離心噴霧干燥在乳品生產(chǎn)中的應(yīng)用與改造

    離心噴霧干燥技術(shù)于50年代末在國內(nèi)乳品行業(yè)開始應(yīng)用，已有40多年的歷史。目前全國乳品行業(yè)大約有5%的廠家采用此技術(shù)。它對(duì)推動(dòng)我國乳品工業(yè)的迅速發(fā)展起到積極的作用。 
    1離心噴霧干燥的誕生
    在我國乳品行業(yè)首先應(yīng)用的噴霧干燥技術(shù)是“壓力”和“兩流體”技術(shù)，當(dāng)時(shí)由于受技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模等諸因素的限制，僅是臥式、一級(jí)、多噴頭的形式，其蒸發(fā)能力多數(shù)在250kg/h以下。60年代中期，安達(dá)乳品廠安裝了一臺(tái)蒸發(fā)量350kg/h臥式壓力噴霧干燥設(shè)備，噴頭為7只；1967年援助阿爾巴尼亞，提供的噴霧干燥設(shè)備是仿制北京南郊乳品廠1965年由日本引進(jìn)的蒸發(fā)量350kg/h雙噴頭、臥式、壓力噴霧干燥器，要求蒸發(fā)量150kg/h，也采用雙噴頭；60年代末上海乳晶三廠首次安裝了立式壓力噴霧干燥器，其蒸發(fā)量為250kg/h，噴頭仍沒少于3個(gè)。當(dāng)時(shí)這種多噴頭熱的出現(xiàn)，主要是一種錯(cuò)誤的理論占了上風(fēng)。許多人認(rèn)為噴嘴的孔徑不能大于某一數(shù)值，否則，物料就不能霧化。這在當(dāng)時(shí)設(shè)備能力小的情況下，必然造成都采用多噴頭、小孔徑噴嘴生產(chǎn)，小的噴嘴孔徑僅0.5mm，這給生產(chǎn)操作、管理造成許多問題，更主要是使奶粉的顆粒細(xì)小，沖調(diào)性很差，色澤、組織狀態(tài)也不為用戶歡迎。
    為解決這一矛盾，許多廠家、科研單位、大專院校從多方面尋找生產(chǎn)沖調(diào)性好的速溶奶粉，相繼出現(xiàn)“兩段干燥法”、“添加乳糖再結(jié)晶法”等的試生產(chǎn)，但終因成本高、不適應(yīng)大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)無法推廣。與此同時(shí)，出現(xiàn)離心噴霧干燥技術(shù)，并得到一定的發(fā)展，其主要原因是當(dāng)時(shí)土法搞出的離心噴霧機(jī)轉(zhuǎn)速低，僅5000r/min)左右，由于線速度低，噴出的奶粉顆粒大，沖調(diào)性優(yōu)于壓力噴霧的產(chǎn)品，在市場(chǎng)上相對(duì)受用戶歡迎。直到70年代末離心噴霧干燥生產(chǎn)的奶粉在市場(chǎng)占主導(dǎo)地位。當(dāng)時(shí)有代表性的幾家奶粉廠是松花江乳品廠、查哈陽乳品廠、北京西郊乳品廠、肇爾乳品廠等。
    2離心噴霧干燥的衰退
    1980年黑龍江省乳品機(jī)械總廠設(shè)計(jì)了蒸發(fā)量250kg/h單噴頭立式壓力噴霧十燥器，1982年在泰來縣乳品廠投入正常運(yùn)行，此后，新建、擴(kuò)建的乳品廠采用離心干燥技術(shù)逐漸減少，一些已使用離心噴霧技術(shù)的老廠，擴(kuò)建也開始用壓力噴霧技術(shù)，廠家不考慮兩種技術(shù)同時(shí)使用管理上的不便，如富�？h乳晶廠、肇東乳品廠、北京西郊乳品廠、呼蘭乳品廠、宋站乳品廠等。一些離心噴霧技術(shù)已使用多年的老廠，新安裝了壓力噴霧干燥設(shè)備后，把原離心噴霧干燥設(shè)備停用或干脆拆除，如肇東乳品廠，北京西郊乳品廠；80年代末以來，出現(xiàn)了“離心”改“壓力”的現(xiàn)象，經(jīng)筆者改造成功的有富裕乳品廠、松花湖乳品廠、宋站乳品廠和巨浪牧場(chǎng)乳品廠。這些現(xiàn)象的出現(xiàn)，表明人們已逐漸認(rèn)識(shí)了“離心噴霧”和“壓力噴霧”，離心噴霧干燥技術(shù)在我國乳品行業(yè)的市場(chǎng)已動(dòng)搖，壓力噴霧十燥技術(shù)已占有優(yōu)勢(shì)，可以說“離心噴霧”在我國乳品行業(yè)已開始衰退。兩種方法優(yōu)缺點(diǎn)的爭(zhēng)論已很少聽到，再也聽不到“離心法”奶粉比“壓力法”質(zhì)量好的肯定性說法。
    這種變化的產(chǎn)生，分析原因有多方面因素。主要有以下幾點(diǎn)：
    (1)理論上的誤解
    丹麥馬斯托思著《噴霧干燥手冊(cè)》上明確指出離心噴霧干燥法適合于生產(chǎn)顆粒細(xì)小的產(chǎn)品。有些人把由于我們?cè)觳怀龈咿D(zhuǎn)速離心噴霧機(jī)，而使霧化不好的情況下生產(chǎn)的顆粒較大的奶粉誤認(rèn)為是離心噴霧的優(yōu)點(diǎn)。
    (2)離心噴霧干燥設(shè)備設(shè)設(shè)計(jì)不規(guī)范
    從50-80年代，我國乳品行業(yè)使用的離心噴霧干燥設(shè)備，幾乎都出于“土專家”之手，沒有規(guī)范設(shè)計(jì)。為了少投資，快上馬，離心噴霧機(jī)多數(shù)是“土造”，熱風(fēng)分配器五花八門，進(jìn)風(fēng)不均，無法調(diào)整，都存在有“焦粉”問題，幾于沒有一臺(tái)達(dá)到設(shè)計(jì)能力，造成和前工序不配套。
    (3)奶粉生產(chǎn)的原料性質(zhì)的特點(diǎn)
    奶粉的主要原料為鮮奶，其添加物如糖、乳消粉、豆?jié){等物質(zhì)都可溶，和鮮奶混合后不會(huì)形成沉淀，經(jīng)濃縮后粘度也不高，這種物料也很適合于壓力噴霧干燥，并非只能用離心噴霧十燥。
    (4)單噴頭立式壓力噴霧設(shè)備的出現(xiàn)
    80年代初單噴頭立式壓力噴霧干燥設(shè)備出現(xiàn)后，很快得到推廣應(yīng)用。由于噴嘴孔徑大，其粉的顆粒達(dá)到甚至超過離心噴霧法奶粉的顆粒，兩者產(chǎn)品的沖調(diào)性相差無幾，離心噴霧法奶粉沖調(diào)性好的優(yōu)勢(shì)不再，壓力噴霧干燥法奶粉沖調(diào)性差的說法得到正名.
    (5)離心噴霧干燥法的不足
    離心噴霧干燥法與立式壓力噴霧干燥法比較有以下幾點(diǎn)不足：
    I.蒸發(fā)強(qiáng)度低。離心噴霧，物料霧化后在塔內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡和熱風(fēng)在塔內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡的差異，造成物料與熱風(fēng)熱質(zhì)交換時(shí)間短于立式壓力噴霧干燥，結(jié)果使單位有效空間的蒸發(fā)能力小于立式壓力噴霧干燥，也使蒸發(fā)強(qiáng)度降低，據(jù)實(shí)測(cè)其蒸發(fā)強(qiáng)度一般≤3kg/h.M3，包括近幾年引進(jìn)的離心噴霧干燥設(shè)備。立式壓力噴霧干燥設(shè)備的蒸發(fā)強(qiáng)度一般均≥5kg/h.M3，這使同能力的離心噴霧干燥塔的有效容積比立式壓力噴霧干燥塔大80%左右。
    由于蒸發(fā)強(qiáng)度低，使設(shè)備的體積增大，從而帶來一系列的問題：
    a.制造設(shè)備的材料消耗多，設(shè)備的造價(jià)提高，同能力離心噴霧干燥設(shè)備比立式壓力噴霧干燥設(shè)備造價(jià)高20%左右。
    b.由于設(shè)備相對(duì)大，給制造、運(yùn)輸、安裝均增加了困難。
    c.安裝設(shè)備的空間大，安裝設(shè)備的廠房亦需要增大，這就增加了廠土建的投資。
    d.設(shè)備使用操作及班后清掃不方便，只得增加一些附屬裝置，如可升降的掃粉裝置和離心機(jī)吊裝裝置。
    Ⅱ.塔內(nèi)壁掛粉多。離心噴霧干燥由于霧化的物料運(yùn)動(dòng)軌跡呈拋物線，再加上進(jìn)入塔的熱風(fēng)具有一定旋轉(zhuǎn)力，塔內(nèi)畢(包括塔頂)粘粉多，尤其是生產(chǎn)加糖奶粉、嬰兒配方奶粉等產(chǎn)品時(shí)更為嚴(yán)重。黑龍江乳品廠引進(jìn)丹麥“尼羅”離心噴霧干燥設(shè)備，塔內(nèi)徑7.4m，連續(xù)生產(chǎn)嬰兒配方乳粉II號(hào)一個(gè)月，粘壁粉厚度達(dá)80mm以上，該廠每月徹底清掃一次，清掃下來的這部分粉已經(jīng)不能能作為等級(jí)產(chǎn)品。
    Ⅲ.產(chǎn)品有被機(jī)油污染的可能。霧化物料的離心噴霧機(jī)，從結(jié)構(gòu)要求必須安裝在塔頂中央的熱風(fēng)分配裝置中。由于環(huán)境溫度高、離心機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，需要潤滑油潤滑和冷卻，其下端由密封件密封，在運(yùn)行中密封件一旦損壞，機(jī)油就會(huì)漏入塔內(nèi)的產(chǎn)品中，污染產(chǎn)品，而且在運(yùn)行中很難發(fā)現(xiàn)漏油。
    Ⅳ.奶粉貯存期短，脂肪易被氧化。離心噴霧干燥法生產(chǎn)的奶粉含有較多空氣，在貯藏過程中，奶粉中的脂肪容易被粉內(nèi)的空氣氧化，使貯藏期縮短。
    3離心噴霧干燥設(shè)備的改造
    從我國奶粉產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，在我國乳品行業(yè)生產(chǎn)奶粉的干燥設(shè)備，應(yīng)該說是立式壓力噴霧干燥設(shè)備。實(shí)踐已得到證明，如果離心噴霧干燥設(shè)備使用單位的領(lǐng)導(dǎo)也認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，那就好辦了。因?yàn)椤半x心”，改“壓力”是可行的，也很容易，并且還具有實(shí)際的效益。
    3.1可行性
    近幾年相繼有4家乳品廠，成功的把離心噴霧干燥改為壓力噴霧干燥，投入正常運(yùn)行，這是因?yàn)橛邢率鲈�因�?
    (1)、相同點(diǎn)多，可通用性
    “離心”和“壓力”兩種噴霧干燥基本原理相同，都是物料經(jīng)霧化、與熱空氣在瞬間完成熱量交換和質(zhì)量交換，干燥的物料經(jīng)分離裝置與空氣分離而獲得產(chǎn)品。
    兩者皆屬于并流干燥，即霧化的物料與熱風(fēng)在塔內(nèi)均是自上而下同向運(yùn)動(dòng)中完成干燥過程。附屬設(shè)備大部分相同，可通用。如空氣過濾器、空氣加熱器、進(jìn)風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)、濾粉裝置及濃奶缸等都相同，可通用。
    這些相同部分，如原設(shè)計(jì)、選型正確合理，改造均可不需要做任何改動(dòng)，保持原狀可通用。
    (2)相異點(diǎn)少，易改造
    霧化器不相同，離心和壓力噴霧干燥器根本差別就是物料霧化方式不同，前者是用高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)霧化物料，后者則是借高壓泵壓力，經(jīng)噴嘴霧化物料。
    熱風(fēng)分配器不同，由于兩者霧化器不同，熱風(fēng)入塔的分配器也不同。離心噴霧法采用蝸殼式為主，壓力噴霧法多采用折流式，后者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝、調(diào)整進(jìn)風(fēng)的均勻度比前者容易簡(jiǎn)便。
    塔直徑和有效高度不同，由于兩者霧距在塔內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡相異，離心塔的直徑比同能力壓力塔直徑要大35%以上；而有效高度前者比后者低40%以上。
    有效容積不同，由于兩者的蒸發(fā)強(qiáng)度不同，同能力的離心塔有效容積要比壓力塔有效容積大70%以上。
    塔頂至屋頂?shù)挠行Ц叨炔煌�，離心塔由于需要吊裝離心噴霧機(jī)，塔頂至屋頂?shù)挠行Ц叨仍?m以上，而壓力塔一般不超過2m。
    (3)相異點(diǎn)分析
    霧化器、熱風(fēng)分配胎兩處不同點(diǎn)，改造時(shí)只要更換就可解決。
    對(duì)于塔直徑和有效高度不同，離心塔直徑比壓力塔大，改造后塔壁粘粉比同能力壓力塔要少50%左右，塔頂幾乎不粘粉；如果離心塔的有效高度低于壓力塔要求的有效高度下限，則需利用塔頂至屋頂?shù)挠行Ц叨炔煌�而把塔適當(dāng)接高.
    有效容積不同，對(duì)改造十分有益，改造后可提高生產(chǎn)能力。
    3.2改造后的效益
    離心塔改造為壓力塔后，除解決前述4項(xiàng)不足外，還可以收到以下效益：
    (1)干物質(zhì)利用率
    由于塔頂幾乎不粘粉，塔壁粘粉減少50%，粘壁粉很容易清掃掉，焦粉問題解決，鮮奶的干物質(zhì)利用率必然會(huì)相應(yīng)提高。
    (2)提高產(chǎn)品的等級(jí)率
    由于解決了焦粉問題，由此消除了與產(chǎn)品雜質(zhì)度、溶解度指標(biāo)相關(guān)的一個(gè)因素，促使產(chǎn)品等級(jí)率有所提高。
    (3)提高生產(chǎn)能力
    由于離心塔的有效容積比同能力的壓力塔一般大70%以上，改造后蒸發(fā)強(qiáng)度均會(huì)提高，在只更換霧化器和熱風(fēng)分配揣后，能力就可提高20%左右；若對(duì)其他附屬配套設(shè)備做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，其能力可提高50%-100%，實(shí)踐已得到證明。黑龍江省富裕乳品廠和宋站乳品廠的10t鮮奶/班離心塔改造后達(dá)到20t鮮奶/班；林甸縣巨浪牧場(chǎng)乳品廠的5t鮮奶/班離心塔，改造后蒸發(fā)量達(dá)到3l0kg/h，相當(dāng)于處理鮮奶12.4t/班。
    (4)改善操作環(huán)境
    離心塔操作一般在溫度高的塔頂，改造成壓力塔后，操作完全可以在二層地面操作，二層地面的溫度比塔頂要低20-30℃，或史多。
    從上述可看出，離心塔改造竹兩種途徑，是小改造，即要求改造后能力不增加或略有提高的前提下，只更換霧化器和熱風(fēng)分配器，投資不會(huì)超過5萬元，停產(chǎn)時(shí)間在一周左右就可完成。若是大改造，要求能力提高50%或一倍，投資也不會(huì)超過15萬元；停產(chǎn)間約4周可以完成。