离心式干燥混合工艺用于维生素B12食品添加剂的生产研究论文
摘要：本文采用喷雾干燥代替原有高速混合机生产工艺, 利用雾化器将液体物料进行雾化干燥成颗粒状产品, 当颗粒大小、形状、水分含量、堆积密度符合精确标准时, 喷雾干燥是十分理想的工艺。
关键词：喷雾干燥; 收率; 堆密度; 粒度; 含水率;
现有工艺中设备局限性:维生素B12液体和载体, 在高速混合机内每次装料量50~100 kg混合, 混合完成放料, 不能连续、密闭操作, 导致产量低、劳动强度高、产品收率低。喷雾干燥机组则改为密闭连续混合干燥, 可改善现有工艺的不足。
1 干燥设备选型
喷雾干燥器优点在于液滴直径小, 气液两相接触面积大, 干燥过程极快。缺点为干燥器体积大, 单位产品热量消耗高, 机械能耗大。综合全球维生素B12食品添加剂的需求情况, 设计食品添加剂生产线喷雾干燥机组配套设备基本参数:蒸发量≥350 L/h, 电器设备防爆, 喷雾造粒过程电脑控制参数调整, 气流输送至振动筛、粉碎机并能自动卸料至二维混合机, 接触物料的设备内表面为不锈钢, 尾气排放符合国家标准, 生产过程实现自动化、流水线操作。
2 优化生产工艺
喷雾干燥机组主要控制指标有:送风量、喷液量、料液固含量、产品含水率、排风温度、蒸发量、雾化器转速等。喷雾干燥机组生产VB12食品添加剂的核心为物料干燥。受热面积越大, 干燥速率越高。在干燥过程中, 物料湿分从固体物料内部向表面迁移, 再从物料表面向干燥介质汽化。干燥速率为单位时间内在干燥面积上的水分量, 用U表示, 单位为kg/ (m2·s) 。
式中:U为干燥速率, kg/ (m2·s) ;A为干燥面积, m2;W为汽化的水分量, kg;t为干燥时间, s。
影响干燥因素主要有:干燥介质条件和物料尺寸及与空气接触面积。
2.1 料液固含量与产品含水率关系
当进风风量、进风温度、排风温度、排风风量保持不变, 喷雾料液固含量越高、雾化造粒越大, 物料干燥接触比表面积减小, 相同干燥时间, 干燥后成品含水率越高。磷酸轻钙载体:进风频率29 Hz, 进风温度160℃, 抽风频率48 Hz, 抽风温度68~72℃, 固液比分别为1∶1.0、1∶1.1、1∶1.2、1∶1.3时, 对应含水率 (%) 分别为2.34、2.32、2.10、2.02, 120目筛通过率 (%) 分别为63.19、67.20、72.90、76.33。甘露醇载体:进风频率21 Hz, 进风温度140℃, 抽风频率36 Hz, 抽风温度68~71℃, 固液比分别取为1∶0.5、1∶0.6、1∶0.7、1∶0.8时, 对应含水率 (%) 分别为1.14、0.83、0.58、0.41, 120目筛通过率 (%) 分别为44.16、48.53、51.90、56.87。
2.2 进风温度、进风风量、蒸发量关系
进风风量一定, 温度越高、蒸发量越大。送风机频率35 Hz, 进风温度分别为140、160、180℃, 对应进料频率分别为29、31、33 Hz。进风温度一定, 送风机频率越高 (送风风量越大) , 蒸发量越大。进风温度230℃, 风机频率分别为20、23、26 Hz, 对应进料频率为22、27、32 Hz。
2.3 料液固含量、雾化器转速、颗粒度、水分
当料液固含量一定, 雾化器转速越高, 离心力越大, 经雾化盘造粒后颗粒越小, 干燥比表面积增大, 运动路径变长, 干燥时间相对延长, 所以成品水分越低。固含量1∶1, 雾化器频率为35、40、45、50 Hz, 水分分别为9.02%、8.39%、8.01%、7.72%, 120目筛网通过率为69.26%、75.67%、78.39%、84.87%。雾化器转速一定, 料液固含量越低, 颗粒越小, 水分越低。雾化器频率45 Hz, 固含量分别为1∶1、1∶1.1、1∶1.2、1∶1.3时, 水分为9.05%、8.79%、8.62%、8.21%, 120目筛网通过率为65.23%、67.38%、72.81%、76.34%。
2.4 最低排风温度确认
含水率的高低取决于喷雾干燥机组的排风温度, 排风温度过高, 浪费设备动能和蒸汽, 成品含水率低, 造成生产成本过高;排风温度过低, 物料容易粘塔壁, 且含水率过高, 导致成品水分不合格。
喷雾干燥系统安装完成后, 投入生产运行。经过生产实践, 共生产不同载体的维生素B12食品添加剂35 t。分别采取了产品批号为S180401A和S180402A的磷酸氢钙, 以及产品批号为S180404A和S180405A的甘露醇, 重量均为1 t, 结果都显示设备运行正常, 产品质量符合标准。依据生产数据统计证明:本套喷雾干燥机组能适用于不同载体维生素B12食品添加剂的生产过程, 运行稳定, 生产产品质量合格。
3 结语
对现有的生产设备进行改造, 优化了生产工艺, 基本实现生产过程的自动化、高效、成本低的运行模式。离心式喷雾干燥机组较高速混合机的干燥混合工艺, 更适用于维生素B12食品添加剂的生产过程。
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