玉米粉料喷浆干燥设备的设计研究

公衍峰，张媛媛，赵举文

(黑龙江省农业机械工程科学研究院 绥化分院，黑龙江 绥化 152000)

0 引言

现有的喷雾干燥设备仅适用于无黏性和低黏性的液体物料干燥。玉米蛋白粉和高筋玉米粉等玉米粉料在干燥过程中具有黏性，玉米蛋白粉和高筋玉米粉生产采用热风提取料液中的粉料，所采用的方式是，在不断通有热风的干燥容器内喷入雾化的玉米蛋白粉或高筋玉米粉等粉料液，流动的热风带走雾化料液微粒中水分，但由于玉米蛋白粉和高筋玉米粉雾化料液在干燥过程中具有黏性，且玉米蛋白粉或高筋玉米粉等粉料在干燥脱水过程中易附着在干燥容器的内壁上，并且不断堆积，粘结成块，粘结的粉料极难从干燥容器内清理输出[1]。而且，干燥容器的底部为漏斗形，内部形成旋转气流，干燥的粉料在旋转气流中不断旋转，不能及时从出料口输出，堆积的粘结块和不断旋转的粉料不断在热风的作用下，达到糊化，甚至起火。现有的玉米蛋白粉和高筋玉米粉等玉米粉料生产率低，生产技术指标难以控制，产品质量难以保证，达不到工业化生产的目的。

为此，研究设计一种玉米粉料喷浆干燥设备，用于玉米蛋白粉或高筋玉米粉等黏性料液的烘干，迫在眉睫。

1 总体方案及工作原理

1.1 总体方案

玉米粉料喷浆干燥设备，如图1所示，主要由主塔、热风风道、浆料供料系统、主塔输送风道、送料风道、送料风机、分离系统和冷却横管等组成。可实现高压送料、雾化喷浆、浆料烘干、粉料分离、冷却及出料等功能，用于玉米蛋白粉或高筋玉米粉等黏性料浆的烘干，具有工作过程清洁无污染、能耗低、雾化烘干效果好等特点，该设备的研发和应用填补国内同类机型空白。

1.主塔；2.热风风道；3.浆料供料系统；4.主塔输送风道；5.送料风道；6.送料风机；7.分离系统；8.冷却横管图1 玉米粉料喷浆干燥设备总体结构示意图

1.2 工作原理

玉米粉料喷浆干燥设备采用玉米粉料喷浆烘干工艺，工作时，发酵磨浆后的玉米浆料经输料泵加压后由浆料供料系统将玉米浆料输送至主塔的浆料送料喷头，浆料送料喷头将玉米浆料雾化并喷洒；热风炉提供的热风由热风风道送至主塔塔头内，再经主塔内的热风进风管进入主塔对浆料送料喷头将玉米浆料雾化并喷洒的雾状浆料进行烘干，烘干后玉米粉料在重力的作用下进入到冷却横管，残余的混有部分玉米粉料的热风在主塔引风机的负压下经主塔输送风道进入分离系统，分离系统将残留在热风中的玉米粉料分离出来并送入冷却横管，冷却横管中的玉米粉料冷却后由送料风机经送料风道输送至分装包装车间。

2 主要技术指标

主塔外形尺寸(直径×高)：φ5.6 m×28 m；

配套动力：250 kW；

生产率：0.5 t·h-1；

蒸发量：1 000 kg·h-1；

热风量：45 000 m3·h-1。

3 主要组成设备结构及作用

3.1 主塔

主塔结构如图2所示，主要由固定架、下锥斗、震动气锤、塔筒、上锥斗、热风主进风口、热风进风管、浆料送料喷头、浆料送料管、塔头、主塔引风管防集料挡板、主塔引风机和主塔引风入风管等组成。下锥斗、塔筒和上锥斗共同构成主塔的主体腔体结构，浆料烘干就是在这里完成的。热风进风管、浆料送料喷头、浆料送料管都安装在塔头内，热风炉提供的热风由热风主进风口进入塔头，再经热风进风管进入主塔的主体腔体，浆料则由浆料送料喷头雾化喷洒在主塔的主体腔体内，热风和雾化后的浆料在主塔的主体腔体混合完成浆料的烘干。烘干后玉米粉料在重力的作用下进入到冷却横管，残余的混有部分玉米粉料的热风在主塔引风机的负压下经主塔输送风道进入玉米粉料分离系统。下锥斗上安装有震动气锤，防止玉米粉料粘贴在主体腔体的内壁上。

1.固定架；2.下锥斗；3.震动气锤；4.塔筒；5.上锥斗；6.热风主进风口；7.热风进风管；8.浆料送料喷头；9.浆料送料管；10.塔头；11.主塔引风管防集料挡板；12.主塔引风机；13.主塔引风入风管图2 玉米粉料喷浆干燥设备主塔结构示意图

3.1.1 震动气锤

震动气锤安装在下锥斗外壁上，工作震动使部分落在下锥斗内壁的粉料加速落向主塔下方的出料口。保证粉料在生产中不熟化，不糊化，提高了粉料的生产率并保证了产品质量。

3.1.2 浆料送料喷头

浆料送料喷头是使浆料雾化喷洒的部件，玉米粉料喷浆干燥设备主塔供布置3个喷头，沿圆周均匀布置，使雾化后的浆料细小粒滴均匀地分布于主塔的主体腔体内。

3.2 冷却横管

冷却横管布置在玉米粉料喷浆干燥设备主塔和玉米粉料分离系统的下部，收集主塔烘干后的玉米粉料及分离系统在残余热风中分离出来的玉米粉料，冷却后由送料风机经送料风道输送至分装包装车间。

3.3 分离系统

主塔出来的残余热风中含有部分玉米粉料，分离系统就是将混在热风中的玉米粉料分离出来并送至冷却横管的装置。

玉米粉料重量小，颗粒细，分离难度较大，玉米粉料喷浆干燥设备的玉米粉料分离系统设计为两级旋风分离器。经过两级旋风分离器的分类可以完全将玉米粉料分类出来。减少了加工过程中的损失，增加了用户的收益。

4 性能试验

4.1 试验设备

为测定玉米粉料喷浆干燥设备的性能，在海伦市海兴镇建立生产试验基地，试制设备如图3所示，主要包括：主塔、浆料供料系统、供风系统、分离系统、冷却系统。其中主塔为本设备的核心装置，浆料烘干就是在这里完成的，主塔外形如图4所示。外形尺寸直径φ5.6 m，高28 m，设计热风量为45 000 m3·h-1，设计蒸发量1 000 kg·h-1。

图3 玉米粉料喷浆干燥设备

图4 玉米粉料喷浆干燥设备主塔

4.2 试验材料

试验原料为玉米碴与玉米粒的混合物(玉米粒含量小于30%)，清水洗涤后浸泡24～72 h，浸浆水温保持在24～32 ℃，使其充分吸水膨胀饱合；泡好的玉米碴清水洗涤后送入磨浆机磨浆，筛分后获得细度为100目以上的面浆，面浆加水调和成浓度在35%～40%的液料，浸泡、发酵、制浆过程在玉米粉料喷浆干燥设备浆料供料系统中完成。

4.3 试验过程

试验样机应按使用说明书的要求进行安装、调试，浆料按照4.2中要求提前制备，测试样机的蒸发量和热风量。

4.3.1 生产率

(1)

式中P1—生产率，t·h-1；

G2—出机干粮质量，t；

t—烘干时间，h。

4.3.2 蒸发量

(2)

式中W—蒸发量，kg·h-1；

M1—进机湿粮水分，%；

M2—出机干粮水分，%。

4.3.3 热风量

N=v×S

(3)

式中N—热风量，m3·h-1；

v—风速，m·s-1；

S—风管横截面积，m2。

4.4 试验结果及分析

通过试验,对样机设计参数进行测试，将测试结果填入到表1中。分析试验数据可以得出，样机各项性能指标均满足设计要求。

表1 玉米粉料喷浆干燥设备试验结果统计表

6 结语

玉米粉料喷浆干燥设备的研制成功，在技术上填补国内同类机型的空白。该设备完全满足玉米粉料喷浆烘干工艺，加工全程无污染，能源消耗低，物料损失小；在实际应用过程中取得了显著的社会效益和经济效益。

玉米粉料喷浆干燥设备的推广，形成新的玉米深加工产业模式，为我国玉米深加工产业的发展开辟了新的方向，促进了我国玉米粉料烘干行业机械化水平的进一步提高。

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