涂偉 周開翔 付曜 梅勇 袁亮

（中國輕工業(yè)武漢設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，武漢 430060）

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一種噴霧干燥塔的新風(fēng)預(yù)處理系統(tǒng)

涂偉 周開翔 付曜 梅勇 袁亮

（中國輕工業(yè)武漢設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，武漢 430060）

摘 要噴霧干燥技術(shù)已廣泛應(yīng)用于食品醫(yī)藥行業(yè)，在外部環(huán)境空氣質(zhì)量普遍較差的情況下，如何確保噴霧干燥塔內(nèi)直接與產(chǎn)品接觸的空氣質(zhì)量，將是企業(yè)保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要技術(shù)研究課題。介紹一種噴霧干燥塔的新風(fēng)預(yù)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)在確保噴霧干燥塔內(nèi)空氣質(zhì)量以及節(jié)約成本和能耗等方面具有重要意義。

關(guān)鍵詞噴霧干燥；空氣質(zhì)量；預(yù)處理系統(tǒng)；成本；能耗

噴霧干燥是利用熱空氣與產(chǎn)品直接接觸以達(dá)到干燥產(chǎn)品的目的，噴霧干燥塔內(nèi)部的操作環(huán)境理應(yīng)等同于空氣與物料直接接觸區(qū)域的操作環(huán)境，其空氣質(zhì)量直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，目前噴霧干燥技術(shù)已廣泛應(yīng)用于化工、食品和醫(yī)藥等行業(yè)，為了保證食品、藥品的產(chǎn)品質(zhì)量，必須對(duì)噴霧干燥塔內(nèi)部的空氣質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制。近年來，國內(nèi)大部分地區(qū)遭受霧霾等天氣影響，空氣質(zhì)量較差，如何在噴霧干燥塔內(nèi)空氣質(zhì)量要求高和室外空氣質(zhì)量差之間矛盾愈發(fā)突出的情況下，確保噴霧干燥塔內(nèi)的空氣質(zhì)量顯得尤為重要。

一般噴霧干燥塔內(nèi)空氣質(zhì)量通過配置較高精度的過濾系統(tǒng)來進(jìn)行控制，但由于高精度過濾系統(tǒng)價(jià)格比較昂貴，無法通過簡(jiǎn)單清洗再生，且對(duì)于室外空氣質(zhì)量較差的地區(qū)，直接室外采風(fēng)會(huì)使得高精度過濾系統(tǒng)負(fù)荷較大，造成過濾系統(tǒng)易堵塞，從而更換頻繁。一旦需要更換過濾系統(tǒng)勢(shì)必造成生產(chǎn)停產(chǎn)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，增加能耗。為此我們認(rèn)為在這種環(huán)境下，有必要在噴霧干燥塔的高精度過濾系統(tǒng)前面設(shè)置一套新風(fēng)預(yù)處理系統(tǒng)。本文以華北地區(qū)某噴霧干燥塔為例，介紹一種噴霧干燥塔的新風(fēng)預(yù)處理系統(tǒng)。

1 噴霧干燥原理及流程

噴霧干燥是通過機(jī)械（壓力或離心力）作用，將需要干燥的物料，分散成像霧一樣的微粒，與熱空氣接觸，瞬間將大部分水分除去，使物料中的固體物質(zhì)干燥成粉末，得到干燥產(chǎn)品。該法能直接使溶液、乳濁液干燥成粉狀或顆粒狀制品，可省去蒸發(fā)、粉碎等工序，目前噴霧干燥已廣泛應(yīng)用于化工、食品、醫(yī)藥等行業(yè)。

噴霧干燥系統(tǒng)的操作程序?yàn)椋好鞔_設(shè)備技術(shù)特性→設(shè)備檢查確認(rèn)→生產(chǎn)操作→停車操作→清洗系統(tǒng)。噴霧干燥塔在正常生產(chǎn)之前要進(jìn)行烘塔，烘塔溫度150 ℃，時(shí)間一般為2 h。

正常生產(chǎn)時(shí)噴霧干燥一般分為四個(gè)階段：料液霧化成霧滴，霧滴與空氣混合和流動(dòng)，霧滴水分蒸發(fā)，干燥產(chǎn)品與空氣分離。其主要原理是向干燥塔內(nèi)引入溫度較高而相對(duì)濕度很低的空氣，物料經(jīng)高壓泵作用分散成霧滴與熱風(fēng)接觸而產(chǎn)生熱交換；由于霧滴形成了無數(shù)的霧狀粒子，從而大大增加表面積，加快了水分蒸發(fā)的速度，在幾秒或幾十秒內(nèi)，將物料中的水分迅速蒸發(fā)；被蒸發(fā)的廢氣送入大氣中，廢氣中所帶微粉經(jīng)布袋過濾室回收，被干燥的物料經(jīng)過旋風(fēng)分離從錐體下料口卸出，其具體流程如圖1。本噴霧干燥工藝操作參數(shù)：進(jìn)料濃度（40 %～60 %）、進(jìn)料溫度（65～85 ℃）、進(jìn)風(fēng)溫度（130～160 ℃）、排風(fēng)溫度（75～85 ℃）、產(chǎn)品含水量（6 %以下）[1]。

2 噴霧干燥塔的新風(fēng)預(yù)處理系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)的提出

本項(xiàng)目位于華北某地，華北地區(qū)經(jīng)常遭受霧霾等惡劣天氣影響，而且項(xiàng)目所在地周邊企業(yè)產(chǎn)生的煙氣和粉塵容易彌漫于空氣中形成氣溶膠狀態(tài)，造成本項(xiàng)目所在地空氣質(zhì)量經(jīng)常處于嚴(yán)重污染狀態(tài)。

圖1 噴霧干燥工藝流程Fig.1 Schematic diagram of spray drying process

邊健等[2]在氣溶膠垂直分布方面的研究成果表明，隨著高度的增加，通常氣溶膠質(zhì)量濃度會(huì)按指數(shù)關(guān)系逐步減少，孫玉穩(wěn)[3]和孫霞[4]等在河北省石家莊市氣溶膠監(jiān)測(cè)和研究表明，在0～2 700 m以內(nèi)，氣溶膠濃度隨高度增加而逐漸減小，說明高位采風(fēng)時(shí)氣溶膠濃度較低，空氣質(zhì)量較好。根據(jù)噴霧干燥塔的操作特點(diǎn)及工作狀態(tài)要求，一般設(shè)置有干燥塔的廠房通常高度較高，形成塔樓結(jié)構(gòu)，恰好可以利用高位取風(fēng)。

另外室外空氣中的粉塵極易吸潮，形成粘稠物，容易黏附在過濾系統(tǒng)上，不易清除。這樣會(huì)使高精度過濾系統(tǒng)極易堵塞，而一般高精度過濾器價(jià)格比較昂貴且不便于清洗和再生，只能進(jìn)行更換。為了確保噴霧干燥塔內(nèi)的空氣質(zhì)量，本次考慮在噴霧干燥塔高精度過濾器前面設(shè)置一套預(yù)處理系統(tǒng)，預(yù)處理系統(tǒng)以價(jià)格低廉的低精度過濾系統(tǒng)組合而成，減輕后續(xù)過濾器的壓力。由于低精度過濾系統(tǒng)可以用簡(jiǎn)單的清洗方式再生，本系統(tǒng)還設(shè)置有清洗設(shè)施，便于清洗，從而減小了整個(gè)過濾系統(tǒng)的更換頻率，降低停產(chǎn)次數(shù)，減少烘塔帶來的損失，提高生產(chǎn)效率。

根據(jù)高位氣溶膠濃度較低和高精度過濾器易堵塞且價(jià)格昂貴等因素，本設(shè)計(jì)考慮在廠房高位設(shè)置一套新風(fēng)預(yù)處理系統(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)的組成

噴霧干燥塔新風(fēng)預(yù)處理系統(tǒng)包含高位取風(fēng)室、前置過濾系統(tǒng)、蒸汽加熱系統(tǒng)和清洗系統(tǒng)，具體流程如圖2。前置過濾系統(tǒng)中包含初、中效過濾器，初效過濾器采用鐵絲網(wǎng)制作，鐵絲網(wǎng)不易損壞、容易清洗且價(jià)格便宜；中效過濾器采用F系列袋式過濾器，價(jià)格相對(duì)比較便宜，經(jīng)過前置過濾系統(tǒng)后，對(duì)粒徑≥0.5 μm，過濾效率可達(dá)到95 %，前置過濾系統(tǒng)可以減輕后續(xù)高精度過濾器的壓力，節(jié)省投資。蒸汽加熱系統(tǒng)設(shè)置在前置過濾系統(tǒng)中初效過濾器之后，主要目的是為了預(yù)熱新風(fēng)。清洗系統(tǒng)用于清洗取風(fēng)前室以及前置過濾系統(tǒng)和蒸汽加熱系統(tǒng)，這樣可以減小前置過濾系統(tǒng)和蒸汽加熱系統(tǒng)的更換頻率。前置過濾系統(tǒng)和蒸汽加熱系統(tǒng)分別設(shè)置在單獨(dú)的房間，可以方便人員對(duì)過濾系統(tǒng)和蒸汽加熱系統(tǒng)進(jìn)行維修和更換。

由本噴霧干燥工藝操作參數(shù)可知，噴霧干燥塔排風(fēng)溫度約為80 ℃，根據(jù)章其鴿和劉殿宇等[5-6]在噴霧干燥塔的尾氣余熱回收方面的研究成果，本噴霧干燥塔排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)通過廢熱回收器將工藝設(shè)備新風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，這樣減輕了空氣加熱器的負(fù)荷，從而節(jié)約能耗。

圖2 噴霧干燥塔新風(fēng)預(yù)處理系統(tǒng)流程Fig.2 The flow chart of fresh air pretreatment system of spray drying tower

2.3 系統(tǒng)的特點(diǎn)

本新風(fēng)預(yù)處理系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）高位取風(fēng)新風(fēng)質(zhì)量好。本新風(fēng)預(yù)處理系統(tǒng)將干燥塔的取風(fēng)口設(shè)置在廠房高位，高位取風(fēng)能夠保證較好的新風(fēng)質(zhì)量。

（2）前置過濾系統(tǒng)造價(jià)低。前置過濾系統(tǒng)中初效過濾器采用鐵絲網(wǎng)制作，鐵絲網(wǎng)不易損壞且造價(jià)低，前置過濾系統(tǒng)中中效過濾器采用F系列袋式過濾器，價(jià)格相對(duì)比較便宜，能夠降低高精度過濾器的負(fù)荷，減小高精度過濾器的更換頻率，降低投資。

（3）前置過濾系統(tǒng)便于清洗和再生。前置過濾系統(tǒng)主要由初效（鐵絲網(wǎng)）和中效（布袋）組成，新風(fēng)預(yù)處理系統(tǒng)中設(shè)置有清洗設(shè)施，一旦前置過濾系統(tǒng)堵塞，可以進(jìn)行清洗和再生。

（4）節(jié)約能耗。噴霧干燥塔尾氣溫度較高，采用廢熱回收器將工藝設(shè)備新風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)當(dāng)外界溫度較低時(shí)，也可以開啟新風(fēng)預(yù)處理系統(tǒng)中的蒸汽加熱系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱，減小了加熱器的負(fù)荷，從而節(jié)約能耗。

（5）便于維修和更換。前置過濾系統(tǒng)和蒸汽加熱系統(tǒng)設(shè)置在新風(fēng)預(yù)處理系統(tǒng)中的取風(fēng)前室，工作人員可以出入取風(fēng)前室，便于對(duì)前置過濾系統(tǒng)和蒸汽加熱系統(tǒng)進(jìn)行維修和更換。

由此可見，采用該新風(fēng)預(yù)處理系統(tǒng)后，不僅可以保證較好的空氣質(zhì)量，而且可以減小過濾系統(tǒng)的更換頻率，減小投資，保證生產(chǎn)效率，同時(shí)在尾氣余熱利用和節(jié)約能耗等方面具有重大作用。

3 結(jié)束語

目前國內(nèi)大部分地區(qū)室外空氣質(zhì)量普遍較差，本文綜合考慮食品藥品安全、環(huán)保和節(jié)能等因素，提出了一種噴霧干燥塔的新風(fēng)預(yù)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)在確保噴霧干燥塔的新風(fēng)質(zhì)量和生產(chǎn)效率以及節(jié)約能耗和降低投資等方面具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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[3]孫玉穩(wěn)，李云川，孫云. 石家莊地區(qū)春季晴天和霾天氣溶膠分布特征的對(duì)比分析[A]. 第27屆中國氣象學(xué)會(huì)年會(huì)論文集. 2010.

[4]孫霞，銀燕，孫玉穩(wěn)等. 石家莊地區(qū)春季晴、霾天氣溶膠觀測(cè)研究[J]. 中國環(huán)境科學(xué)，2011，31（5）.

[5]章其鴿，噴霧干燥塔的尾氣余熱回收[J]. 化學(xué)工程師，2008（6）.

[6]劉殿宇，噴霧干燥塔余熱回收新設(shè)計(jì)[J]. 中國乳業(yè)，2007.

中圖分類號(hào)：TQ 051.8+92

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-817X（2016）02-0043-000

收稿日期：2015-11-16

作者簡(jiǎn)介：涂偉（1987—），助理工程師，碩士，主要從事食品及醫(yī)藥工程工藝設(shè)計(jì)。

Fresh Air Pretreatment System in Spray Drying Tower

Tu Wei, Zhou Kaixiang, Fu Yao, Mei Yong, Yuan Liang
（China Light Industry Wuhan Design & Engineering Co., Ltd, Wuhan 430060）

Abstract:Spray drying technology has been widely used in food and pharmaceutical industry. Under the condition that the air in exterior environment is poor, how to make the air directly touching the product in spray drying tower qualified is core technology to ensure the quality of the product. In this article, one fresh air pretreatment system used in spray drying tower was introduced. This system has been proved to play significant roles in making the air in the tower qualified and saving the cost and energy consumption.

Keywords:spray drying; air quality; pretreatment system; cost; energy consumption