一种喷雾干燥塔的新风预处理系统

涂伟 周开翔 付曜 梅勇 袁亮

（中国轻工业武汉设计工程有限责任公司，武汉 430060）



一种喷雾干燥塔的新风预处理系统

涂伟 周开翔 付曜 梅勇 袁亮

（中国轻工业武汉设计工程有限责任公司，武汉 430060）

摘 要喷雾干燥技术已广泛应用于食品医药行业，在外部环境空气质量普遍较差的情况下，如何确保喷雾干燥塔内直接与产品接触的空气质量，将是企业保证产品质量的重要技术研究课题。介绍一种喷雾干燥塔的新风预处理系统，该系统在确保喷雾干燥塔内空气质量以及节约成本和能耗等方面具有重要意义。

关键词喷雾干燥；空气质量；预处理系统；成本；能耗

喷雾干燥是利用热空气与产品直接接触以达到干燥产品的目的，喷雾干燥塔内部的操作环境理应等同于空气与物料直接接触区域的操作环境，其空气质量直接影响着产品的质量，目前喷雾干燥技术已广泛应用于化工、食品和医药等行业，为了保证食品、药品的产品质量，必须对喷雾干燥塔内部的空气质量进行严格的控制。近年来，国内大部分地区遭受雾霾等天气影响，空气质量较差，如何在喷雾干燥塔内空气质量要求高和室外空气质量差之间矛盾愈发突出的情况下，确保喷雾干燥塔内的空气质量显得尤为重要。

一般喷雾干燥塔内空气质量通过配置较高精度的过滤系统来进行控制，但由于高精度过滤系统价格比较昂贵，无法通过简单清洗再生，且对于室外空气质量较差的地区，直接室外采风会使得高精度过滤系统负荷较大，造成过滤系统易堵塞，从而更换频繁。一旦需要更换过滤系统势必造成生产停产，严重影响生产效率，增加能耗。为此我们认为在这种环境下，有必要在喷雾干燥塔的高精度过滤系统前面设置一套新风预处理系统。本文以华北地区某喷雾干燥塔为例，介绍一种喷雾干燥塔的新风预处理系统。

1 喷雾干燥原理及流程

喷雾干燥是通过机械（压力或离心力）作用，将需要干燥的物料，分散成像雾一样的微粒，与热空气接触，瞬间将大部分水分除去，使物料中的固体物质干燥成粉末，得到干燥产品。该法能直接使溶液、乳浊液干燥成粉状或颗粒状制品，可省去蒸发、粉碎等工序，目前喷雾干燥已广泛应用于化工、食品、医药等行业。

喷雾干燥系统的操作程序为：明确设备技术特性→设备检查确认→生产操作→停车操作→清洗系统。喷雾干燥塔在正常生产之前要进行烘塔，烘塔温度150 ℃，时间一般为2 h。

正常生产时喷雾干燥一般分为四个阶段：料液雾化成雾滴，雾滴与空气混合和流动，雾滴水分蒸发，干燥产品与空气分离。其主要原理是向干燥塔内引入温度较高而相对湿度很低的空气，物料经高压泵作用分散成雾滴与热风接触而产生热交换；由于雾滴形成了无数的雾状粒子，从而大大增加表面积，加快了水分蒸发的速度，在几秒或几十秒内，将物料中的水分迅速蒸发；被蒸发的废气送入大气中，废气中所带微粉经布袋过滤室回收，被干燥的物料经过旋风分离从锥体下料口卸出，其具体流程如图1。本喷雾干燥工艺操作参数：进料浓度（40 %～60 %）、进料温度（65～85 ℃）、进风温度（130～160 ℃）、排风温度（75～85 ℃）、产品含水量（6 %以下）[1]。

2 喷雾干燥塔的新风预处理系统

2.1 系统的提出

本项目位于华北某地，华北地区经常遭受雾霾等恶劣天气影响，而且项目所在地周边企业产生的烟气和粉尘容易弥漫于空气中形成气溶胶状态，造成本项目所在地空气质量经常处于严重污染状态。

图1 喷雾干燥工艺流程Fig.1 Schematic diagram of spray drying process

边健等[2]在气溶胶垂直分布方面的研究成果表明，随着高度的增加，通常气溶胶质量浓度会按指数关系逐步减少，孙玉稳[3]和孙霞[4]等在河北省石家庄市气溶胶监测和研究表明，在0～2 700 m以内，气溶胶浓度随高度增加而逐渐减小，说明高位采风时气溶胶浓度较低，空气质量较好。根据喷雾干燥塔的操作特点及工作状态要求，一般设置有干燥塔的厂房通常高度较高，形成塔楼结构，恰好可以利用高位取风。

另外室外空气中的粉尘极易吸潮，形成粘稠物，容易黏附在过滤系统上，不易清除。这样会使高精度过滤系统极易堵塞，而一般高精度过滤器价格比较昂贵且不便于清洗和再生，只能进行更换。为了确保喷雾干燥塔内的空气质量，本次考虑在喷雾干燥塔高精度过滤器前面设置一套预处理系统，预处理系统以价格低廉的低精度过滤系统组合而成，减轻后续过滤器的压力。由于低精度过滤系统可以用简单的清洗方式再生，本系统还设置有清洗设施，便于清洗，从而减小了整个过滤系统的更换频率，降低停产次数，减少烘塔带来的损失，提高生产效率。

根据高位气溶胶浓度较低和高精度过滤器易堵塞且价格昂贵等因素，本设计考虑在厂房高位设置一套新风预处理系统。

2.2 系统的组成

喷雾干燥塔新风预处理系统包含高位取风室、前置过滤系统、蒸汽加热系统和清洗系统，具体流程如图2。前置过滤系统中包含初、中效过滤器，初效过滤器采用铁丝网制作，铁丝网不易损坏、容易清洗且价格便宜；中效过滤器采用F系列袋式过滤器，价格相对比较便宜，经过前置过滤系统后，对粒径≥0.5 μm，过滤效率可达到95 %，前置过滤系统可以减轻后续高精度过滤器的压力，节省投资。蒸汽加热系统设置在前置过滤系统中初效过滤器之后，主要目的是为了预热新风。清洗系统用于清洗取风前室以及前置过滤系统和蒸汽加热系统，这样可以减小前置过滤系统和蒸汽加热系统的更换频率。前置过滤系统和蒸汽加热系统分别设置在单独的房间，可以方便人员对过滤系统和蒸汽加热系统进行维修和更换。

由本喷雾干燥工艺操作参数可知，喷雾干燥塔排风温度约为80 ℃，根据章其鸽和刘殿宇等[5-6]在喷雾干燥塔的尾气余热回收方面的研究成果，本喷雾干燥塔排风系统设计时通过废热回收器将工艺设备新风进行预热，这样减轻了空气加热器的负荷，从而节约能耗。

图2 喷雾干燥塔新风预处理系统流程Fig.2 The flow chart of fresh air pretreatment system of spray drying tower

2.3 系统的特点

本新风预处理系统具有以下优点：

（1）高位取风新风质量好。本新风预处理系统将干燥塔的取风口设置在厂房高位，高位取风能够保证较好的新风质量。

（2）前置过滤系统造价低。前置过滤系统中初效过滤器采用铁丝网制作，铁丝网不易损坏且造价低，前置过滤系统中中效过滤器采用F系列袋式过滤器，价格相对比较便宜，能够降低高精度过滤器的负荷，减小高精度过滤器的更换频率，降低投资。

（3）前置过滤系统便于清洗和再生。前置过滤系统主要由初效（铁丝网）和中效（布袋）组成，新风预处理系统中设置有清洗设施，一旦前置过滤系统堵塞，可以进行清洗和再生。

（4）节约能耗。喷雾干燥塔尾气温度较高，采用废热回收器将工艺设备新风进行预热，同时当外界温度较低时，也可以开启新风预处理系统中的蒸汽加热系统进行预热，减小了加热器的负荷，从而节约能耗。

（5）便于维修和更换。前置过滤系统和蒸汽加热系统设置在新风预处理系统中的取风前室，工作人员可以出入取风前室，便于对前置过滤系统和蒸汽加热系统进行维修和更换。

由此可见，采用该新风预处理系统后，不仅可以保证较好的空气质量，而且可以减小过滤系统的更换频率，减小投资，保证生产效率，同时在尾气余热利用和节约能耗等方面具有重大作用。

3 结束语

目前国内大部分地区室外空气质量普遍较差，本文综合考虑食品药品安全、环保和节能等因素，提出了一种喷雾干燥塔的新风预处理系统，该系统在确保喷雾干燥塔的新风质量和生产效率以及节约能耗和降低投资等方面具有重要意义。

参考文献

[1]王兆光，连续喷射液化酶法制糖技术[M]. 上海：上海兆光生物工程设计研究院，2011.

[2]边健，伽丽丽，徐文清，等. 气溶胶垂直非均一分布对天空背景亮度的影响[J]. 强激光与粒子束，2013，25（5）.

[3]孙玉稳，李云川，孙云. 石家庄地区春季晴天和霾天气溶胶分布特征的对比分析[A]. 第27届中国气象学会年会论文集. 2010.

[4]孙霞，银燕，孙玉稳等. 石家庄地区春季晴、霾天气溶胶观测研究[J]. 中国环境科学，2011，31（5）.

[5]章其鸽，喷雾干燥塔的尾气余热回收[J]. 化学工程师，2008（6）.

[6]刘殿宇，喷雾干燥塔余热回收新设计[J]. 中国乳业，2007.

中图分类号：TQ 051.8+92

文献标识码：A

文章编号：2095-817X（2016）02-0043-000

收稿日期：2015-11-16

作者简介：涂伟（1987—），助理工程师，硕士，主要从事食品及医药工程工艺设计。

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