空氣相對(duì)濕度對(duì)噴霧干燥生產(chǎn)的影響

劉殿宇

（華禹乳品機(jī)械制造有限公司)

空氣相對(duì)濕度對(duì)噴霧干燥生產(chǎn)的影響

劉殿宇*

（華禹乳品機(jī)械制造有限公司)

我國(guó)南北方相對(duì)濕度差別較大。相對(duì)濕度大會(huì)給噴霧干燥生產(chǎn)帶來不利影響，如生產(chǎn)時(shí)進(jìn)風(fēng)溫度偏低、塔壁掛粉嚴(yán)重、產(chǎn)品水分含量超標(biāo)、生產(chǎn)效率降低等。相對(duì)濕度是設(shè)計(jì)噴霧干燥系統(tǒng)的重要參數(shù)。設(shè)計(jì)噴霧干燥系統(tǒng)應(yīng)對(duì)不同地區(qū)環(huán)境的相對(duì)濕度情況區(qū)別對(duì)待。以RGYP01-500型立式壓力噴霧干燥塔生產(chǎn)奶粉為例，對(duì)噴霧干燥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。

相對(duì)濕度噴霧干燥空氣奶粉生產(chǎn)影響解決方法

0 前言

我國(guó)南北方氣候差異較大，空氣相對(duì)濕度不同。相對(duì)濕度大，會(huì)給噴霧干燥生產(chǎn)帶來不利的影響。相對(duì)濕度，即在一定總壓下濕空氣中水蒸氣分壓與同溫度下水的飽和蒸汽壓之比，又稱為相對(duì)濕度百分?jǐn)?shù)。相對(duì)濕度代表空氣的不飽和程度。當(dāng)濕空氣被水蒸氣所飽和時(shí)，空氣不再吸收水分，稱為飽和空氣。飽和空氣不能用作干燥介質(zhì)。濕空氣相對(duì)濕度越小，吸濕能力越大?？梢?，由相對(duì)濕度可以判定該濕空氣能否作為干燥介質(zhì)。因此，用戶所在地的環(huán)境條件，尤其是相對(duì)濕度，是設(shè)計(jì)噴霧干燥系統(tǒng)的重要參數(shù)。即使同一地區(qū)由于季節(jié)的變化其相對(duì)濕度也隨之改變，一般冬季相對(duì)濕度較小。下面以RGYP01-500型立式壓力噴霧干燥塔在奶粉生產(chǎn)中的應(yīng)用為例，闡述在我國(guó)南方（福建泉州地區(qū)）進(jìn)行噴霧干燥設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。

1 主要技術(shù)參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）物料介質(zhì)：濃縮牛奶

（2）生產(chǎn)能力：500 kg/h

（3）環(huán)境溫度：25℃

（4）空氣相對(duì)濕度：81%（福建泉州）

（5）進(jìn)料溫度：40～45℃

（6）進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)：45%

（7）進(jìn)風(fēng)溫度t1：150～160℃

（8）出粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)：98%

（9）排風(fēng)溫度t2：95℃（不考慮排風(fēng)機(jī)）

（10）噴頭數(shù)量：1只

（11）袋濾器過濾面積：195 m2

RGYP01-500型噴霧干燥塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：該噴霧干燥塔采用二次流化干燥冷卻系統(tǒng)對(duì)塔下粉進(jìn)行整形、二次干燥、冷卻和附聚再造粒；采用獨(dú)立的脈沖反吹濾袋過濾系統(tǒng)回收排風(fēng)攜帶的粉塵，袋濾器回收下來的粉塵(含流化床排出的粉塵)重新送回塔中進(jìn)行二次附聚造粒。

2 干燥塔進(jìn)風(fēng)風(fēng)量及加熱器換熱面積的確定

噴霧干燥塔進(jìn)風(fēng)風(fēng)量是由物料衡算與熱量衡算確定的。

2.1 物料衡算

進(jìn)料量：S=500×98/(98-45)=924.5 kg/h。

出料量：S′=924.5-500=424.5 kg/h。

2.2 熱量衡算

干燥塔進(jìn)風(fēng)量計(jì)算過程如下所述。

空氣濕度的計(jì)算式為：

式中H——濕度，kg/kg；

φ——相對(duì)濕度；

ps——混合空氣中水蒸氣分壓，kPa。

風(fēng)機(jī)所處環(huán)境溫度為25℃，相對(duì)濕度為81%，25℃飽和空氣分壓為3.168 4 kPa，則H值為：

空氣經(jīng)過加熱器其濕度不變，即H=H1。

空氣離開干燥塔溫度為368℃，確定其濕度及干空氣用量。干空氣用量按下式計(jì)算：

式中L——干空氣流量，kg/h；

Q1——蒸發(fā)水分所需熱量，kW；

Q2——被干燥物料由θ1升溫至θ2所需熱量，kW；

Q3——干燥塔熱損失，kW；

t1——空氣加熱后的溫度，K；

t2——空氣離開干燥塔的溫度，K。

Q1按下式計(jì)算：

式中W——水分蒸發(fā)量，kg/s。

Q2按下式計(jì)算：

式中G——絕對(duì)干料流量，kg/s，這里G=0.118 kg/s；

C——干料比熱容，這里C=3.514 kJ/(kg·K)。

Q2=0.118×3.514×(338-313)=10.37 kW

Q3為干燥塔熱損失,這里按Q1+Q2的10%計(jì)入。

干空氣用量：

濕空氣體積流量按下式計(jì)算：

實(shí)際干燥塔進(jìn)風(fēng)量V′按1.25倍的計(jì)算值選取，即

離開干燥塔的空氣濕度按下式計(jì)算：

則H2=（0.139+5.83×0.016）/5.83=0.039 kg/kg

2.3 空氣加熱器換熱面積計(jì)算

空氣從25℃經(jīng)過加熱后溫升至160℃的熱量為：

換熱面積按下式計(jì)算：

式中F——換熱面積，m2；

Q——加熱熱量，kJ/h，這里Q=3715319.34 kJ/h;

K——傳熱系數(shù)，kJ/（m2·K·h)；

△t——傳熱溫差，℃。

本例選擇SRL型加熱器，K=54.6Vp0.24kJ/（m2·K·h),Vp為空氣質(zhì)量流量，一般按8 kg/（m2·s）選取，則K=54.6×80.24=89 kJ/（m2·K·h)；于是，有

F=3 715 319.34/89×67.5=618.45 m2

實(shí)際換熱面積F′按計(jì)算值的1.25倍選取，即

從上述計(jì)算中可看出，噴霧干燥系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)量及加熱器換熱面積的計(jì)算與當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件密切相關(guān)。其它附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)也必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件確定出符合當(dāng)?shù)貤l件的設(shè)計(jì)方案。噴霧干燥是在負(fù)壓條件下進(jìn)行的，為保持干燥塔內(nèi)的負(fù)壓，排風(fēng)機(jī)強(qiáng)制帶出的熱量也是非常大的，這部分熱量在熱平衡計(jì)算中并沒有體現(xiàn)出。需要特別說明的是不設(shè)置排風(fēng)機(jī)時(shí)排風(fēng)溫度是很高的。這也是為什么計(jì)算往往與實(shí)際應(yīng)用有較大出入的原因。噴霧干燥在沒有充分考慮余熱回收的工況下，其熱效率一般僅在53%左右。因此，提高干燥塔熱利用率，控制好干燥塔內(nèi)的負(fù)壓是關(guān)鍵。

3 相對(duì)濕度大對(duì)噴霧干燥的影響及解決方法

噴霧干燥生產(chǎn)，在我國(guó)東北、華北、西北等地區(qū)，受空氣相對(duì)濕度的影響不大，或說有利于噴霧干燥生產(chǎn)，而在我國(guó)南方尤其是沿海地區(qū)空氣相對(duì)濕度的影響卻比較大。在這些地區(qū)，在空氣相對(duì)濕度最大的季節(jié)里生產(chǎn)時(shí)，往往干燥塔進(jìn)氣壓力并不低，但進(jìn)風(fēng)溫度卻不高，產(chǎn)品水分含量偏高或超標(biāo)，粉在塔中粘壁現(xiàn)象嚴(yán)重，生產(chǎn)能力不足。如果是采用脈沖反吹濾袋式捕粉，粉塵粘袋現(xiàn)象也比北方等地區(qū)嚴(yán)重得多。解決的方法：一是要根據(jù)用戶所在地區(qū)的環(huán)境條件進(jìn)行理論計(jì)算，在理論計(jì)算基礎(chǔ)上調(diào)整進(jìn)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量及加熱器換熱面積的大小。二是對(duì)流化床的進(jìn)風(fēng)、風(fēng)力輸送粉的進(jìn)風(fēng)及脈沖反吹所用的壓縮空氣等必須進(jìn)行嚴(yán)格的除濕處理，否則會(huì)導(dǎo)致堵塞、粘袋等現(xiàn)象發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)耽誤生產(chǎn)。對(duì)干燥塔的進(jìn)風(fēng)進(jìn)行除濕處理動(dòng)力消耗大，也比較困難。因此，這一除濕處理目前還沒有得到應(yīng)用。為了提高加熱溫度，充分利用加熱器中的冷凝水對(duì)進(jìn)入風(fēng)機(jī)前的空氣進(jìn)行預(yù)熱，也可提高干燥塔的進(jìn)風(fēng)溫度。這種方法在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較為多見，這種預(yù)加熱可將進(jìn)入風(fēng)機(jī)前的空氣溫度提高到25～45℃之間，因此，應(yīng)加以推廣應(yīng)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

進(jìn)風(fēng)風(fēng)量及加熱器換熱面積的確定是決定噴霧干燥系統(tǒng)使用效果的關(guān)鍵?？諝庀鄬?duì)濕度大，對(duì)噴霧干燥生產(chǎn)會(huì)帶來諸多不利影響?？諝庀鄬?duì)濕度是確定進(jìn)風(fēng)風(fēng)量和加熱器換熱面積的重要依據(jù)。同一型號(hào)的干燥塔在南北方尤其是相對(duì)濕度差別較大的地區(qū)，其應(yīng)用效果差別也較大。因此，設(shè)計(jì)噴霧干燥系統(tǒng)必須掌握當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件，尤其是空氣的相對(duì)濕度情況，這是設(shè)計(jì)噴霧干燥系統(tǒng)的重要依據(jù)。有了當(dāng)?shù)氐南鄬?duì)濕度參數(shù)，才會(huì)對(duì)噴霧干燥系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中可能帶來的不利影響做到心中有數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)才會(huì)盡最大可能避免在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)這樣或那樣的問題。所以，設(shè)計(jì)噴霧干燥系統(tǒng)絕不能忽略當(dāng)?shù)氐南鄬?duì)濕度的影響，進(jìn)行類比設(shè)計(jì)往往是不可行的。只有充分重視相對(duì)濕度的影響，才能設(shè)計(jì)出適合當(dāng)?shù)貤l件的噴霧干燥系統(tǒng)，不至于問題百出。

[1] 馬曉迅，夏素蘭，曾慶榮.化工原理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[2] 陸耀慶.供暖通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1987.

[3] 劉殿宇.壓力噴霧干燥系統(tǒng)在速溶茶粉生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].中國(guó)茶葉，2009.

[4] 劉殿宇.速溶茶粉噴霧干燥生產(chǎn)的幾個(gè)問題[J].福建茶葉，2009.

[5] 劉殿宇.噴霧干燥塔內(nèi)生產(chǎn)負(fù)壓的幾個(gè)問題[J].發(fā)酵科技通訊，2011（3）.

Effect of Air Relative Humidity on Spray Drying Production

Liu Dianyu

In our country,referred to relative humidity(RH),there is a wide gap between the south and the north.High relative humidity brings bad effects to spray drying,such as lower intake air temperature,serious powder hanging in tower wall,excess moisture content in product,lower production effeciency.We must design the spray drying system on the basisi of relative humidity in different parts be treated differently,as relative humidity is a key parameter.Taking the RGYP01-500 vertical pressure spray drying tower for milk powder production as an example,the design of spray drying system is elaborated.

Relative humidity;Spray drying;Air;Milk powder;Production;Effect;Solution

TQ 051.8

*劉殿宇，男，1962年生，高級(jí)工程師。安達(dá)市，151400。

2011-10-12）