喷雾干燥设备生产能力过大原因分析

文/刘殿宇 蔡永健

（华禹乳品机械制造有限公司）

喷雾干燥设备应用领域广泛，尤其在乳制品加工行业。在喷雾干燥设备生产过程中，生产能力超过实际生产能力即大马拉小车的现象比较多见。其根本原因是对物料的特性并没有掌握，对喷雾干燥设备的设计没有充分可靠的依据，也是受一些喷雾干燥设备生产能力不足的影响。而生产能力过大会造成前后设备间的不匹配，造成能源浪费，引起喷雾干燥产品质量的稳定性下降。

1 喷雾干燥设备生产能力过大的原因分析

喷雾干燥设备从结构上看并没有多么复杂，但是，其喷雾干燥机理却不简单，如喷雾干燥塔体尺寸的理论计算就相当复杂，有些数据还必须借助试验或实践的办法获得，在一般的工厂里取得这样的数据有一定的困难。现代喷雾干燥塔的计算基本依靠经验计算法，有些经验的不可靠性也导致了喷雾干燥塔生产能力的不确定性，造成喷雾干燥塔要么生产能力不足，要么生产能力过大。生产能力不足的现象更为多见，而由于生产能力不足将干燥塔放大的现象也比较多见。

1.1 物料特性对喷雾干燥设备的影响

针对不同物料，喷雾干燥设备有所差异。就物料中的水分而言，有结合水与自由水之别。物料的物理及化学特性，尤其是物料中水分的结合状态及黏度的大小都会直接影响喷雾干燥设备的效果。而喷雾干燥设备在实际应用中又有很多不确定因素，在不同程度地影响喷雾干燥设备的使用效果。有些物料的喷雾干燥设备还必须借助试验的方法获得喷雾干燥系统的设计数据。在实际应用中，有些喷雾干燥设备并没有达到所要求的生产能力，这是由于设计依据不足、设计计算不够准确，如进风风量的大小、空气加热器换热面积的大小、喷雾干燥塔尺寸的确定等，尤其是使用蒸汽压力的大小会直接影响喷雾干燥生产能力及其应用效果。上述因素导致了喷雾干燥设备的生产能力盲目加大。

1.2 喷雾干燥设备计算依据是否准确的影响

喷雾干燥设备的设计是通过物料与热量衡算来完成的，如喷雾干燥塔的进风量，加热器的换热面积、排风量及排风的捕粉装置等。喷雾干燥塔体有效容积的确定或称喷雾干燥塔体结构尺寸的确定有两种方法，即蒸发强度法、运动方程法。在工厂里多采用前种，后种需要借助试验确定物料在喷雾干燥过程中的飞翔速度，国内企业还不具有小试或中试的条件，数据是否可靠、准确度也不确定。因此，即使是同一物料、相同生产能力的干燥塔，每一家设计的干燥塔尺寸也不尽相同，其应用效果也有所不同，有的使用效果很好，有的却出现了生产能力不足或生产能力过大等问题。出现生产能力不足后，喷雾干燥设备生产能力无原则加大的情况比较多见。事实上，决定喷雾干燥设备生产能力大小的三个关键参数是：使用蒸汽压力、加热器的换热面积，进风量，喷雾干燥塔体的有效容积。喷雾干燥塔的有效容积按下式计算。

干燥室有效容积决定于水分蒸发能力与容积干燥强度，而容积干燥强度又与热空气进入时的温度有关：

式中：V为干燥室有效容积，m2；W为喷雾干燥时水分蒸发量，kg/h；q为干燥室容积干燥强度，即单位时间、单位有效容积的水分蒸发量，kg/h。

其中，容积干燥强度是一个经验系数，它不仅决定于喷雾干燥设备的分散度、室内气流流动情况，还决定于干燥的温度条件和被干燥物料的分子结构。进风温度越高，干燥强度越大。根据资料，容积干燥强度q=0.03TB-1，式中：TB为进入干燥塔的热风温度， ℃。

1.3 进风温度的影响

在实际生产过程中，有些喷雾干燥塔没有达到生产能力的主要原因是蒸汽压力及蒸汽质量存在问题，即蒸汽压力没有达到设计值或蒸汽质量不佳（蒸汽中带水）、加热温度低，最后导致生产能力不足。而蒸汽压力不足是不可能达到生产能力的，除非干燥系统设计余量过大。生产能力不足时建议加大空气加热器的换热面积。

1.4 进风量的影响

进风机的进风量是由热量衡算确定的，要加大进风量也必须相应加大空气加热器的换热面积，否则只加大进风量只能使进风温度变低，降低生产能力。增大加热器换热面积也就意味着相应加大了蒸汽的消耗量，二者是相辅相成的关系。喷雾干燥设备是在一定负压下工作的，干燥塔内负压一般在50～100 Pa，加大进风机的风量会导致干燥塔内的负压不足。排风机的风量是否足够，是否能够满足喷雾干燥设备生产的需要，都需要重新进行核算。

2 喷雾干燥设备生产能力过大的后果

喷雾干燥设备生产能力过大的后果是：造成生产不连续、生产效率低下，能源浪费，影响产品质量。喷雾干燥设备生产不是孤立的生产过程，其前道工序大多为浓缩设备。如果喷雾干燥设备的生产能力过大，浓缩设备的生产量供应不上喷雾干燥设备，就会产生断料现象，或间断进行生产，或被迫减少喷雾干燥的进料量，相当于减少浓缩设备的生产量，无法连续生产，或不能满负荷生产，这样无疑就会降低生产效率，从而造成能源的浪费。生产的不稳定性导致产品品质的不稳定，因此会影响喷雾干燥效果，影响产品质量。前后设备是否能够保持连续生产、能否保持同步，都必须通过进行物料的衡算来完成。

3 小结

喷雾干燥设备生产能力过大主要是指进风量、加热器换热面积、干燥塔的结构尺寸等均已超过了理论及实际生产能力的参数范围。在实际生产中，有些喷雾干燥设备生产厂家，为了提高生产能力而加大喷雾干燥的有效容积。由于喷雾干燥塔有效容积的确定应该通过蒸发量及蒸发强度两个参数来确定（或采用运动方程法进行计算），喷雾干燥设备生产能力要留有一定的生产余量，但不能没有限制。能够针对不同物料进行准确设计，确定喷雾干燥系统必须经过不断的实践积累才能够完成。喷雾干燥系统看似并不复杂，但是其设计计算过程是比较抽象复杂的，要设计出最佳的喷雾干燥系统必须有一个合理的科学依据，不能无原则地扩大或缩小生产能力，否则很可能导致设备性能出现问题。

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