对流干燥装置的设计与分类

对流式干燥设备将流体状（通常为热空气）干燥介质的热量传递给食品，使其水分升温汽化，并将汽化的水分带出干燥室。干燥介质的从高温低湿状态变为低温高湿状态。

对流型干燥设备主要型式见表9-1。除了厢式干燥器以外，各种对流式干燥装置均为连续式或半连续式。

对流型连续干燥机还可按干燥介质和物料的相对运动方式分为并流、逆流、混流和横流式。

一、厢式干燥器

厢式干燥器是一种常压间歇式干燥器，小型的称为烘箱，大型的称为烘房。

厢式干燥器外壁用绝热材料构成，以减少热损失。厢内有供物料盘搁置、固定或可移动的多层盘架，因此，这种干燥器又称为盘架式干燥器。厢式干燥器内设有空气加热器和使空气循环和进出的风机和风道，空气加热器可采用蒸汽、燃气或电加热。在适当位置引入厢内的新鲜空气，温度和湿度较低，在干燥器内与循环热空气混合并经过加热升温并降低湿度后，与其所流经的物料发生传热和传质过程，成为温度有所降低而湿度有提高的湿空气。这种状态的空气，部分通过排气通道排出厢外，其余部分再循环并与新空气混合，如此不断地对物料进行干燥。

厢式干燥器可布置成不同构型，典型厢式干燥器构造如图9-1所示。热空气流过物料的方式有横流和穿流两种。横流式如图9-1（1）所示，热空气在物料上方掠过，与物料进行湿交换和热交换。若框架层数较多，为了使空气仍以较高流速经过料盘，可将料盘可分成若干组，空气先后横流经过各组料盘，再排出部分废气和引入部分新鲜空气，成为如图9-1（2）所示的串联横流式干燥器。穿流式干燥器结构原理如图9-1（3）所示，粒状、纤维状等物料在框架的网板上铺成一薄层，空气以0.3～1.2m/s的速度垂直流过物料层，可获得较大的干燥速率。

图9-1 厢式干燥器

厢式干燥器的主要优点是制造和维修方便，使用灵活性大。其主要缺点是干燥不均匀，不易抑制微生物活动，物料装卸劳动强度大，热能利用不经济（每汽化1kg水分，约需2.5kg以上的蒸汽）。食品工业中，厢式干燥器常用于需长时间干燥、数量不多及需要特殊条件干燥的物料，如水果、蔬菜和香料等。

二、洞道式干燥机

洞道式干燥器如图9-2所示，有一段长度为20～40m的洞道。物料通常装在沿轨道行进的小轮料盘车中，随小车通过洞道而得到干燥。料盘之间留有间隙供热风通过。小车进出洞道为半连续式，即在一车湿料从洞道一端进入的同时，另有一车干料从洞道另一端出来。洞道的门只有在进、出料车时才开启，其余时间都是关闭的。轨道沿小车出口方向通常呈1/200斜度。小车可由人工或绞车等机械装置操纵移动。

图9-2 洞道式干燥器

热空气可与物料在洞道内可分别以并流、逆流和混流三种方式安排。图9-2所示为逆流形式，空气在加热器、风机和小车之间以循环方式流动，流速范围在2.5～6.0m/s的空气流以逆流方式平行掠过各小车料盘间，使物料得到干燥。空气循环过程中，同时有部分新鲜空气进入和部分废气排出。如将图9-2所示的空气循环的方向反过来便成了并流（顺流）形式。混流式洞道干燥机的洞道分为两段，第一段为并流，干燥速率大，对应于物料第一干燥阶段；第二阶段为逆流，可满足物料的最终干燥要求，对应于物料第二干燥阶段。因为第二阶段的干燥时间较长，所以一般洞道的第二段也比第一段长。混流式综合了并、逆流形式的优点，可在整个干燥周期不同阶段较灵活地控制干燥条件。以上三种形式中，热空气流方向与物料移动方向均呈平行取向。为了提高干燥的均匀性，还可通过风道安排，使空气与物料移动方向呈水平垂直方向流动（图9-3），但这会增加干燥装置结构和操作控制的复杂性，也会增加装置的占地面积。

图9-3 空气流向与料车移动方向垂直

洞道式干燥机在食品工业中多用于蘑菇、葱头和叶菜之类果蔬产品的大批量干燥。

三、网带式干燥设备

网带式干燥机是一类利用网带输送物料与穿流热风接触的连续式干燥设备。它们主要由干燥机护围结构、网带输送机、风机、加热器，以及装卸料机构等组成。输送带一般为不锈钢丝网带，可根据物料选用适当大小网眼的网带。

网带式干燥机适用于谷物、脱水蔬菜、中药材等产品的干燥。适用的物料形状可有片状、条状、颗粒、棒状、滤饼类等。

网带式干燥机可分为单层式和多层式两大类型。

（一）单层带式干燥机

单层带式干燥机主要特点是，物料有较好的透气性，容易与热空气接触，可利用干燥空气循环回路控制不同区的蒸发强度，但占地面积较大。

单层带式干燥机可分为单段式和多段式两种形式，分别采用一条和多条输送网带。

一种单层单段网带式干燥机结构如图9-4所示。全机分成两个干燥区和一个冷却区。每个干燥区由空气加热器、循环风机、热风分布器及隔离板等组成加热风循环。第一干燥区的循环空气自下而上穿过物料层，第二干燥区的空气自上而下穿过物料层，最后一个是冷却区，不设空气加热器。干燥区内循环的干燥空气，经过与物料接触后，湿度会提高而温度会降低，因此，需要排出部分高湿度空气，同时将等量的低湿度空气引入，以保持连续操作应有的稳定干燥空气状态。

图9-4 单层单段网带式干燥机

这类干燥机的主要特点是，结构较简单，物料在机内的停留时间可以根据需要进行调节，物料无剧烈运动，不易破碎。

多段带式干燥机有时也称为复合型带式干燥机，由于采用多条输送带（多至4条）输送物料，可使不同干燥阶段的物料有不同的滞留时间，因此，与单段式干燥机相比，可提高生产效率。

图9-5所示为一种两段带式干燥机。整个干燥机也分成干燥段（第一条输送带）和吹风冷却段（第二条输送带）。经过干燥的物料，由第一条输送带末端自动落入（其间受到拨料器作用而发生翻动）第二条输送带，通过冷却区，最后由终端卸出产品。

图9-5 两段带式干燥机示意图

多段式带式干燥机的主要特点是：物料在带间转移受到的松动翻转作用，可增加物料的蒸发面积，改善透气性和干燥均匀性；不同输送带的速度可独立控制，便于优化干燥过程。

（二）多层带式干燥机

多层网带式干燥机的基本构成部件与单层式的类似。多条输送带上下相叠架设在相通的干燥室内。输送带层数可达15层，但以3～5层最为常用。层间有隔板控制干燥介质定向流动，使物料干燥均匀。各输送带的速度独立可调，一般最后一层或几层的速度较低而料层较厚，这样可使大部分干燥介质能与不同干燥阶段的物料进行合理的接触，从而提高总的干燥效率。

一种三层网带式干燥机如图9-6所示。工作时湿物料从进料口落至输送带上，随最上层输送带自左向右运动至末端，物料落在输送方向相反的第二层输送带，随带向左运动，到末端后物料落在最下层输送带上，再次随带自左向右运动，最后落入卸料口排出机外。可以看出，为了使进料和出料分别在干燥机的两端，干燥机的输送带数量必然成单。

图9-6 三层穿流带式干燥机

多层带式干燥机结构简单，常用于温度不能太高，需要较长时间干燥的物料（如谷物），由于多次翻料，因此不适于黏性物料及易碎物料的干燥。

四、流化床干燥机

流化床干燥机使物料呈沸腾状态并对其进行干燥，因此又称为沸腾床干燥机。

图9-7 流化床干燥机系统

典型的流化床干燥机系统如图9-7所示。风机驱使热空气以适当的速度通过床层，与颗粒状的湿物料接触，使物料颗粒保持悬浮状态。热空气既是流化介质，又是干燥介质。被干燥的物料颗粒在热气流中上下翻动，互相混合与碰撞，进行传热和传质，达到干燥的目的。当床层膨胀至一定高度时，因床层空隙率的增大而使气流速度下降，颗粒回落而不致被气流带走。经干燥后的颗粒由床侧面的出料口卸出。流化床的废气由顶部排出，并经旋风分离器及布袋过滤器回收所夹带的粉尘后，排入大气。

流化床干燥机适宜于处理粉状且不易结块的物料，物料粒度通常为30μm～6mm。物料颗粒直径小于30μm时，极易在床层产生局部沟流；颗粒直径大于6mm时，需要较高的流化速度，动力消耗及物料磨损随之增大。流化床干燥机对于粉状物料和颗粒物料，适宜的含水范围分别在2%～5%和10%～15%。因此，气流干燥或喷雾干燥得到的物料，若仍含有需要经过较长时间降速干燥方能去除的结合水分，则更适于采用流化床干燥。

流化床是流化床干燥机系统的主体，有多种形式，主要有单层圆筒型、多层圆筒型、卧式多室型、振动型、脉冲型、惰性粒子型等。

（一）单层圆筒型流化床干燥机

单层圆筒型流化床干燥机结构如图9-8所示。湿物料通过加料口（必要时经适当抛料机构辅助）进入干燥机腔内。热空气进入流化床底后由分布板控制流向，对湿物料进行干燥。物料在分布板上方形成流化床。干燥后的物料经溢流口由卸料管排出，夹带细粉的空气经分离器分离后由抽风机排出。

图9-8 单层圆筒流化床干燥机

空气分布板是流化床干燥机的关键部件之一，其作用是支持物料，均匀分配气体，以创造良好的流化条件。由于分布板在操作时处于受热受力的状态，所以要求所用材料耐热且不变形，实用上多采用金属或陶瓷材料制作。各种形式的气体分布板如图9-9所示。

为使气流能在较低阻力下较均匀地到达分布板，可在分布板下方设置气流预分布器。图9-10所示为两种结构形式的气流预分布器。

这类干燥机的最大特点是结构简单，操作方便。但它们存在两大不足之处：首先由于颗粒在床内与空气高度混合，自由度很大，为限止颗粒过早从出料口出来，保证物料干燥均匀，必须有较高的流化床层，使所有颗粒在床内停留足够的时间，从而造成气流压降增大；其次，由于湿物料与已干物料处于同一干燥室内，因此，较难保证排出物料的水分含量均匀。

图9-9 气体分布板

图9-10 气流预分布器

单层流化干燥机主要适用于床层颗粒静止高度低（300～400mm）、容易干燥、处理量较大，且对干燥均匀度要求不高的产品。

（二）多层圆筒型流化床干燥机

对于要求干燥较均匀或干燥时间较长的产品，可采用多层圆筒型流化床干燥机。这类干燥机主体为塔形结构，内设多层孔板。湿物料通常由干燥塔上部加入，通过适当方式自上而下转移，干燥物料最后从底层或塔底排出。因此，干燥机内的物料与加热空气走向总体呈逆流。多层流化床干燥机中，物料从上一层进入下一层的方法有多种，如图9-11所示。根据物料在层间转移方式，多层流化床干燥机大致可分为溢流式和穿流式两种形式，图9-12所示为这两种型式干燥机的例子。

图9-12（1）所示的溢流式干燥机，由于颗粒在层与层之间没有混合作用，仅在各层内流态化互相混合，且停留时间较长，因而可以使终产品含水量较低且较为均匀，热量利用率也显著提高。

图9-11 物料多层流化床层间转移机构示意图

穿流式流化床干燥机[图9-12（2）]，各层经过干燥的物料，在重力作用下直接通过筛板孔自上而下流动，故结构简单，生产能力强，但控制操作要求较高。这种干燥机适用于粒径范围在0.8～5mm间的物料。为使物料顺利流下，筛板孔径应为物料粒径的5～30倍，筛板开孔率30%～40%。向上流动的气流对物料下落有一定阻碍作用，因此物料下落速度不会太快。大多数情况下，空塔气速与流化速度之比的范围在1∶（1.2～2）。

多层圆筒形流化床干燥机要求风机提供足够高的风压，以克服各流化层的压强降。

（三）卧式多室式流化床干燥机

为了在较低压强降下保证产品均匀干燥，并降低干燥器高度，可采用如图9-13所示的卧式多室式流化床干燥机。这种干燥机主体的水平横截面为长方形，用一定高度的垂直挡板分隔成多室，挡板下端与多孔板之间留有一定间隙，使物料能从下面由一室流入另一室。物料由第一室进入，从最后一室排出，在每一室与热空气接触，气、固两相总体上呈错流流动。不同小室中的热空气流量可以分别控制，其中前段物料湿度大，可以通入较多热空气，最后一到两个小室可通入冷空气对产品进行冷却。

图9-12 多层流化床干燥器

图9-13 卧式多室式流化床干燥机

这种形式的流化床干燥机结构简单、制造方便、容易操作、干燥速度快，适用于各种难以干燥的颗粒状、片状和热敏性物料。但热效率较低，对于多品种小产量物料的适应性较差。

食品工业中，这种形式的干燥机被用于干燥砂糖、干酪素、葡萄糖酸钙及固体饮料等。

（四）其他型式的流化床干燥机

传统流化床干燥机虽然具有传热强度高，干燥速率快等优点，但并非适用于所有状态的物料。例如，对于细小结晶体、浆状、膏浆体就不能用普通的流化床干燥机干燥。另外，对于具有一定黏结性的物料，利用普通流化床也较难得到均匀的干燥效果。

因此，人们开发了一些特殊型式的流化床干燥机，具有代表性的有：振动流化床干燥机、脉冲式流化床干燥机、惰性粒子流化床干燥机等。

1.振动流化床干燥机

一种振动流化床干燥机的外形结构如图9-14所示，它的机壳安装在弹簧上，由振动电机驱动。

整台干燥机从进料到出料前后分为分配、沸腾和分选三个段，各段下面均为热空气腔体。从喂料器进入流化床的物料在分配段受到振动和气流作用，被均匀地供送到沸腾段进行干燥，最后进入分选段经不同规格筛网分筛及冷却后从出料口排出，带粉尘的废气经集尘器回收细粉后排出。

振动流化床干燥机适合于干燥颗粒过粗或过细、易黏结、不易流化的物料及对产品质量有特殊要求的物料。如砂糖干燥要求晶形完整、晶体光亮、颗粒大小均匀等。含水范围在4%～6%的湿砂糖，在振动流化床沸腾段停留约十几秒钟，水分含量就可降到0.02%～0.04%程度，再经过筛选，就可得到合格砂糖产品。这种形式的干燥机也被用于干燥鸡精类混合调料，含水量8%左右的湿料造粒后可很快干燥成含水2%左右的产品。

图9-14 振动流化床干燥机

2.脉冲流化床干燥机

这种干燥机利用脉冲气流对一般条件下不易流态化的物料以流态化方式进行干燥机。图9-15所示为一种脉冲流化床干燥机。干燥机下部周向均布有若干带快开阀门的热风管，阀门按一定顺序和频率（如4～16Hz）启闭，使流化气体周期性地进入流化床。气阀打开时，气体对物料床层产生脉冲，并迅速在物料颗粒间传递能量，形成剧烈的局部流化状态。这种流化状态又在床内扩散和向上移动，从而使得气体和物料间有强烈的传热传质作用。当气体阀门关闭时，相应方向的流化状态逐步消失，物料又回到堆积状态。如此，流化床内的脉冲式循环一直维持到物料干燥到所需终点状态为止。

图9-15 脉冲流化床干燥机

脉冲式流化床干燥机是一种间歇式设备，床高0.1～0.4m，适用于不易干燥或有特殊要求、粒度范围在10μm～0.4mm的物料。阀门开启持续时间与床层的物料厚度和物料特性有关，一般为0.08～0.2s。阀门的关闭时间应满足以下要求：供入气体完全通过整个床层，物料完全处于静止状态，以使下一次脉冲能在床层中有效传递。进风管一般按圆周方向均匀排列5根，按1、3、5、2、4顺序轮流开启，使每次进风点与上次的距离较远。

脉冲流化床干燥机与常规流化床干燥机相比，具有如下优点：传热系数高，干燥时间短，空气耗量减少，电能耗量低。脉冲流化床能有效克服沟流、死区和局部过热等传统流化床常见的弊端，因而可用于处理黏性强、易结团和热敏性物料。

3.惰性粒子流化床干燥机

惰性粒子流化干燥是一种用特殊形式的流态化干燥方式，适用于溶液、悬浮液、黏性浆状物料等液状物料的干燥。其技术原理是利用惰性粒子均匀吸附待干燥液状物料，并在流化床内进行流化干燥，最后设法使干燥料层脱离惰性粒子，并与之分开。

图9-16所示为一种惰性粒子流化床干燥机的结构示意。其工作过程是，先在干燥机内加入一定量的惰性粒子，它们在底部进入的热气流作用下呈流态化并受热。喷雾头将料液喷洒在流态化粒子表面，瞬时受到粒子内部传来的储存热量作用而实现部分质热传递过程。表面附着液料的粒子在床层中随热气流一起流化，气流与物料之间产生热交换，水分转移，使物料得以干燥。当物料干燥到一定程度以后，在粒子翻滚碰撞外力的作用下，从粒子表面剥落，随气流离开流化床。当干燥物料从粒子表面剥离，惰性粒子表面得以更新，准备再吸附新的物料，以此完成一个干燥周期。

图9-16 惰性粒子流化床干燥机

惰性粒子是这种干燥设备的关键。干燥过程中惰性粒子是热载体，应具有干燥表面和碰撞研磨的作用。惰性粒子的形状、大小、分布、密度及其流动性对流态化质量有较大影响。粒子形状以球形为佳，这有利于物料在其表面形成均匀的薄膜，减少操作时粒子本身的磨损。同时，球形可提供较大的碰撞应力和剪切应力，有利于干粉的脱落。较常使用的球形惰性颗粒材料有玻璃、陶瓷和尼龙等。

这种干燥机可用于干燥膏糊状料液，例如，鸡蛋清、蛋黄、动物血、酪蛋白、酵母、大豆蛋白及肉骨汤等；但不宜用来干燥会形成坚硬、高附着性膜层的液料，例如某些胶液。(www.xing528.com)

五、气流干燥设备

气流干燥机利用高速热气流输送潮湿粉状或块粒状物料，并对其进行干燥。气流干燥机适用于潮湿状态仍能在气体中自由流动的粉状、颗粒状和丁状物料，例如面粉、谷物、葡萄糖、食盐、味精、离子交换树脂、水杨酸、马铃薯丁和肉丁等。

气流干燥通常能将粒度0.7mm以下的不同含湿量物料，干燥到0.3%～0.5%的含水量。因此，乳品和蛋品行业中，有时也利用气流干燥机对喷雾干燥机得到的粉末作进一步的干燥。如要获得更低的含水量，则还可在气流干燥机之后再设置一套流化床干燥装置。

气流干燥机有多种形式，主要有直管式、多级式、脉冲式、套管式、旋风式、环管式等。

（一）直管式气流干燥机

到目前为止，直管式气流干燥机应用最普遍，如图9-17所示。潮湿物料经加料器送入干燥管，被来自加热器的热空气吹起。气体与固体物料在流动过程中因剧烈的相对运动而充分接触，进行传热和传质，达到干燥的目的。随气流干燥后的产品由干燥管顶部进入分离器，与废气分离。干料由分离器底部排出，废气由分离器顶部经排风机排入大气。

直管式气流干燥机的优点如下：①干燥强度大。由于物料在热风中呈悬浮状态，能最大限度地与热空气接触，且由于气速较高（一般达20～40m/s），空气涡流的高速搅动，使气—固边界层的气膜不断受冲刷，减小了传热和传质的阻力，容积传热系数可达2300～7000W/（m³·K）；②干燥时间短，对于大多数的物料只需0.5～2s，最长不超过5s，因为是并流操作，所以特别适宜于热敏性物料的干燥；③占地面积小，由于容积传热系数大，所以所需的干燥机体积可大为减小；④热效率高，由于干燥机散热面积小，所以热损失小，最多不超过5%，因而干燥非结合水和结合水时的热效率可分别约达60%和20%；⑤无需专用的输送装置，气流干燥机的活动部件少，结构简单，易建造，易维修，成本低；⑥操作连续稳定，可以一次性完成干燥、粉碎、输送、包装等工序，整个过程可在密闭条件下进行，减少物料飞扬，防止杂质污染，既改善了产品质量又提高了回收率；⑦适用性广，可应用于各种粉状和粒状物料，粒径最大可达10mm，湿含量可达10%～40%。

图9-17 直管气流干燥器

直管式气流干燥机的缺点如下：①全部产品由气流带出，因而分离器的负荷大；②气速较高，对物料颗粒有一定的磨损，所以不适用于对晶形有一定要求的物料，也不适宜用于需要在临界湿含量以下干燥的物料以及对管壁黏附性强的物料；③由于气速大，全系统阻力大，因而动力消耗大；④干燥管较长，一般≥10m。

（二）其他型式的气流干燥机

为了降低气流干燥机的高度，国内外陆续开发出了一些新型气流干燥设备，其中最典型的是多级式气流干燥机。

目前国内较多采用的是二级或三级气流干燥机，多用于含水量较高的物料，如口服葡萄糖、硬脂酸盐等。

图9-18所示为一种二级气流干燥机，显然，它降低了干燥管的高度。第一级的扩张部分对物料颗粒起分级作用，使小颗粒物料继续随气流向上移动再直接进入第二级干燥管，大颗粒物料则由旁路通过星形阀进入第二级，这样可以避免较大颗粒聚积在底部转弯处将管道堵塞。

图9-18 二级气流干燥机

除了上述多级气流干燥机以外，对气流干燥进行强化和改进的还有脉冲式、套管式、旋风式和环形管式等，它们的原理如图9-19所示。

（1）脉冲式气流干燥机[图9-19（1）]由大小管径交替的脉冲管构成。物料在小管径因气流速度大而受到加速，而在大管径则受到减速。颗粒物料随管径变化而反复受到加速和减速，没有等速运动阶段，从而强化了传热和传质速率。传热传质效率的提高可以缩短干燥时间，从而可以降低干燥管总高度。

图9-19 几种新型气流干燥机原理示意图

（2）套管式气流干燥机[图9-19（2）]气流干燥管由内管和外管组成，物料和气流同时由内管的下部进入。颗粒在管内加速运动至终了时，由顶部导入内外管间的环隙内，以较小的速度下降并排出。这种形式可以节约热量。

（3）旋风式气流干燥机[图9-19（3）]物料与热空气一起以切线方向进入干燥机内，在内、外管间做螺旋运动。颗粒处于悬浮旋转运动的状态，所产生的离心加速作用可使物料在很短的时间内（几秒）达到干燥的目的。这种干燥机的特点是体积小，结构简单，适用于干燥那些允许磨损的热敏性物料；但不适用于干燥含水量高、黏性大、熔点低、易升华爆炸、易产生静电效应的物料。

（4）环形管式气流干燥机 将气流干燥管设计成如图9-19（4）所示的环形，主要目的是延长颗粒在干燥管内的停留时间。

六、喷雾干燥机

喷雾干燥机是一种通过雾化方式将液状物料干燥成粉体的设备。喷雾干燥机可用于生产许多粉状制品，如乳粉、蛋粉、豆乳粉、低聚糖粉、蛋白质水解物粉、微生物发酵物粉等。喷雾干燥机也是主要的微胶囊造粒设备之一。

（一）工作原理及特点

喷雾干燥机的工作原理如图9-20所示。料液通过雾化器得到直径范围在10～100μm之间的雾滴，具有巨大表面积的这些雾滴与导入干燥室的热气流接触，可在瞬间（0.01～0.04s）发生强烈的热交换和质交换，使其中绝大部分水分迅速蒸发汽化并被干燥介质带走。由于水分蒸发会从液滴吸收汽化潜热，因而雾滴的表面温度一般为空气的湿球温度。包括雾滴预热、恒速干燥和降速干燥等三个阶段的整个过程，只需10～30s便可得到符合要求的干燥产品。产品干燥后由于重力作用，大部分沉降于干燥室底部，少量微细粉末随尾气进入粉尘回收装置得以回收。

喷雾干燥的主要优点是：①干燥速度快；②产品质量好，所得产品是松脆的空心颗粒，具有良好的流动性、分散性和溶解性，并能很好地保持食品原有的色、香、味；③营养损失少，由于干燥速度快，大大减少了营养物质的损失，如牛乳粉加工中热敏性维生素C只损失5%左右，因此特别适合于易分解、变性的热敏性食品加工；④产品纯度高，由于喷雾干燥是在封闭的干燥室中进行，干燥室具有一定负压，既保证了卫生条件，又避免了粉尘飞扬，从而提高了产品纯度；⑤工艺较简单，料液经喷雾干燥后，可直接获得粉末状或微细的颗粒状产品；⑥生产率高，便于实现机械化、自动化生产，操作控制方便，适于连续化大规模生产，且操作人员少，劳动强度低。

图9-20 喷雾干燥原理

喷雾干燥的主要缺点是：①投资大，由于一般干燥室的水分蒸发强度仅能达到2.5～4.0kg/（m³·h），故设备体积庞大，且雾化器、粉尘回收以及清洗装置等较复杂；②能耗大，热效率不高；一般情况下，热效率为30%～40%，若要提高热效率，可在不影响产品质量的前提下，尽量提高进风温度以及利用排风的余热来预热进风；③因废气中湿含量较高，为降低产品中的水分含量，需耗用较多的空气，从而增加了鼓风机的电能消耗与粉尘回收装置的负担。

（二）喷雾干燥机的基本构成与类型

喷雾干燥机系统的基本构成如图9-21所示，主要由雾化器、干燥室、粉尘回收装置、进风机、空气加热器、排风机等构成。

图9-21 喷雾干燥机系统构成

干燥室是喷雾干燥机的核心，在此经雾化器雾化的料液滴与（由进风机送经过加热器的）热空气接触，迅速受热使水分气化成为固体粒子，一部分大的落入器底，另一部分则随湿热空气进入粉尘回收装置分离成湿空气与粉尘。离开分离器的湿空气一般由排风机直接排入大气，也可部分进行余热回收，以提高干燥机的热效率。干燥室底部出来的干燥产品由于温度较高，一般需要冷却以后再进行包装。

喷雾干燥机的形式较多，大体分类如表9-2所示。不同形式喷雾干燥机的主要区别在于雾化器、干燥室和加热介质回收利用程度等方面。

表9-2 喷雾干燥机的类型

干燥介质利用情形如表9-2所示有三种形式。开放式是指粉尘回收装置分离出来的废气直接通过排风机直接排入环境的干燥系统，食品工业一般采用这种方式；封闭式是指从粉尘回收装置分离出来的废气经去湿处理后循环使用的干燥系统，用于湿料中含有不可排向环境的溶剂成分的物料的干燥，或者热风采用惰性气体的情况。半封闭式是指部分利用湿热空气进行循环的干燥系统，这种系统可以提高热能效率，但同时增加了设备投资和操作的复杂性。此外还有对干燥介质进行灭菌处理的无菌喷雾干燥系统。

下面对表9-2中所列的雾化器和干燥室型式及在食品工业中的使用作简单介绍。

（三）雾化器

雾化器也称喷雾器。常见的雾化器形式有三种，即压力式、离心式和气流式，食品工业中，规模化生产主要应用前两种形式。

1.压力式雾化器

压力式雾化器实际上是一种喷雾头，装在一段直管上以后便构成所谓的喷枪。喷枪需要与高压泵配合才能工作。一般使用的高压泵为三柱塞泵。

压力式雾化器的工作原理是高压泵使料液获得（7～20MPa的）高压能，以很大流速经过喷雾头（孔径约0.5～1.5mm）喷嘴时，即雾化成雾滴。料液的雾化分散度取决于所受的压力大小、喷嘴的结构及料液的物理性质（表面张力、黏度、密度等）。

压力式雾化器的结构有多种形式，常见的有M型和S型等，如图9-22所示。M型雾化器中有一个可更换的喷嘴是易磨件，它的材料可用不锈钢也可用耐磨性材料（如红宝石）制成，两者的使用期分别为1周和1年左右。

图9-22 两种常见压力式雾化器结构

图9-23 离心雾化情形

由于单个压力式喷雾头的流量（生产能力）有限，因此，大型压力式喷雾干燥机通常由多支喷枪一起并联工作。

2.离心式雾化器

离心式雾化的机理是借助高速转盘产生的离心力，将料液高速甩出成薄膜、细丝，并受到腔体空气的摩擦和撕裂作用而雾化。转盘是离心雾化器的关键部件，形式有多种，图9-24所示为两种离心喷雾转盘的结构。

离心式雾化器的转盘可采用电机与变速机构结合的方式驱动，也可采用压缩空气驱动，工业化生产一般采用前一种驱动方式，而后者多用于小型和实验喷雾干燥装置。图9-25所示为一种电机驱动的离心雾化器的外形与结构。

图9-24 离心喷雾转盘

图9-25 电机驱动离心雾化器

3.雾化器比较

压力式和离心式雾化器各有特点，见表9-3。选择具体形式时，需考虑生产要求、待处理物料的性质、工厂条件以及雾化器特点等。另外，最好能够了解行业内针对类似产品所用雾化器的形式。

表9-3 压力式和离心式雾化器比较

（四）干燥室

喷雾干燥室按几何外形可分为塔式和厢式两大类。目前在食品工业中应用最多的是塔式干燥室。

塔式干燥室常称为干燥塔。干燥塔的底部有锥形底、平底和斜底三种，目前食品工业常采用锥形底。干燥塔主体是由内层不锈钢板、中间层保温材料和（通常也用不锈钢板制成的）外层防护板材构成的壳体。壳体中的保温材料层是为了节能和防止（带有雾滴和粉末的）热湿空气在器壁内结露。为了避免附于内壁的粉末过度受热，一般干燥室壳体上还会安装使黏粉抖落的振动装置。对于吸湿性较强且有热塑性的物料，往往会造成干粉黏壁成团的现象，且不易回收，因此，用于这类物料的干燥塔壁，需采取适当冷却措施。

干燥塔顶配置雾化器、热风分配器及进料管口；尾气一般由柱体下端引出；干粉由锥底排出。干燥塔的其他附设结构包括人工扫粉用的小门、适当位置安装的视孔和灯孔等。另外有些干燥塔壳体上还安装有使黏粉抖落的振动装置。

图9-26 喷雾干燥塔的并流情形

各型喷雾干燥设备中热气流与雾滴的流动方向有并流、逆流及混流三类。目前在食品工业中，如乳粉、蛋粉、果汁粉等的生产，大多数均采用并流操作，其他两种流向操作则较少采用。图9-26所示分别为压力式和离心式喷雾干燥塔内料液与热风的并流情形，热风与料液均自干燥室顶部进入，粉末沉降于底部，而夹带粉末的尾气则从靠近底部的风管排至粉末分离回收装置。

（五）喷雾干燥装置系统举例

上面图9-21中给出的喷雾干燥系统的基本构成可以有多种具体形式。以下分别介绍食品行业中典型压力式和离心式喷雾干燥装置系统。

1.压力喷雾干燥机系统

图9-27所示为一种立式压力喷雾干燥机系统，主要由空气过滤器、进风机、空气加热器、热风分配器、压力喷雾器、干燥塔、布袋过滤器和排风机等组成。该系统的进风机、空气加热器和排风机安排在一个层面。干燥塔体的上部为圆柱形，下部为圆锥形。塔体上下有两个扫粉门供操作人员进入塔内清扫塔壁积粉。布袋过滤器紧靠在干燥室侧面。

该系统采用单喷嘴喷雾，装于塔顶。喷嘴的孔径较大（一般在2mm以上），可得到较大粒度的干燥粉粒。与该干燥机配套的供料泵应为三柱塞式高压泵。

经空气过滤器过滤的洁净空气，由进风机吸送入空气加热器加热至预定高温，通过塔顶的热风分配器进入塔体。热风分配器由呈锥形的均风器和调风管组成，它可使热风均匀地呈并流状以一定速度在喷嘴周围与雾化液滴进行热质交换。

图9-27 压力喷雾干燥装置系统

1—布袋过滤器 2—进风机 3—空气加热器

4—热风分配器 5—压力喷雾器 6—干燥室

7—扫粉门 8—出粉阀 9—空气过滤器 10—排风机

布袋过滤器内部分为三组，每组风管与排风机相连，各组可轮流在关断排风管的同时振动布袋，以振落袋内积粉。布袋过滤器下方有一螺旋输送器，将布袋振动下来的粉末回送至塔体圆锥部分与塔内主体粉粒混合。通过布袋过滤器回收夹带粉尘后的废气，经由排风机排入大气。

经干燥后的粉粒落到塔体下部的粉体，与布袋过滤器下螺旋输送器送来的细粉混合，不断由塔下转鼓阀卸出。塔体下部装有空气振荡器，可定时轮流敲击塔壁，使积粉松动而顺利沿壁滑下。

2.离心喷雾干燥机系统

一种并流式离心喷雾干燥机系统如图9-28所示，其组成及工作原理基本上与上述压力式喷雾干燥机相似。

图9-28 离心喷雾干燥机装置系统

1—出粉阀 2—干燥室 3—热风分配器

4—离心喷雾器 5—空气加热器 6—进风机

7—排风机 8—布袋过滤器 9—空气过滤器

离心喷雾干燥机与压力喷雾干燥机的最大区别在于雾化器形式不同，由于离心喷雾器的雾化能量来自离心喷雾头的离心力，因此，不必用高压泵为干燥机雾化器供料。

除了雾化器区别以外，本机与压力喷雾干燥机系统还存在以下方面的差异：首先，本系统的热风分配器为蜗旋状；其次，干燥塔的圆柱体部分径高比较大（这主要因离心喷雾有较大雾化半径，从而要求有较大的塔径）；最后，本干燥器的布袋过滤器装在干燥塔内，它分成两组，可轮流进行清粉和工作。布袋落下的细粉直接进入干燥室锥体。

需要指出的是，不论是压力式还是离心式喷雾干燥机系统，直接从干燥室出来的粉体一般温度较高，因此需要采取一定措施使之冷却下来。普通的做法是使干燥室出来的粉料在一凉粉室内先进行冷却，再进行包装。先进的喷雾干燥系统则通常结合流化床技术，使干燥塔出来的粉进一步得到流态化干燥和冷却。