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干燥机械和造粒设备在食品行业的应用

对于食品工业的发展趋势,专家们十分关注。1992年11月在北京召开了21世纪中国食品研讨会,海内外共有专家、学者、企业家150余人参加,对食品工业发展等进行了深入广泛的讨论,会后发表了会议纪要,对一些重要议题进行了总结。

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  首先是对21世纪中国食品的基本认识归纳为11个问题,认为21世纪中国食品主要的已不再是农业食品的概念,工业食品在食品消费中将占主要地位,当时在工业发达国家,工业食品在食品消费中所占比例一般在80%左右,而我国仅为25%。中国食品工业在传统上是作为农业的延伸和继续,而今后食品工业的范围将扩大到农副产品的初加工、深加工等。食品工业应着眼于充分利用和开发食品资源,并避免不应有的损失。21世纪的食品除了安全卫生外,低热量、低脂肪、低胆固醇、低盐食品、不损害食品风味等将需求上升。

  对21世纪中国食品发展的设想也分11个方面作了论述。纪要认为农业的种植结构、养殖结构应适应现代食品的加工要求:发展蔬菜、果品、水产、畜产品的保鲜、保藏、储存,以半成品、成品的形式进入消费领域;积极开发新的食物资源;传统饮食的工业化生产,使工业化产品进入家庭的一日三餐;适合不同消费层次的功能组合食品;大力发展乳业;酒类应将酒精度下降,葡萄酒应向纯自然的高档次的不甜型发展等。

  有关专家认为,现今食品工业产业结构不符合居民营养与健康的要求,即食品精深加工程度低;食品生产企业没有按照居民营养与健康要求进行合理搭配;肉类生产结构不合理,城市居民平均每人食肉量已达31.8公斤,已与欧洲国家相当,但猪肉所占比例过高,牛羊肉和禽类比例低;营养强化食品生产没有受到应有的重视;对大豆等营养食品的宣传开发力度不够等。这些问题都应受到重视。

  从原料到成品的食品加工过程中,几乎总有某一工序需经干燥处理,因此食品工业与干燥技术的关系十分密切。中国现代干燥技术自上世纪50年代以来迅速发展,现在几乎各种类型的干燥设备我国均能生产,以供应食品加工企业的需要。从干燥技术角度看,食品工业的干燥技术和药物、化工等行业的干燥设备大同小异,但是食品干燥的确有一些特殊的地方。首先食品干燥应保持产品的营养,使成品营养损失为最小,即食品干燥必须研究营养损失的反应动力学规律,要测定积累各种营养素的热降解物理数据,以指导干燥操作控制在物料能承受的温度之下,并使受热的时间越短越好。虽然冷冻干燥可使营养保持最好,但高昂的成本使冷冻干燥产品在市场上没有竞争力,真空干燥、动态快速干燥技术可在成本降低的基础上较好地保证质量。如果蔬在带式干燥机中约需2小时才能干燥,而在振动流化床中只要半小时即可干燥,两者的β-胡萝卜素含有量后者比前者高3倍。  目前我国常见干燥机种类有喷雾干燥机、气流干燥机、流化床干燥机、流化床喷雾造粒干燥机等。

  喷雾干燥机喷雾干燥是干燥设备中进展最快的设备之一。常规的雾化方法有3种:旋转雾化、压力雾化及气流雾化。

  旋转雾化喷雾干燥的特点是单机生产能力大(喷雾量可达200t/h),进料量容易控制,操作弹性大,应用比较广泛。

  压力式雾化器喷雾干燥的特点是可以制造粗粒子,维修方便。由于喷嘴孔很小,易堵塞,故料液必须严格过滤。喷嘴孔易磨损,须用耐磨材料制造。压力式喷嘴还有一种新结构,称为压力—气流式喷嘴。它的特点为中心是压力式喷嘴,周围的环境隙为气流式喷嘴。雾化分为两个阶段:压力喷嘴首先形成液膜,此液膜被气流第二次雾化,使雾滴更细。这种类型喷嘴的优点为:(1)调节压缩空气的压力,便可调节液滴直径,操作简单了;(2)大产量、高粘度的料液,也能够雾化为细雾滴;3如果停用压缩空气,原来的压力式喷嘴也能使用。

  气流雾化器主要用于实验室及中间工厂,其动力消耗大。前两种雾化器都不能雾化的料液,采用气流式雾化器可能雾化。高粘度的糊状物、膏状物及滤饼物料,可采用三流体喷嘴来雾化。

  气流干燥机气流干燥技术成熟,若有操作数据,可以直接设计。目前,有不少干燥设备制造厂能提供这种类型设备。

  流化床干燥机流化床干燥机仅次于喷雾干燥机。分为加料部位设置搅拌器的流化床干燥机和具有内换热的流化床干燥机。当用流化床干燥易于团结或结块的粉粒体物料时,在水分比较大的加料段会产生流化困难现象,这时在加料段设置搅拌器,消除结团问题,能达到正常流化。后者是传导传热和对流传热的组合,当用于正常流化态的热空气量远远不能满足干燥所需的热量时,采用设置内换热器,供给部分或大部分热量,这种操作方式可以显著的节能。内换热器有多种形式。流化床还经常用于组合干燥的第二级和第三级干燥机。大多数聚合物在制成最终产品之前,必须配合混炼,然后造粒,成为可销售的原料。有许多不同的造粒器设计,但一切造粒器可以分为两大类:冷切粒系统和模面热切粒系统。二者的主要区别在于切粒过程时间的安排。冷切粒系统,在加工过程的末了从已固化的聚合物切粒;而在模面热切粒系统中,当熔融状态聚合物从口模出现时即进行切粒,而在下游对粒料进行冷却。两种切粒系统各有其优缺点。

  冷切粒系统

  冷切粒系统包括口模、冷却区(风冷或水冷)、干燥区(如果采用水冷)和切粒室。冷切粒系统有两大类,即片料造粒机和条料造粒机。

  片料造粒机熔融的聚合物从混炼设备流经一个带式口模或辊炼机压延成一定厚度的聚合物片料。片料在运输过程中通过一段距离凝固并冷却,然后在一个仓室中用切粒刀切成圆形或方形粒料。

  片料造粒是制造粒料最老的方法,可用于从尼龙到聚氯乙烯各种不同聚合物。重量大.精确度相当好,造粒能力可达1843.69kg/h.这是一种冷切粒方法,噪声散发比从熔融聚合物切粒的方法为高。凝固态切割聚合物切刀寿命较短,生成粉末常成为问题。对有些聚合物可以见到某些“粒链”现象。

  条料造粒机的使用历史几乎与片粒造粒机同样悠久。包括口模、冷却段(水浴或鼓风机)、干燥段(如果采用水冷)和切粒刀。用挤出机或齿轮泵挤出熔融的聚合物通过一个水平安装的口模而形成条料(现代化的口模经过精密机械加工,均匀加热,以产出质量稳定的条料)。条料从口型排出后,即用鼓风机或空气/真空设施进行冷却,或用水浴冷却。如果采用水冷,条料需通过一个干燥段,用强制通风吹除水分,然后将条料送至切粒室。利用一对固定刀和旋转刀的剪切作用,把条料精确地切成所需长度。粒料的直径为 3.175 mm,长3.175mm,棱角清晰。

  传统的拉制条料方法是拉伸条料通过冷却段(最常用的是水浴),有时造成条料跌落或尺寸不一致。这最常见于熔融态强度较差的聚合物,如聚丙烯、聚酯和尼龙等。当条料跌落时,材料即报废,因此操作工需密切注意。如果条料拉制不一致,下游粒料需过筛。


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