玉米粉料噴漿干燥設(shè)備的設(shè)計(jì)研究

公衍峰，張媛媛，趙舉文

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院 綏化分院，黑龍江 綏化 152000)

0 引言

現(xiàn)有的噴霧干燥設(shè)備僅適用于無黏性和低黏性的液體物料干燥。玉米蛋白粉和高筋玉米粉等玉米粉料在干燥過程中具有黏性，玉米蛋白粉和高筋玉米粉生產(chǎn)采用熱風(fēng)提取料液中的粉料，所采用的方式是，在不斷通有熱風(fēng)的干燥容器內(nèi)噴入霧化的玉米蛋白粉或高筋玉米粉等粉料液，流動(dòng)的熱風(fēng)帶走霧化料液微粒中水分，但由于玉米蛋白粉和高筋玉米粉霧化料液在干燥過程中具有黏性，且玉米蛋白粉或高筋玉米粉等粉料在干燥脫水過程中易附著在干燥容器的內(nèi)壁上，并且不斷堆積，粘結(jié)成塊，粘結(jié)的粉料極難從干燥容器內(nèi)清理輸出[1]。而且，干燥容器的底部為漏斗形，內(nèi)部形成旋轉(zhuǎn)氣流，干燥的粉料在旋轉(zhuǎn)氣流中不斷旋轉(zhuǎn)，不能及時(shí)從出料口輸出，堆積的粘結(jié)塊和不斷旋轉(zhuǎn)的粉料不斷在熱風(fēng)的作用下，達(dá)到糊化，甚至起火。現(xiàn)有的玉米蛋白粉和高筋玉米粉等玉米粉料生產(chǎn)率低，生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)難以控制，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證，達(dá)不到工業(yè)化生產(chǎn)的目的。

為此，研究設(shè)計(jì)一種玉米粉料噴漿干燥設(shè)備，用于玉米蛋白粉或高筋玉米粉等黏性料液的烘干，迫在眉睫。

1 總體方案及工作原理

1.1 總體方案

玉米粉料噴漿干燥設(shè)備，如圖1所示，主要由主塔、熱風(fēng)風(fēng)道、漿料供料系統(tǒng)、主塔輸送風(fēng)道、送料風(fēng)道、送料風(fēng)機(jī)、分離系統(tǒng)和冷卻橫管等組成。可實(shí)現(xiàn)高壓送料、霧化噴漿、漿料烘干、粉料分離、冷卻及出料等功能，用于玉米蛋白粉或高筋玉米粉等黏性料漿的烘干，具有工作過程清潔無污染、能耗低、霧化烘干效果好等特點(diǎn)，該設(shè)備的研發(fā)和應(yīng)用填補(bǔ)國內(nèi)同類機(jī)型空白。

1.主塔；2.熱風(fēng)風(fēng)道；3.漿料供料系統(tǒng)；4.主塔輸送風(fēng)道；5.送料風(fēng)道；6.送料風(fēng)機(jī)；7.分離系統(tǒng)；8.冷卻橫管圖1 玉米粉料噴漿干燥設(shè)備總體結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 工作原理

玉米粉料噴漿干燥設(shè)備采用玉米粉料噴漿烘干工藝，工作時(shí)，發(fā)酵磨漿后的玉米漿料經(jīng)輸料泵加壓后由漿料供料系統(tǒng)將玉米漿料輸送至主塔的漿料送料噴頭，漿料送料噴頭將玉米漿料霧化并噴灑；熱風(fēng)爐提供的熱風(fēng)由熱風(fēng)風(fēng)道送至主塔塔頭內(nèi)，再經(jīng)主塔內(nèi)的熱風(fēng)進(jìn)風(fēng)管進(jìn)入主塔對漿料送料噴頭將玉米漿料霧化并噴灑的霧狀漿料進(jìn)行烘干，烘干后玉米粉料在重力的作用下進(jìn)入到冷卻橫管，殘余的混有部分玉米粉料的熱風(fēng)在主塔引風(fēng)機(jī)的負(fù)壓下經(jīng)主塔輸送風(fēng)道進(jìn)入分離系統(tǒng)，分離系統(tǒng)將殘留在熱風(fēng)中的玉米粉料分離出來并送入冷卻橫管，冷卻橫管中的玉米粉料冷卻后由送料風(fēng)機(jī)經(jīng)送料風(fēng)道輸送至分裝包裝車間。

2 主要技術(shù)指標(biāo)

主塔外形尺寸(直徑×高)：φ5.6 m×28 m；

配套動(dòng)力：250 kW；

生產(chǎn)率：0.5 t·h-1；

蒸發(fā)量：1 000 kg·h-1；

熱風(fēng)量：45 000 m3·h-1。

3 主要組成設(shè)備結(jié)構(gòu)及作用

3.1 主塔

主塔結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由固定架、下錐斗、震動(dòng)氣錘、塔筒、上錐斗、熱風(fēng)主進(jìn)風(fēng)口、熱風(fēng)進(jìn)風(fēng)管、漿料送料噴頭、漿料送料管、塔頭、主塔引風(fēng)管防集料擋板、主塔引風(fēng)機(jī)和主塔引風(fēng)入風(fēng)管等組成。下錐斗、塔筒和上錐斗共同構(gòu)成主塔的主體腔體結(jié)構(gòu)，漿料烘干就是在這里完成的。熱風(fēng)進(jìn)風(fēng)管、漿料送料噴頭、漿料送料管都安裝在塔頭內(nèi)，熱風(fēng)爐提供的熱風(fēng)由熱風(fēng)主進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入塔頭，再經(jīng)熱風(fēng)進(jìn)風(fēng)管進(jìn)入主塔的主體腔體，漿料則由漿料送料噴頭霧化噴灑在主塔的主體腔體內(nèi)，熱風(fēng)和霧化后的漿料在主塔的主體腔體混合完成漿料的烘干。烘干后玉米粉料在重力的作用下進(jìn)入到冷卻橫管，殘余的混有部分玉米粉料的熱風(fēng)在主塔引風(fēng)機(jī)的負(fù)壓下經(jīng)主塔輸送風(fēng)道進(jìn)入玉米粉料分離系統(tǒng)。下錐斗上安裝有震動(dòng)氣錘，防止玉米粉料粘貼在主體腔體的內(nèi)壁上。

1.固定架；2.下錐斗；3.震動(dòng)氣錘；4.塔筒；5.上錐斗；6.熱風(fēng)主進(jìn)風(fēng)口；7.熱風(fēng)進(jìn)風(fēng)管；8.漿料送料噴頭；9.漿料送料管；10.塔頭；11.主塔引風(fēng)管防集料擋板；12.主塔引風(fēng)機(jī)；13.主塔引風(fēng)入風(fēng)管圖2 玉米粉料噴漿干燥設(shè)備主塔結(jié)構(gòu)示意圖

3.1.1 震動(dòng)氣錘

震動(dòng)氣錘安裝在下錐斗外壁上，工作震動(dòng)使部分落在下錐斗內(nèi)壁的粉料加速落向主塔下方的出料口。保證粉料在生產(chǎn)中不熟化，不糊化，提高了粉料的生產(chǎn)率并保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

3.1.2 漿料送料噴頭

漿料送料噴頭是使?jié){料霧化噴灑的部件，玉米粉料噴漿干燥設(shè)備主塔供布置3個(gè)噴頭，沿圓周均勻布置，使霧化后的漿料細(xì)小粒滴均勻地分布于主塔的主體腔體內(nèi)。

3.2 冷卻橫管

冷卻橫管布置在玉米粉料噴漿干燥設(shè)備主塔和玉米粉料分離系統(tǒng)的下部，收集主塔烘干后的玉米粉料及分離系統(tǒng)在殘余熱風(fēng)中分離出來的玉米粉料，冷卻后由送料風(fēng)機(jī)經(jīng)送料風(fēng)道輸送至分裝包裝車間。

3.3 分離系統(tǒng)

主塔出來的殘余熱風(fēng)中含有部分玉米粉料，分離系統(tǒng)就是將混在熱風(fēng)中的玉米粉料分離出來并送至冷卻橫管的裝置。

玉米粉料重量小，顆粒細(xì)，分離難度較大，玉米粉料噴漿干燥設(shè)備的玉米粉料分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)為兩級(jí)旋風(fēng)分離器。經(jīng)過兩級(jí)旋風(fēng)分離器的分類可以完全將玉米粉料分類出來。減少了加工過程中的損失，增加了用戶的收益。

4 性能試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)設(shè)備

為測定玉米粉料噴漿干燥設(shè)備的性能，在海倫市海興鎮(zhèn)建立生產(chǎn)試驗(yàn)基地，試制設(shè)備如圖3所示，主要包括：主塔、漿料供料系統(tǒng)、供風(fēng)系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)。其中主塔為本設(shè)備的核心裝置，漿料烘干就是在這里完成的，主塔外形如圖4所示。外形尺寸直徑φ5.6 m，高28 m，設(shè)計(jì)熱風(fēng)量為45 000 m3·h-1，設(shè)計(jì)蒸發(fā)量1 000 kg·h-1。

圖3 玉米粉料噴漿干燥設(shè)備

圖4 玉米粉料噴漿干燥設(shè)備主塔

4.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)原料為玉米碴與玉米粒的混合物(玉米粒含量小于30%)，清水洗滌后浸泡24～72 h，浸漿水溫保持在24～32 ℃，使其充分吸水膨脹飽合；泡好的玉米碴清水洗滌后送入磨漿機(jī)磨漿，篩分后獲得細(xì)度為100目以上的面漿，面漿加水調(diào)和成濃度在35%～40%的液料，浸泡、發(fā)酵、制漿過程在玉米粉料噴漿干燥設(shè)備漿料供料系統(tǒng)中完成。

4.3 試驗(yàn)過程

試驗(yàn)樣機(jī)應(yīng)按使用說明書的要求進(jìn)行安裝、調(diào)試，漿料按照4.2中要求提前制備，測試樣機(jī)的蒸發(fā)量和熱風(fēng)量。

4.3.1 生產(chǎn)率

(1)

式中P1—生產(chǎn)率，t·h-1；

G2—出機(jī)干糧質(zhì)量，t；

t—烘干時(shí)間，h。

4.3.2 蒸發(fā)量

(2)

式中W—蒸發(fā)量，kg·h-1；

M1—進(jìn)機(jī)濕糧水分，%；

M2—出機(jī)干糧水分，%。

4.3.3 熱風(fēng)量

N=v×S

(3)

式中N—熱風(fēng)量，m3·h-1；

v—風(fēng)速，m·s-1；

S—風(fēng)管橫截面積，m2。

4.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

通過試驗(yàn),對樣機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行測試，將測試結(jié)果填入到表1中。分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出，樣機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 玉米粉料噴漿干燥設(shè)備試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

6 結(jié)語

玉米粉料噴漿干燥設(shè)備的研制成功，在技術(shù)上填補(bǔ)國內(nèi)同類機(jī)型的空白。該設(shè)備完全滿足玉米粉料噴漿烘干工藝，加工全程無污染，能源消耗低，物料損失小；在實(shí)際應(yīng)用過程中取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

玉米粉料噴漿干燥設(shè)備的推廣，形成新的玉米深加工產(chǎn)業(yè)模式，為我國玉米深加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展開辟了新的方向，促進(jìn)了我國玉米粉料烘干行業(yè)機(jī)械化水平的進(jìn)一步提高。

(05)