I. Принцип технологии распылительной сушки
Основной принцип распылительной сушки заключается в том, что материал прокачивается через фильтр к распылителю в верхней части распылительной сушилки. Распылитель диспергирует жидкий материал в капли. Благодаря малому радиусу капель, большой удельной поверхности и поверхностной свободной энергии, а также высокой дисперсии, давление пара влаги на поверхности капли больше, чем у влаги в плоской жидкости при тех же условиях. Поэтому влага испаряется чрезвычайно быстро, и продукт быстро высушивается.
II. Основные факторы, влияющие на распылительную сушку
① Температура на входе и выходе
Температура камеры распылительной сушки обычно относится к температуре, при которой горячий воздух поступает в башню. Температура сушки является наиболее важным фактором, влияющим на физико-химические свойства распыляемых порошков. Более высокие температуры сушки обеспечивают больше тепла в сушильной камере, что увеличивает скорость сушки и снижает содержание влаги в распыляемом продукте. Повышение температуры распылительной сушки со 120 °C до 200 °C снизило содержание воды в высушенном порошке с 5,29% до 3,88%. Размер частиц распыляемого продукта также зависит от температуры на входе в сушилку. Более высокие температуры сушки приводят к более быстрому испарению воды, вызывая более быстрое образование микросфер без достаточного времени для сжатия, что приводит к увеличению размера частиц.
При повышении температуры сушки на входе от 138°C до 202°C размер частиц порошка ягод асаи увеличился с 13,38 мкм до 20,11 мкм. Аналогично, размер частиц порошка сока гуавы значительно увеличился (p < 1%) с повышением температуры на входе. Насыпная плотность порошка, полученного методом распылительной сушки, уменьшалась с повышением температуры. Более крупные частицы могут быть полыми внутри или иметь пористую или фрагментированную структуру из-за более высокой скорости испарения воды. Как правило, пористые или фрагментированные частицы имеют более низкую насыпную плотность.
Поскольку вода плотнее большинства сухих пищевых продуктов, порошки, полученные при более высоких температурах, имеют более низкую насыпную плотность, чем порошки, полученные при более низких температурах; также наблюдалась более высокая насыпная плотность при меньших размерах частиц.
На текучесть порошков, полученных методом распылительной сушки, также в некоторой степени влияет температура сушки; с повышением температуры текучесть уменьшается. Растворимость также является важной качественной характеристикой порошкообразных продуктов, напрямую влияющей на поведение продуктов, полученных методом распылительной сушки. По мере повышения температуры распылительной сушки от 120℃ до 160℃ растворимость порошка увеличивается.
② Материал оболочки. Богатые сахаром вещества, такие как фруктовые и овощные соки, трудно подвергать распылительной сушке напрямую без инкапсулирующих агентов. Материалы оболочки представляют собой полимеры, которые инкапсулируют активные ингредиенты в процессе распылительной сушки, что делает их одним из наиболее важных факторов распылительной сушки.
Материалы оболочки могут повышать температуру стеклования и выход продукта при распылительной сушке, а также снижать вязкость и гигроскопичность порошкообразных продуктов. К распространенным материалам оболочки относятся гуммиарабик, мальтодекстрин, желатин, крахмал, пектин, метилцеллюлоза, альгинат и трикальцийфосфат, а также их комбинации.
Выбор материала оболочки в основном зависит от цели распылительной сушки и физико-химических свойств обрабатываемых материалов. Материал оболочки должен обладать высокой растворимостью в технологическом растворителе, достаточной пленкообразующей способностью и обеспечивать низкую вязкость раствора даже при высоких концентрациях. Для распылительной сушки материалы должны обладать высокой молекулярной массой и высокой температурой стеклования для улучшения антиадгезионных свойств конечного продукта. Они также должны защищать чувствительные соединения от тепла, кислорода и света.
Распространенными материалами оболочки для распылительной сушки являются углеводы, в основном:
1) Крахмал и его производные (крахмал, мальтодекстрин, декстрин и циклодекстрин);
2) Камедь (гуммиарабик или смесь гуммиарабика и эритрины криста-галли);
3) Целлюлоза и ее производные (целлюлоза, карбоксиметилцеллюлоза и гидроксипропилметилцеллюлоза и др.).
Крахмал и его производные обладают хорошими свойствами для распылительной сушки, такими как высокая молекулярная масса и высокая температура стеклования, высокая растворимость в холодной воде с низкой вязностью, антипригарные свойства и способность производить относительно плотные порошки. Однако их пленкообразующая способность низка, что негативно сказывается на эффективности сушки, особенно при сохранении чувствительных соединений.
По сравнению с крахмалом, камеди обладают лучшей пленкообразующей способностью, но относительно более низкой температурой стеклования. Целлюлоза и ее производные обладают хорошими пленкообразующими свойствами и поверхностной активностью, но плохо перевариваются. Комбинация крахмала или производных крахмала с камедью может улучшить эффективность распылительной сушки, но содержание камеди должно быть ниже, чем в крахмале или производных крахмала.
Белки, особенно сывороточный белок, обладают превосходными пленкообразующими свойствами и способностью удерживать питательные вещества и часто используются в сочетании с крахмалом или производными крахмала.
③ Скорость подачи
Скорость подачи является одним из важных факторов, влияющих на распылительную сушку. Скорость подачи определяет время пребывания материала в сушильной камере, сепараторе и конвейере, а также влияет на распыление материала и размер капель. Скорость подачи в основном зависит от скорости распылителя; чем выше скорость насоса, тем выше скорость подачи. Однако высокая скорость подачи замедляет теплопередачу, затрудняя полное высыхание капель и легко приводя к их прилипанию к стенкам.
Кроме того, при высоких скоростях подачи капли могут капать непосредственно в сушильную камеру из-за неполного распыления, что приводит к снижению выхода продукции. Высокая скорость подачи приводит к недостаточному времени контакта капель с горячим воздухом, увеличивая содержание влаги в порошке, полученном методом распылительной сушки; кроме того, более короткое время контакта приводит к снижению эффективности тепло- и массопередачи, что приводит к более высокому содержанию влаги в конечном продукте.
III. Распространенные проблемы и улучшения в распылительных сушильных башнях
Проблема 1: Меры по предотвращению взрыва
1) Выбор правильного типа сушильной башни;
2) Установка противопожарного оборудования на этапе проектирования и изготовления сушильной башни;
3) Используйте гладкие материалы на поверхностях оборудования, контактирующих с материалами, чтобы предотвратить отложение материала;
4) Установите надлежащие воздушные фильтры, чтобы предотвратить попадание пылеобразных отработанных газов в газовый нагреватель сушильной камеры;
5) Регулярно очищайте воздушные фильтры, включая промывку;
6) Регулярно осматривайте участки, склонные к образованию отложений во время работы;
7) Регулярно проверяйте все электрические и механические компоненты;
8) Для центробежной распылительной сушки вращающиеся части должны работать плавно и часто осматриваться;
9) Установите устройства электростатического заземления;
10) Поддерживайте все компоненты сушилки в идеальной чистоте.
Кроме того, для минимизации потерь в случае возгорания материала и взрыва внутри распылительной сушильной башни могут быть приняты такие меры, как установка взрывозащитных клапанов в верхней части сушильной камеры; установка нескольких клапанов в сушильной камере, которые автоматически открываются при достижении определенного уровня давления; и утолщение стенок камеры с учетом возможности взрыва при проектировании сушильной камеры.
Неисправность 2: Влажный порошок прилипает к внутренней стенке основной башни
1) Слишком высокая скорость подачи, препятствующая достаточному испарению;
2) Недостаточный нагрев сушильной камеры перед началом распыления;
3) Слишком высокая скорость подачи в начале распыления;
4) Нестабильность добавляемого жидкого материала.
Методы ремонта:
Соответствующим образом снизить скорость подачи; соответствующим образом повысить температуру горячего воздуха на входе и выходе; в начале распыления скорость потока должна быть низкой и постепенно увеличиваться до достижения оптимального значения; проверить наличие засоров в трубах, отрегулировать содержание твердых веществ в материале и обеспечить текучесть жидкого материала.
Неисправность 3: Сильная утечка порошка и низкий коэффициент извлечения продукта
Если циклонный сепаратор неисправен или имеет низкую эффективность пылеудаления, высока вероятность утечки порошка. В первом случае необходимо проверить циклонный сепаратор на наличие зазоров и убедиться в его герметичности; В последнем случае решением является установка дополнительного пылесборника.
