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喷雾干燥实验

1 实验目的
① 了解喷雾干燥设备流程及气动离心雾化器工作原理；
② 熟识喷雾干燥的操作；
③ 通过实验深入了解喷雾干燥的优点和缺点；
④ 了解喷雾干燥产品形态。
2 实验原理与内容
喷雾干燥是采用雾化器将原料液分散为雾滴，并用热气体(空气、氮气或过热水蒸气)干燥雾滴而获得产品的一种干燥方法。原料液可以是溶液、乳浊液、悬浮液。
液体的雾化器将料液分散为雾滴，增大干燥过程的传热传质速率。雾化器是喷雾干燥的关键部件之一，目前常用的有3种，即压力式雾化器、离心式雾化器、气流式雾化器。
雾化的液体与热气流的接触表面积很大，它与较高温度的气流一接触就迅速进行传热传质，雾滴水分吸收热量后又迅速蒸发成水蒸气，空气既作载热体又作载湿体。在干燥初期，雾滴很小，物料内部湿含量的扩散传递而造成的干燥阻力几乎等于零，物料的温度一直处于物料的表面湿球温度，为恒速干燥阶段。在物料表面没有充水分时，物料就开始升温并在内部形成温度梯度，为降速干燥阶段。若当温度梯度很大，物料内部的蒸汽压大于物料粒子表面内聚力时，粒子即会爆开，瞬时增大传质蒸发表面。因此喷雾干燥的粉末大多是非球形。
3 实验仪器、设备
小型离心喷雾干燥设备（移动式高速离心喷雾干燥机，型号LPG—5，江苏省常州先锋干燥设备有限公司）。设备参数：离心盘直径50mm、干燥室直径800mm,圆筒高600毫米，筒锥角度60°。这样的离心喷雾高速旋转的动力是采自压缩空气，压缩空气推动涡轮通过挠性轴带动离心盘转动,液料从加工料中均匀滴入离心盘中央受离心力的作用以切线方向甩出,绕成大小均匀的雾状水滴，分别于干燥室中；由于离心盘转速高达2.5万转/分。挠性轴细小，故注意操作，小心加料均匀，防止结焦以保证离心盘的动力平衡。
实验材料：牛奶
测量仪器：小型离心喷雾干燥设备上热电偶温度计(进出风)、形态观察仪器。
1.空气过滤器 2.加热器 3.热风分配器 4.干燥室 5.过滤器 6.泵 7.喷头
8.旋风分离器 9.风机 10.料液精
图1 喷雾干燥设备流程图
4 实验步骤
4.1 测定实验环境温度、鸡蛋液含水率及可溶性固性物含量等。
4.2 认真检查设备流程和各部件的结构构造。
4.3 启动排风机，检查系统部分连接是否良好,有无漏气的地方。
4.4 接上加热电源预热干燥室，160℃~180℃。
4.5 达到所要求的温度，即启动离心转盘到正常运转、并慢慢进少量的物料，观察雾滴的在干燥室中状态，调节供料量直到能看见雾状液滴在干燥室中运动，稳定供料。
4.6 干燥操作完成后，停止进料、停加热器及停止离心盘转动，待出口温度低于45℃后再停止排风机。
4.7 拆卸管道、分离器，收集粉料。
4.8 取出离心喷雾头小心拆开清洗，后抹干安装好垂直放置,盒中保存。
4.9 测定产品的含水率及观测形态。
5 实验数据记录与处理
5.1
牛奶中可溶性固形物质量+增加物总质量牛奶总质量+增加物总质量=设定可溶性固形物含量
其中：牛奶中可溶性固形物质量=牛奶总质量×牛奶的可溶性固形物含量ω%
增加物总质量=β-环糊精质量+麦芽糊精质量
2 ： 1
已知：设定可溶性固形物含量=20%，牛奶的可溶性固形物含量ω%=13.5%
牛奶总质量=300g
由公式300×ω%+m2300+m2=20%
算得，添加β-环糊精质量=16.25g，添加麦芽糊精质量=8.125g
5.2 实际用去牛奶300g,均质后测得悬浮液的可溶性固形物含量为17.5%
5.3
初始温度为25.6℃
表1 干燥粉末相关测量
项目
收集位置
干燥粉末质量（g）
水分含量%
颜色
干燥瓶
22.22
7.35
乳白
管道
19.01
8.25
乳白
雾化箱
8．24
6.32
微黄
总量（g）
49.47g

5.4 干燥器各处收集的奶粉颗粒大小
表2 喷雾干燥器各处中收集到的奶粉颗粒大小如下
位
置
次
数

干燥瓶（μm)
管道(μm)
雾化箱(μm)
1
9.32
14.00
10.79
2
8.97
7.31
6.88
3
11.38
14.66
14.44
4
14.47
8.29
15.32
5
9.75
15.54
13.29
平均
10.78
11.96
12.14

图2 干燥瓶中粉末颗粒大小
图3 管道中粉末颗粒大小

图4 雾化箱中粉末颗粒大小
6 讨论与结论
6.1 牛奶和分散剂混合后所得的可溶性固形物含量为17.5%，小于理论值20%。原因一可能是在混合过程中搅拌不均匀，颗粒未完全溶解；二可能是玻璃棒蘸取液太少，混合液被稀释。
6.2在喷雾干燥器中，干燥瓶中的粉末水分含量最低7.35%，呈乳白色；干燥管道中的粉末水分含量为8.25%，呈乳白色；雾化箱中的粉末水分含量为6.32，呈微黄色。由此可以看出喷雾干燥器中的不同部位干燥的效果是不一样的，其中雾化箱的效果最好，干燥瓶次之，而干燥管道中的粉末水分含量最多。各处粉末水分含量不同，可能是干燥器不断与热空气接触，使得其中的粉末干燥程度最大;而收集器中的粉末水分含量低于管道粉末，可能是干燥粉末进入管道时，较轻的（水分含量较低）更容易被吹进收集器，较重的（水分含量较高）停留在管道。
6.3 实际干燥所得粉末与理论应得粉末质量百分比为49.47÷60×100%=82.45%，稍有损失。原因可能是喷雾干燥器中干燥器、管道及收集器中的仍有粉末残留，使得实际收集到的粉末质量减少。
6.4 观察不同位置的干燥粉末颗粒大小，可以发现，干燥粉末大多呈球状，颗粒大小相差较大。取其平均可以发现，干燥瓶中的粉末颗粒大小为10.78μm，管道中的为11.96μm，雾化箱中的为12.14μm。由此可以看出，雾化箱的干燥效果较好，粉末颗粒最大，而管道次之，干燥瓶中较弱。颗粒大小相差较大，原因可能是料雾在与热空气接触过程生碰撞，凝聚成较大颗粒或摩擦为较小颗粒。