劉殿宇

（華禹乳品機械制造有限公司)

空氣相對濕度對噴霧干燥生產(chǎn)的影響

劉殿宇*

（華禹乳品機械制造有限公司)

我國南北方相對濕度差別較大。相對濕度大會給噴霧干燥生產(chǎn)帶來不利影響，如生產(chǎn)時進風溫度偏低、塔壁掛粉嚴重、產(chǎn)品水分含量超標、生產(chǎn)效率降低等。相對濕度是設計噴霧干燥系統(tǒng)的重要參數(shù)。設計噴霧干燥系統(tǒng)應對不同地區(qū)環(huán)境的相對濕度情況區(qū)別對待。以RGYP01-500型立式壓力噴霧干燥塔生產(chǎn)奶粉為例，對噴霧干燥系統(tǒng)的設計進行闡述。

相對濕度噴霧干燥空氣奶粉生產(chǎn)影響解決方法

0 前言

我國南北方氣候差異較大，空氣相對濕度不同。相對濕度大，會給噴霧干燥生產(chǎn)帶來不利的影響。相對濕度，即在一定總壓下濕空氣中水蒸氣分壓與同溫度下水的飽和蒸汽壓之比，又稱為相對濕度百分數(shù)。相對濕度代表空氣的不飽和程度。當濕空氣被水蒸氣所飽和時，空氣不再吸收水分，稱為飽和空氣。飽和空氣不能用作干燥介質。濕空氣相對濕度越小，吸濕能力越大。可見，由相對濕度可以判定該濕空氣能否作為干燥介質。因此，用戶所在地的環(huán)境條件，尤其是相對濕度，是設計噴霧干燥系統(tǒng)的重要參數(shù)。即使同一地區(qū)由于季節(jié)的變化其相對濕度也隨之改變，一般冬季相對濕度較小。下面以RGYP01-500型立式壓力噴霧干燥塔在奶粉生產(chǎn)中的應用為例，闡述在我國南方（福建泉州地區(qū)）進行噴霧干燥設計時應注意的事項。

1 主要技術參數(shù)及結構特點

（1）物料介質：濃縮牛奶

（2）生產(chǎn)能力：500 kg/h

（3）環(huán)境溫度：25℃

（4）空氣相對濕度：81%（福建泉州）

（5）進料溫度：40～45℃

（6）進料質量分數(shù)：45%

（7）進風溫度t1：150～160℃

（8）出粉質量分數(shù)：98%

（9）排風溫度t2：95℃（不考慮排風機）

（10）噴頭數(shù)量：1只

（11）袋濾器過濾面積：195 m2

RGYP01-500型噴霧干燥塔的結構特點：該噴霧干燥塔采用二次流化干燥冷卻系統(tǒng)對塔下粉進行整形、二次干燥、冷卻和附聚再造粒；采用獨立的脈沖反吹濾袋過濾系統(tǒng)回收排風攜帶的粉塵，袋濾器回收下來的粉塵(含流化床排出的粉塵)重新送回塔中進行二次附聚造粒。

2 干燥塔進風風量及加熱器換熱面積的確定

噴霧干燥塔進風風量是由物料衡算與熱量衡算確定的。

2.1 物料衡算

進料量：S=500×98/(98-45)=924.5 kg/h。

出料量：S′=924.5-500=424.5 kg/h。

2.2 熱量衡算

干燥塔進風量計算過程如下所述。

空氣濕度的計算式為：

式中H——濕度，kg/kg；

φ——相對濕度；

ps——混合空氣中水蒸氣分壓，kPa。

風機所處環(huán)境溫度為25℃，相對濕度為81%，25℃飽和空氣分壓為3.168 4 kPa，則H值為：

空氣經(jīng)過加熱器其濕度不變，即H=H1。

空氣離開干燥塔溫度為368℃，確定其濕度及干空氣用量。干空氣用量按下式計算：

式中L——干空氣流量，kg/h；

Q1——蒸發(fā)水分所需熱量，kW；

Q2——被干燥物料由θ1升溫至θ2所需熱量，kW；

Q3——干燥塔熱損失，kW；

t1——空氣加熱后的溫度，K；

t2——空氣離開干燥塔的溫度，K。

Q1按下式計算：

式中W——水分蒸發(fā)量，kg/s。

Q2按下式計算：

式中G——絕對干料流量，kg/s，這里G=0.118 kg/s；

C——干料比熱容，這里C=3.514 kJ/(kg·K)。

Q2=0.118×3.514×(338-313)=10.37 kW

Q3為干燥塔熱損失,這里按Q1+Q2的10%計入。

干空氣用量：

濕空氣體積流量按下式計算：

實際干燥塔進風量V′按1.25倍的計算值選取，即

離開干燥塔的空氣濕度按下式計算：

則H2=（0.139+5.83×0.016）/5.83=0.039 kg/kg

2.3 空氣加熱器換熱面積計算

空氣從25℃經(jīng)過加熱后溫升至160℃的熱量為：

換熱面積按下式計算：

式中F——換熱面積，m2；

Q——加熱熱量，kJ/h，這里Q=3715319.34 kJ/h;

K——傳熱系數(shù)，kJ/（m2·K·h)；

△t——傳熱溫差，℃。

本例選擇SRL型加熱器，K=54.6Vp0.24kJ/（m2·K·h),Vp為空氣質量流量，一般按8 kg/（m2·s）選取，則K=54.6×80.24=89 kJ/（m2·K·h)；于是，有

F=3 715 319.34/89×67.5=618.45 m2

實際換熱面積F′按計算值的1.25倍選取，即

從上述計算中可看出，噴霧干燥系統(tǒng)進風量及加熱器換熱面積的計算與當?shù)氐沫h(huán)境條件密切相關。其它附屬設備的設計也必須根據(jù)當?shù)氐沫h(huán)境條件確定出符合當?shù)貤l件的設計方案。噴霧干燥是在負壓條件下進行的，為保持干燥塔內(nèi)的負壓，排風機強制帶出的熱量也是非常大的，這部分熱量在熱平衡計算中并沒有體現(xiàn)出。需要特別說明的是不設置排風機時排風溫度是很高的。這也是為什么計算往往與實際應用有較大出入的原因。噴霧干燥在沒有充分考慮余熱回收的工況下，其熱效率一般僅在53%左右。因此，提高干燥塔熱利用率，控制好干燥塔內(nèi)的負壓是關鍵。

3 相對濕度大對噴霧干燥的影響及解決方法

噴霧干燥生產(chǎn)，在我國東北、華北、西北等地區(qū)，受空氣相對濕度的影響不大，或說有利于噴霧干燥生產(chǎn)，而在我國南方尤其是沿海地區(qū)空氣相對濕度的影響卻比較大。在這些地區(qū)，在空氣相對濕度最大的季節(jié)里生產(chǎn)時，往往干燥塔進氣壓力并不低，但進風溫度卻不高，產(chǎn)品水分含量偏高或超標，粉在塔中粘壁現(xiàn)象嚴重，生產(chǎn)能力不足。如果是采用脈沖反吹濾袋式捕粉，粉塵粘袋現(xiàn)象也比北方等地區(qū)嚴重得多。解決的方法：一是要根據(jù)用戶所在地區(qū)的環(huán)境條件進行理論計算，在理論計算基礎上調整進風機的風量及加熱器換熱面積的大小。二是對流化床的進風、風力輸送粉的進風及脈沖反吹所用的壓縮空氣等必須進行嚴格的除濕處理，否則會導致堵塞、粘袋等現(xiàn)象發(fā)生，嚴重時還會耽誤生產(chǎn)。對干燥塔的進風進行除濕處理動力消耗大，也比較困難。因此，這一除濕處理目前還沒有得到應用。為了提高加熱溫度，充分利用加熱器中的冷凝水對進入風機前的空氣進行預熱，也可提高干燥塔的進風溫度。這種方法在實際生產(chǎn)中應用較為多見，這種預加熱可將進入風機前的空氣溫度提高到25～45℃之間，因此，應加以推廣應用。

4 結束語

進風風量及加熱器換熱面積的確定是決定噴霧干燥系統(tǒng)使用效果的關鍵?？諝庀鄬穸却?，對噴霧干燥生產(chǎn)會帶來諸多不利影響?？諝庀鄬穸仁谴_定進風風量和加熱器換熱面積的重要依據(jù)。同一型號的干燥塔在南北方尤其是相對濕度差別較大的地區(qū)，其應用效果差別也較大。因此，設計噴霧干燥系統(tǒng)必須掌握當?shù)氐沫h(huán)境條件，尤其是空氣的相對濕度情況，這是設計噴霧干燥系統(tǒng)的重要依據(jù)。有了當?shù)氐南鄬穸葏?shù)，才會對噴霧干燥系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中可能帶來的不利影響做到心中有數(shù)，設計時才會盡最大可能避免在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)這樣或那樣的問題。所以，設計噴霧干燥系統(tǒng)絕不能忽略當?shù)氐南鄬穸鹊挠绊?，進行類比設計往往是不可行的。只有充分重視相對濕度的影響，才能設計出適合當?shù)貤l件的噴霧干燥系統(tǒng)，不至于問題百出。

[1] 馬曉迅，夏素蘭，曾慶榮.化工原理[M].北京：化學工業(yè)出版社，2010.

[2] 陸耀慶.供暖通風設計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1987.

[3] 劉殿宇.壓力噴霧干燥系統(tǒng)在速溶茶粉生產(chǎn)中的應用[J].中國茶葉，2009.

[4] 劉殿宇.速溶茶粉噴霧干燥生產(chǎn)的幾個問題[J].福建茶葉，2009.

[5] 劉殿宇.噴霧干燥塔內(nèi)生產(chǎn)負壓的幾個問題[J].發(fā)酵科技通訊，2011（3）.

Effect of Air Relative Humidity on Spray Drying Production

Liu Dianyu

In our country,referred to relative humidity(RH),there is a wide gap between the south and the north.High relative humidity brings bad effects to spray drying,such as lower intake air temperature,serious powder hanging in tower wall,excess moisture content in product,lower production effeciency.We must design the spray drying system on the basisi of relative humidity in different parts be treated differently,as relative humidity is a key parameter.Taking the RGYP01-500 vertical pressure spray drying tower for milk powder production as an example,the design of spray drying system is elaborated.

Relative humidity;Spray drying;Air;Milk powder;Production;Effect;Solution

TQ 051.8

*劉殿宇，男，1962年生，高級工程師。安達市，151400。

2011-10-12）