫掉，焦粉问题解决，鲜奶的干物质利用率必然会相应提高。
    (2)提高产品的等级率
    由于解决了焦粉问题，由此消除了与产品杂质度、溶解度指标相关的一个因素，促使产品等级率有所提高。
    (3)提高生产能力
    由于离心塔的有效容积比同能力的压力塔一般大70%以上，改造后蒸发强度均会提高，在只更换雾化器和热风分配揣后，能力就可提高20%左右；若对其他附属配套设备做适当的调整，其能力可提高50%-100%，实践已得到证明。黑龙江省富裕乳品厂和宋站乳品厂的10t鲜奶/班离心塔改造后达到20t鲜奶/班；林甸县巨浪牧场乳品厂的5t鲜奶/班离心塔，改造后蒸发量达到3l0kg/h，相当于处理鲜奶12.4t/班。
    (4)改善操作环境
    离心塔操作一般在温度高的塔顶，改造成压力塔后，操作完全可以在二层地面操作，二层地面的温度比塔顶要低20-30℃，或史多。
    从上述可看出，离心塔改造竹两种途径，是小改造，即要求改造后能力不增加或略有提高的前提下，只更换雾化器和热风分配器，投资不会超过5万元，停产时间在一周左右就可完成。若是大改造，要求能力提高50%或一倍，投资也不会超过15万元；停产间约4周可以完成。