倪宁 马学军 宁夏伊品生物科技股份有限公司
【摘要】 对目前氨基酸盐比如赖氨酸硫酸盐的喷雾流化床制备方法，从运行能耗成本的影响因素，比如料液干物含量、返料量、有效温度差、内加热供热、电耗、蒸汽消耗、雾化能量消耗、固体处理消耗、生产线控制方式进行分析。指出发展方向是开发出适应高干物含量料液、返料量低、有效温度差大、内加热供热优良、电和蒸汽及雾化能量消耗低、固体处理优化、控制方式先进的流化床技术。
【关键词】流化床造粒1 微观机理2 设备原理3 赖氨酸4 颗粒形态5 配置6 分代技术7 高品质8
低能耗
序论
喷雾流化床颗粒制备方法属于干燥作业，涉及国民经济的广泛领域，干燥技术的节能与环保问题十分重要。
生物发酵产品工厂大部份已转移到了中国、东南亚等发展中国家，比如我国赖氨酸盐类的总产量已占世界总产量的75%左右，生物发酵过程的节能减排、清洁生产和资源化利用在国家“十一五”和“十二五”规划中均被列为技术进步的重要领域。
连续式流化床造粒特别适合L-赖氨酸、苏氨酸、色氨酸等行业中的发酵液、尾液调配料的喷雾干燥造粒。主要用途：连续式流化床造粒包衣；晶种可为各种粉末、颗粒；料液可为润湿剂、浓缩液、各种发酵液、粘结剂、悬浮液；形式为粉末造粒、颗粒涂层、颗粒包衣；功能为连续喷雾流化床造粒、连续结晶、包衣、过瘤胃防护等。
喷雾流化床传统制备方法，存在适应料液干物含量偏低、返料量偏大、有效温度差低、内加热供热不良、电和蒸汽及雾化能量消耗大、固体处理消耗大、自动控制程度低的各种缺陷。
发展方向是开发出适应高干物含量料液、返料量低、有效温度差高、内加热供热优良、电和蒸汽及雾化能量消耗低、固体处理优化、控制方式先进的综合性流化床技术。
运行成本的影响因素
运行成本：体现在料液干物含量、不合格颗粒返料量、进风温度或有效温度差、内加热配置、电和蒸汽及雾化能量消耗、固体处理、自动化程度。
1、料液干物含量
经计算和大量工程经验验证，浓缩的方法蒸发一吨水、约需消耗蒸汽0.3吨，喷雾的方法蒸发一吨水、约需消耗蒸汽2-3.5吨，内加热流化床约需消耗蒸汽1.35-1.8吨，很简单得出结论：
目前干燥发酵等各种料液中的水份时，浓缩是最经济的方法，所以理论合理的方法就是先采用浓缩蒸发的方式，将原始料液尽可能的蒸发到高干物含量料液，对于赖氨酸硫酸盐料液而言可以达到60-65%的干物含量。
流化床造粒设备经计算得知，在生产线蒸发量不变的前提下，干物浓度增加1%，主机产能会增加4%。，所以一条生产线主机配置不变时、干物含量越大、产量越大，单位能耗越低。
目前市场上大部份赖氨酸盐厂家因为受现有喷雾流化床技术限制，料液干物含量正常在48-53%，过高后出现系统内粉尘偏大、喷枪挂料、连续生产时间只有4-10天的现象，从浓缩可以蒸发到的干物含量看，笔者提出这条技术路线有很大的提升空间。
2、不合格颗粒返料量
对于生产线而言，不合格颗粒作为固体反复加工处理、烘干、粉碎、冷却是产生运行成本重大的一块，不合格颗粒占造粒床排出半成品量的比例越大，生产线运行成本越高。
目前市场上大部份赖氨酸盐厂家，不合格颗粒占造粒床排出半成品量的比例正常在20-50%之间，最理想的发展结果就是靠喷雾流化床自身产生晶种，返料量为零，笔者提出这条技术路线也有很大的提升空间。
3、进出风有效温度差
喷雾流化床造粒方法作为一种干燥设备，蒸发水份和加热物料是需要能量的，而能量提供的二个来源就是热风和内加热。
热风供热体现在公式Q =L×T，L是热风质量、T是进出风温度差，可见有效温度差越高，同样热风质量供热越大，有两种途径即提高进风温度和降低出风温度。
内加热体现在公式Q
=×A×，有效温度差也是提高供热量的重要方式，即可以提高加热管内温度和降低料层温度，料层温度可以认为接近出风温度。
目前市场上大部份赖氨酸盐厂家，进风温度在160-180度之间，出风温度在70-95度之间，不同技术有效温度差值达1：1.3之大，内加热管内温度正常在150-155度之间。
料层或出风温度的降低，另外直接的好处就是产品的温度损失变低，可以趋向为零。
产品的粉尘损失和温度损失越低，生产线才会更加符合环保要求。
笔者提出在进风温度无法提高的情况下，降低料层或出风温度才是增加有效温度差的途径，这需要开发出料层温度特别低也能良好运行的流化床技术。
4、内加热供热方式
经笔者实际使用分析，使用带有内加热器形式的流化床之后，效果达到电耗可以降低10-15%，蒸汽消耗可以降低20-40%的范围之内比较合理。
关于内加热器的使用统计分析：从公式Q =×A×可知，内加热器提供的热量Q受传热系数、换热面积A、温度差三方面影响，在实际生产过程中三个变量是互相影响的，需要综合考虑，相比较而言，因为增加A的同时也会增加系统风阻力、增加风机电耗和降低系统稳定性，笔者提出增加传热系数和增加温度差比增加换热面积A更加可行、也更加节能。
5、电和蒸汽及雾化能量消耗
气：主要使用于雾化料液能量需要，目前喷雾方式有三种顶喷、侧喷、底喷，对于赖氨酸盐每生产一吨产品大约耗量在4-10立方0.3MPa压缩空气；顶喷可以避免喷枪在料层的雾化及实现喷枪雾化状态的可视，雾化能量小；侧喷因为喷枪出口就有大量物料，雾化能量需求大；底喷虽然也可以避免喷枪在料层的雾化，但因必须保证不挂料，雾化能量需求还是大于顶喷；笔者提出雾化能量有一个发展思路就是采用压力或离心式进行雾化，以降低雾化能量需求。
蒸汽：对于赖氨酸盐生产线，目前市场上每生产一吨产品，耗量在0.9-2.2吨蒸汽之间，随使用技术不同，差别很大；笔者提出热风和内加热的有效温度差越大，料液干物含量越高，生产线耗用蒸汽量就越低，蒸汽冷凝水的回收利用也可以降低汽耗5%左右。
电：对于赖氨酸盐生产线，目前市场上每生产一吨产品，消耗量在130-250度电之间，随使用技术不同，差别很大；笔者提出有效温差的提高，意味着风量就更少，同时造粒系统总压差也要降低，即生产线主要电功率（风机）的减小，造粒系统一次成品率的提高、代表着返料量减少、固体处理系统功率就减小。
6、固体处理消耗
体现在固体处理量、固体处理方式。目前市场上大部份赖氨酸盐厂家，固体处理总量为成品量的130-200%，固体处理方法均为对辊磨和粉碎机，笔者提出：
固体处理量：只有返料量的降低，固体处理总量才能降低，最大节能就是固体处理总量全为成品。
固体处理方法，对辊磨因为得到的为小颗粒，粉碎机得到的颗粒更小，理论上粉碎机的耗能更小。
7、控制方式和系统稳定性
目前赖氨酸盐生产线，离自动控制还差的很远，即各种互锁、自诊断、逻辑关系还有很大的提升空间；系统连续稳定运行时间，随技术的不同，在4-60天之间，差别很大，笔者提出：
生产线自动化程度越高，人工干扰越小，产品品质越稳定，人员需要量变低，人员费用将会降低。
系统稳定性越高，连续生产时间越长，开机及停机的无效损耗量才可以降低。
部份技术分析
对于类似65赖氨酸硫酸盐、苏氨酸、色氨酸、谷氨酸等行业中的发酵尾液，在造粒方法上，从以上可以看出，各个环节均有大量的技术提升空间，国外已经有不少发明类专利，专利保护性比较强，国内厂家都有必要避免侵权风险，这除了要对相应公司的专利进行研究，还要依靠研究单位对各种造粒原理和各派学说的深入研究、各种造粒设备的认知深度、具有深厚的造粒工程经验可参考。
笔者通过长期研究，对全流态化、混合喷、连续的喷浆造粒工艺进行完善，并在此基础上作出了新的研发，作出了新型专利2010201836361等一系列细节专利发明，经历了笔者前三代技术总结发明之后，定型的大型节能柔性连续流化床造粒包衣干燥成套技术，使用于赖氨酸盐流化床造粒时，可以达到以下水平：适应干物含量60-65% ，不合格颗粒（超出12-20目范围）返料量10-20%，进出风有效温度差达100度（进170、出70），内加热阻力层在3000Pa时供热量占总量比例达50%，每生产一吨产品压缩空气耗量为5立方0.3MPa压缩空气、蒸汽耗量为1吨、电耗量为140度，固体处理中冷却床全部用于处理成品、采用粉碎机方式处理不合格大颗粒，采用了包含料层温度自控、进风温度自控、喷枪流量自控、床层料位自控等自控方式、实现半自动化，系统稳定性也达到了30天以上。
笔者在深入研究流化床造粒的各种微观造粒原理、流化原理综合作用，结合多项专利技术的应用，在多种技术上实现国际、国内首创。产品对运行成本、运行稳定性、产品品质综合性能的提出让节能减排、清洁稳定操作、食品安全上升到了一个新的层次。
进一步的发展方向
开发出适应更高干物含量的流化床技术，比如70%；
降低不合格颗粒处理量，直到为零；
进一步提高有效温度差，比如进风180、出风65度；
降低内加热层的阻力、或提高内加热的供热比例；
直接的效果让压缩空气、蒸汽、电的综合能耗再降低20%；
让生产线具备一键式自动开停机、各种互锁、自诊断功能，连续生产稳定性实现季度化检修，即连续三个月。
结束语
在各种发酵液应用流化床造粒包衣设备迅速发展的今天，低能耗的喷雾流化床制备方法是一种发展方向，适应高干物含量料液、返料量低、有效温度差大、内加热供热优良、电和蒸汽及雾化能量消耗低、固体处理优化、控制方式先进的流化床技术，比如类似专利一种流化床造粒机ZL2010201836361的应用是发展方向之一。
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2陈林书 制粒、包衣的微观粒子作用机理、及操作要点 第十一届全国干燥会议《论文集》
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2012年10月，《发酵科技通讯》
5陈林书 王新月 赖氨酸硫酸盐类产品应用喷雾流化床造粒得到的颗粒形态分析展望
2012年第10期，《中国饲料添加剂》
6陈林书 王新月 赖氨酸硫酸盐类产品应用连续喷雾流化床造粒技术的生产线配置
2012年第9期，《食品与发酵工业》
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2013年第3期，《中国饲料添加剂》
8陈林书 王新月 刘合平 移昌民 季久树 田保玉 杨波
氨基酸固体颗粒制剂的高品质喷雾流化床制备方法
2013年第四届全国氨基酸研究开发与综合应用新技术、新设备交流研讨会 论文集
2013年第10月，《发酵工业》
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