空气相对湿度对喷雾干燥生产的影响

刘殿宇 沈夕扬

（1.华禹乳品机械制造有限公司，黑龙江安达 151400；2.黑龙江中盟龙新化工有限公司，黑龙江安达 151400）

我国南北方气候差异较大，相对湿度不同。相对湿度大会给喷雾干燥生产带来不利的影响。相对湿度即在一定总压下湿空气中水蒸气分压与同温度下水的饱和蒸气压之比，称为相对湿度百分数[1]，相对湿度代表空气的不饱和程度，湿空气相对湿度越小，吸湿能力越大。因此，用户所在地的环境条件，相对湿度是设计喷雾干燥系统的重要参数。即使同一地区由于季节的变化其相对湿度也随之改变，一般冬季相对湿度较小。现以RGYP01-500型立式压力喷雾干燥塔在奶粉生产中的应用为例阐述在我国福建某地区喷雾干燥设计注意事项。

1 主要技术参数及结构特点

（1）物料介质：浓缩牛奶

（2）生产能力：500 kg/h

（3）环境温度：25℃

（4）湿空气相对湿度：81%

（5）进料温度：40℃-45℃

（6）进料质量分数：45%

（7）进风温度：150℃-160℃

（8）出粉质量分数：98%

（9）排风温度：95℃（不考虑排风机）

（10）喷头只数：1

（11）袋滤器过滤面积：195 m2

结构特点：本喷雾干燥系统采用二次流化干燥冷却系统对塔下粉进行整形、二次干燥、冷却及附聚再造粒；采用独立脉冲反吹滤袋过滤系统回收排风携带的粉尘，袋滤器回收下来的粉尘(含流化床排出的粉尘)重新送回塔中进行二次附聚造粒。

2 干燥塔进风风量及加热器换热面积的确定

喷雾干燥塔进风风量是由物料衡算与热量衡算确定的。

2.1 物料衡算

进料量：S = 500×98/(98－45) = 924.5 kg/h

出料量：S= 924.5－500 = 424.5 kg/h

2.2 热量衡算

干燥塔进风量计算过程

空气湿度按下式计算：

式中：H — 湿度，kg/kg；

Φ — 相对湿度，%；

Ps — 混合空气中水蒸气分压，kPa。

风机所处环境温度为25℃，相对湿度为81%，25℃饱和空气分压为3.1684 kPa，则H值为：

空气经过加热器其湿含量不变即H = H1。

空气离开干燥塔温度为368℃，确定其湿度及干空气用量。干空气用量按下式计算：

式中：L — 干空气量，kg/h；

Q1— 蒸发水分所需热量，kW；

Q2— 被干燥物料由θ1升温至θ2所需热量，kW；

Q3— 干燥塔热损失，kW；

t1— 空气加热温度，K；

t2— 空气离开干燥塔的温度，K。

Q1按下式计算：式中：W — 水分蒸发量，kg/s；

W = 500/3600 = 0.139

Q1= 0.139×[2492 + 1.88×(368－273)－4.187× (313－273)] = 347.931 kW

Q2按下式计算：

式中：G — 绝对干料量，kg/s，这里G = 424.5/3600 = 0.118 kg/s；

C — 干料比热，这里C = 3.514 kj/(kg · k)。

则：Q2= 0.118×3.514×(338－313) = 10.37 kW Q3为干燥塔热损失，这里按（Q1+ Q2）的10%计入。

Q3= (347.93 + 10.37)×10% = 35.83 kW

则干空气用量：

L = (347.93 + 10.37 + 35.83)/[(1.01 + 1.88×0.016) ×(433－368)] = 5.83 kg/s

湿空气体积流量按下式计算：

实际干燥塔进风机量v 按1.25倍的计算值选取，即v= 1.25×5.046 = 6.3075 m3/s.

离开干燥塔空气湿度按下式计算：

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

2.3 空气加热器换热面积计算

空气从25℃经过加热后温度升至160℃的热量为：

换热面积按下式计算：

式中：F — 换热面积，m2；

Q — 加热热量，kj/h；这里Q = 3715319.34 kj/h；

k — 传热系数，kj/m2· c · h；本例选择SRL型加热器，k = 54.6(vp)0.24，kj/m2· h · ℃ · vp。

空气质量流量一般按8 kg/m2· s选取，则k = 15.2×80.24= 89 kj/ m2· ℃ · h；

△t — 传热温差，℃；△t = t1－(t0+ t1)/2 = 160－(25 + 160)/2 = 67.5℃。

则：F = 3715319.34/89×67.5 = 618.45 m2

实际换热面积按计算值的1.25倍选取，即F = 1.25×618.45 = 773.05 m2

因此，从计算中可看出喷雾干燥系统进风量及加热器换热面积的计算与当地的环境条件密切相关，其它附属设备的设计也必须根据当地的环境条件确定出符合当地条件的设计方案。喷雾干燥是在负压下生产的，为保持干燥塔内的负压，排风机强制带出的热量也是非常大的，这部分热量在热平衡计算中并没有体现出。需要特别说明的是没有排风机其排风温度却很高。这也是为什么计算往往与实际应用会有较大出入的原因。喷雾干燥在没有充分考虑余热回收生产状况下，其热效率一般仅在53%左右，因此，提高干燥塔热利用率，控制好干燥塔内的负压是关键。

3 相对湿度大对喷雾干燥的影响及解决方法

喷雾干燥生产，在我国东北、华北、西北等地区，受空气相对湿度的影响不大，或说有利于喷雾干燥生产，而在我国南方尤其是沿海地区影响却比较大。主要原因是空气中水分含量高，即空气相对湿度大，在这些地区，在空气相对湿度最大季节里生产时，往往干燥塔进气压力不低，而进风温度却不高，产品水分含量偏高，超标。粉在塔中粘壁现象严重。生产能力不足。如果是采用脉冲反吹滤袋式捕粉，粉尘粘袋现象也比北方等地区严重的多。解决的方法是：一是要根据用户所在地区的环境条件进行理论计算，在理论计算基础上调整进风机的风量及加热器换热面积的大小。二是对流化床的进风、风力输送粉的进风及脉冲反吹所用的压缩空气等必须进行严格的除湿处理。否则会导致堵塞，粘袋等现象发生，严重时会耽误生产。对干燥塔的进风进行除湿处理动力消耗大，也比较困难。因此，这一除湿处理目前还没有得到应用，而为了提高加热温度充分利用加热器中冷凝水对进入风机前的空气进行预热也会提高干燥塔的进风温度，这种方法在实际生产中应用较为多见，这种预加热可将进入风机前的空气温度提高25℃-45℃之间，因此，应加以推广应用。

4 结束语

进风风量及加热器换热面积的计算确定是决定喷雾干燥系统使用效果的关键，而空气相对湿度大对喷雾干燥生产会带来诸多不利影响，也是确定进风风量、加热器的重要依据，即使同一型号的产品在南北方尤其相对湿度较大的地区其应用效果差别较大，因此，设计喷雾干燥系统必须掌握当地的环境条件，尤其是空气的相对湿度情况，这是设计喷雾干燥系统的重要依据，有了当地的相对湿度参数，才会对喷雾干燥系统在生产过程中可能会带来的不利影响做到心中有数，设计时才会尽最大可能避免在生产过程中出现的这样或那样的问题。所以，设计喷雾干燥系统绝不能忽略当地的相对湿度的影响，进行类比设计这是不可行的。只有这样才能设计出适合当地条件的喷雾干燥系统，而不至于问题百出。

[1] 马晓迅、夏素兰、曾庆荣主编.化工原理[M].北京：化学工业出版社，2010，38-47.

[2] 陆耀庆主编.供暖通风设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1987，196-212.

[3] 刘殿宇. 压力喷雾干燥系统在速溶茶粉生产中的应用[J]中国茶叶，2009，(7):35-39.

[4] 刘殿宇. 速溶茶粉喷雾干燥生产的几个问题[J]福建茶叶，2009，(3):28-31.

[5] 刘殿宇. 喷雾干燥塔内生产负压的几个问题[J]发酵科技通讯，2011，(3):40-43.