前言
滾筒烘干機是一種內加熱傳導型轉動連續干燥設備。其基本操作原理是將料漿均勻地分布于以蒸汽加熱的滾筒表面，形成一層薄膜，水分隨即迅速被蒸發掉。然后利用刮刀將薄膜刮下，產品為片狀，再進行破碎，以取得顆粒狀的干燥產品。滾筒干燥烘干機適用于化工、染料、制藥、食品、冶金等行業液體物料或粘稠物料的干燥。由于其具有快速干燥液狀、膠狀或膏糊狀原料的特性，因此正越來越多的用于變性淀粉的生產。
1、滾筒干燥烘干機的分類
滾筒干燥烘干機通常可分為兩大類：單滾筒干燥烘干機和雙滾筒干燥烘干機。單、雙滾筒干燥烘干機又可分為六種類型：帶多個小滾筒的單滾筒干燥烘干機、浸沒式下漿的單滾筒干燥烘干機、帶噴嘴下漿的單滾筒干燥烘干機、嚙合型雙滾筒干燥烘干機、帶多個小滾筒的雙滾筒干燥烘干機、非嚙合型雙滾筒干燥烘干機。
2、滾筒干燥的理論
滾筒干燥的傳質過程是水分在熱表面蒸發，穿過物料使物料內部形成一定水分濃度梯度，促使液態水分向熱表面擴散。物料內溫度是隨著遠離熱表面而逐漸降低，水蒸汽向溫度低的方向擴散，使熱量穿過物料的速度加快，物料開放表面的溫度也迅速高于周圍溫度，這時開放表面也開始蒸發，同時促使物料內形成一定的水分濃度梯度，液態水分向開放表面擴散。于是形成物料內水分在熱表面和開放表面同時蒸發、同時擴散，而氣化的水蒸汽向開放表面擴散隨之散發。
滾筒干燥過程中，筒表溫度，物料在滾筒表面停留時間，料膜厚度及物料物理特性（水分含量、粘度、熱容量、熱傳導性和熱擴散性等）等都影響產品的質量。一般用控制通入蒸汽的壓力調節筒表溫度．通過調整滾筒轉速控制物料停留時間，用機械方法，如兩滾筒之間的間隙控制料膜厚度，物料物理特性一般通過試驗確定其影響規律。E．P．Kalogiannj等人研究了濃度對雙滾筒干燥烘干機生產預糊化淀粉的影響，其研究重點為以下幾方面。
2.1滾筒表面的溫度變化情況。在這一轉速下，從刮刀處開始計時(t=0)滾筒轉動一周需20s。第一階段(Os-5s)為從刮刀到淀粉漿流人處的光滑滾筒表面的溫度，此時滾筒外部溫度達到最高值。第二階段(5s-8s)，滾筒浸入料池，表面溫度迅速下降，這是由于淀粉糊化滾筒向料池傳熱而使表面溫度降低。第二階段末（第8秒），在間隙處溫度有稍許回升。Gavrielidou等人研究指出，在靠近間隙處物料沸騰停止，此時滾筒上的物料已經干燥。第三階段（8s-20s）滾筒轉出料池，其外表面溫度稍有下降說明熱量傳遞上升。這一轉動過程中溫度維持幾秒不變，說明熱量傳遞達到恒定。Arm-strongc4]和Vasseurc5!等人報道，他們所使用的單滾筒干燥烘干機的溫度也出現一個水平區。第12秒溫度突然降低，可能是由于熱量蓄積在滾筒的內部，從而減少了熱對流(Abchir等)[6]。第12秒以后隨著物料的進一步干燥，滾筒表面溫度逐漸上升。
2.2蒸汽壓力與物料濃度的影響
蒸汽壓力對滾筒溫度有直接影響，蒸汽壓力上升滾筒表面溫度也上升。從圖2a可看出，淀粉漿濃度越高滾筒表面溫度越高。圖2b、c和d顯示了水分含量、干燥速度及單位面積質量與蒸汽壓力的關系，增大蒸汽壓力總體使上述三個指標的值降低，7g/100g除外，其中干燥速度為每h物料單位面積質量與轉速之積。
圖2b-d中隨著蒸汽壓力上升，水分含量、干燥速度及單位面積質量下降趨勢減少。可見，干燥過程在較高的蒸汽壓力下受濃度變化的影響不如低蒸汽壓下敏感。這是因為水分含量越高，凝膠的導熱系數與水分散失也就越大( Sar-avacos等)。反之物料濃度越高，在較高的蒸汽壓力下外部流動越差，對熱傳遞的阻礙就越大。因而當干燥濃度較大的物料時，滾筒內部的熱一部分被外部物料吸收，另一部分則被用于升高滾筒的溫度。因此雖然干燥濃度較大的物料，滾筒表面溫度很高，但由刮刀刮下的產品水分含量卻高于低濃度的物料。
2.3滾筒轉速與物料濃度的影響
如圖3a所示，滾筒轉速上升滾筒表面溫度下降。Vasseur等人認為這是由于縮短干燥時間（增加轉速）．滾筒的熱量在短時間內來不及補充，從而使得滾筒表面溫度降低。圖3b為滾筒轉速對產品水分含量的影響，隨著轉速提高水分含量增加。圖3c和d為干燥速度和單位面積質量與滾筒轉速的關系，在低濃度時其值受轉速的影響不明顯。但濃度越高的物料(l0g和13g/l00g)，其干燥速度隨著轉速的增加而上升越快。這與VaUous等人認為提高轉速可以提高產量，減小薄膜厚度并且縮短干燥時間的觀點相符合。即隨著產量增加滾筒帶走的熱量也增加，而且薄膜越薄熱量傳遞也越快。但需要補充的是物料濃度越低對水分含量的影響越小，如7g/100g濃度幾乎沒有影響，因為在4r/min時物料已幾乎完全干燥。
3、滾筒干燥烘干機
在變性淀粉生產中的應用
淀粉在我國的產量豐富，淀粉原料價格低廉。早期只是作食用，以后逐漸應用于各個工業領域。由于不同應用領域對淀粉性質的要求不同，有必要對淀粉進行改性處理。一般進行變性淀粉的生產設備投資大，占用空間鄉、能源及水消耗量大。而以滾筒干燥烘干機用于變性淀粉的生產，具有耗能低，節約用水及占地面積少的優點。
3.1 預糊化淀粉
預糊化淀粉（又稱a淀粉），是將B淀粉（原淀粉）在一定量的水或親水溶劑存在下加熱．利用水或親水溶劑使其分子間氫鍵斷裂，破壞其規律排列的膠束結構。完全糊化后，在高溫下迅速干燥，而得到的氫鍵斷開的、多孔狀的、無明顯結晶的淀粉顆粒。預糊化淀粉與B淀粉相比，具有高分散性、高吸油性、高水合速度、高粘度和高膨脹性等特點。可廣泛應用于食品（特別是快餐食品）、醫藥、化工、紡織、飼料等工業，作為粘結劑、膠凝劑、增稠劑、施膠劑等。
3.2接枝淀粉
美國的Mooth，Robert.A最早用滾筒法直接制備變性淀粉高吸水性樹脂。具體生產工藝為：丙烯酸150g，水301g混合后，用33%KOH中和至pH7，保持溫度50℃，再加入淀粉118g，使其成淀粉漿，再加過硫酸銨（過硫酸銨做成20%水溶液）混合后送入雙滾筒干燥烘干機，在132—138℃下干燥，該產品的吸水能力450g/g，由于未洗滌，產物含單體量為0.4%。
國內吳玉凱研究用滾筒法制備接枝淀粉超強吸水劑。以滾筒干燥烘干機為反應器連續進行接枝共聚反應及干燥制備淀粉接枝丙烯酸（鹽）超強吸水劑。滾筒干燥連續聚合工藝為氫氧化鉀溶于水配成33%溶液。150份丙烯酸加入水，在冷卻下，慢慢加入33%氫氧化鉀溶液中和，中和過程中料液溫度必須低于50℃，加淀粉配成料液，再加入引發劑過硫酸銨，攪拌均勻后喂人滾筒干燥烘干機，干燥后得到片狀產品。中試產品純水的吸收率可達到600倍：生理鹽水的吸收率可達到65倍；1min純水的吸收率和生理鹽水的吸收率分別為410倍和50倍，且遇水不結團、易分散。產品可以應用于衛生材料、農林、園藝、建材、化工及防結露材料等領域。
3.3羧甲基淀粉
用滾筒法制備羧甲基淀粉。目前正在試制用滾筒法直接生產羧甲基淀粉。滾筒有反應與干燥的雙重作用。以往生產取代度高的羧甲基淀粉需在有機溶劑中進行。但用滾筒法生產可以直接用水作溶劑，在滾筒上高溫瞬時反應，對于淀粉的分子結構不會造成破壞。用此法生產羧甲基淀粉不僅生產時間短，且不使用有機溶劑，使產品更為經濟。反應的同時淀粉又發生了a化，便于產品的復水性，所制得的產品可迅速吸水形成凝膠。
3.4交聯淀粉
有報道用滾筒法干燥的交聯淀粉，可增加糕點體積，使糕點酥脆、柔軟和耐貯藏。
4、結論與展望
滾筒干燥烘干機由于工藝簡單、工藝條件較易控制、產品的生產成本較低的特點而受到重視。但由于變性淀粉的生產在我國起步較晚，滾筒干燥烘干機除用于a淀粉外，其它淀粉用滾筒法制備還處于試驗和小規模生產階段。還需要我們不斷努力去研究與開發，使變性淀粉的生產更經濟并為更多種類的產品所應用。
滾筒烘干機是一種內加熱傳導型轉動連續干燥設備。其基本操作原理是將料漿均勻地分布于以蒸汽加熱的滾筒表面，形成一層薄膜，水分隨即迅速被蒸發掉。然后利用刮刀將薄膜刮下，產品為片狀，再進行破碎，以取得顆粒狀的干燥產品。滾筒干燥烘干機適用于化工、染料、制藥、食品、冶金等行業液體物料或粘稠物料的干燥。由于其具有快速干燥液狀、膠狀或膏糊狀原料的特性，因此正越來越多的用于變性淀粉的生產。
1、滾筒干燥烘干機的分類
滾筒干燥烘干機通常可分為兩大類：單滾筒干燥烘干機和雙滾筒干燥烘干機。單、雙滾筒干燥烘干機又可分為六種類型：帶多個小滾筒的單滾筒干燥烘干機、浸沒式下漿的單滾筒干燥烘干機、帶噴嘴下漿的單滾筒干燥烘干機、嚙合型雙滾筒干燥烘干機、帶多個小滾筒的雙滾筒干燥烘干機、非嚙合型雙滾筒干燥烘干機。
2、滾筒干燥的理論
滾筒干燥的傳質過程是水分在熱表面蒸發，穿過物料使物料內部形成一定水分濃度梯度，促使液態水分向熱表面擴散。物料內溫度是隨著遠離熱表面而逐漸降低，水蒸汽向溫度低的方向擴散，使熱量穿過物料的速度加快，物料開放表面的溫度也迅速高于周圍溫度，這時開放表面也開始蒸發，同時促使物料內形成一定的水分濃度梯度，液態水分向開放表面擴散。于是形成物料內水分在熱表面和開放表面同時蒸發、同時擴散，而氣化的水蒸汽向開放表面擴散隨之散發。
滾筒干燥過程中，筒表溫度，物料在滾筒表面停留時間，料膜厚度及物料物理特性（水分含量、粘度、熱容量、熱傳導性和熱擴散性等）等都影響產品的質量。一般用控制通入蒸汽的壓力調節筒表溫度．通過調整滾筒轉速控制物料停留時間，用機械方法，如兩滾筒之間的間隙控制料膜厚度，物料物理特性一般通過試驗確定其影響規律。E．P．Kalogiannj等人研究了濃度對雙滾筒干燥烘干機生產預糊化淀粉的影響，其研究重點為以下幾方面。
2.1滾筒表面的溫度變化情況。在這一轉速下，從刮刀處開始計時(t=0)滾筒轉動一周需20s。第一階段(Os-5s)為從刮刀到淀粉漿流人處的光滑滾筒表面的溫度，此時滾筒外部溫度達到最高值。第二階段(5s-8s)，滾筒浸入料池，表面溫度迅速下降，這是由于淀粉糊化滾筒向料池傳熱而使表面溫度降低。第二階段末（第8秒），在間隙處溫度有稍許回升。Gavrielidou等人研究指出，在靠近間隙處物料沸騰停止，此時滾筒上的物料已經干燥。第三階段（8s-20s）滾筒轉出料池，其外表面溫度稍有下降說明熱量傳遞上升。這一轉動過程中溫度維持幾秒不變，說明熱量傳遞達到恒定。Arm-strongc4]和Vasseurc5!等人報道，他們所使用的單滾筒干燥烘干機的溫度也出現一個水平區。第12秒溫度突然降低，可能是由于熱量蓄積在滾筒的內部，從而減少了熱對流(Abchir等)[6]。第12秒以后隨著物料的進一步干燥，滾筒表面溫度逐漸上升。
2.2蒸汽壓力與物料濃度的影響
蒸汽壓力對滾筒溫度有直接影響，蒸汽壓力上升滾筒表面溫度也上升。從圖2a可看出，淀粉漿濃度越高滾筒表面溫度越高。圖2b、c和d顯示了水分含量、干燥速度及單位面積質量與蒸汽壓力的關系，增大蒸汽壓力總體使上述三個指標的值降低，7g/100g除外，其中干燥速度為每h物料單位面積質量與轉速之積。
圖2b-d中隨著蒸汽壓力上升，水分含量、干燥速度及單位面積質量下降趨勢減少。可見，干燥過程在較高的蒸汽壓力下受濃度變化的影響不如低蒸汽壓下敏感。這是因為水分含量越高，凝膠的導熱系數與水分散失也就越大( Sar-avacos等)。反之物料濃度越高，在較高的蒸汽壓力下外部流動越差，對熱傳遞的阻礙就越大。因而當干燥濃度較大的物料時，滾筒內部的熱一部分被外部物料吸收，另一部分則被用于升高滾筒的溫度。因此雖然干燥濃度較大的物料，滾筒表面溫度很高，但由刮刀刮下的產品水分含量卻高于低濃度的物料。
2.3滾筒轉速與物料濃度的影響
如圖3a所示，滾筒轉速上升滾筒表面溫度下降。Vasseur等人認為這是由于縮短干燥時間（增加轉速）．滾筒的熱量在短時間內來不及補充，從而使得滾筒表面溫度降低。圖3b為滾筒轉速對產品水分含量的影響，隨著轉速提高水分含量增加。圖3c和d為干燥速度和單位面積質量與滾筒轉速的關系，在低濃度時其值受轉速的影響不明顯。但濃度越高的物料(l0g和13g/l00g)，其干燥速度隨著轉速的增加而上升越快。這與VaUous等人認為提高轉速可以提高產量，減小薄膜厚度并且縮短干燥時間的觀點相符合。即隨著產量增加滾筒帶走的熱量也增加，而且薄膜越薄熱量傳遞也越快。但需要補充的是物料濃度越低對水分含量的影響越小，如7g/100g濃度幾乎沒有影響，因為在4r/min時物料已幾乎完全干燥。
3、滾筒干燥烘干機
在變性淀粉生產中的應用
淀粉在我國的產量豐富，淀粉原料價格低廉。早期只是作食用，以后逐漸應用于各個工業領域。由于不同應用領域對淀粉性質的要求不同，有必要對淀粉進行改性處理。一般進行變性淀粉的生產設備投資大，占用空間鄉、能源及水消耗量大。而以滾筒干燥烘干機用于變性淀粉的生產，具有耗能低，節約用水及占地面積少的優點。
3.1 預糊化淀粉
預糊化淀粉（又稱a淀粉），是將B淀粉（原淀粉）在一定量的水或親水溶劑存在下加熱．利用水或親水溶劑使其分子間氫鍵斷裂，破壞其規律排列的膠束結構。完全糊化后，在高溫下迅速干燥，而得到的氫鍵斷開的、多孔狀的、無明顯結晶的淀粉顆粒。預糊化淀粉與B淀粉相比，具有高分散性、高吸油性、高水合速度、高粘度和高膨脹性等特點。可廣泛應用于食品（特別是快餐食品）、醫藥、化工、紡織、飼料等工業，作為粘結劑、膠凝劑、增稠劑、施膠劑等。
3.2接枝淀粉
美國的Mooth，Robert.A最早用滾筒法直接制備變性淀粉高吸水性樹脂。具體生產工藝為：丙烯酸150g，水301g混合后，用33%KOH中和至pH7，保持溫度50℃，再加入淀粉118g，使其成淀粉漿，再加過硫酸銨（過硫酸銨做成20%水溶液）混合后送入雙滾筒干燥烘干機，在132—138℃下干燥，該產品的吸水能力450g/g，由于未洗滌，產物含單體量為0.4%。
國內吳玉凱研究用滾筒法制備接枝淀粉超強吸水劑。以滾筒干燥烘干機為反應器連續進行接枝共聚反應及干燥制備淀粉接枝丙烯酸（鹽）超強吸水劑。滾筒干燥連續聚合工藝為氫氧化鉀溶于水配成33%溶液。150份丙烯酸加入水，在冷卻下，慢慢加入33%氫氧化鉀溶液中和，中和過程中料液溫度必須低于50℃，加淀粉配成料液，再加入引發劑過硫酸銨，攪拌均勻后喂人滾筒干燥烘干機，干燥后得到片狀產品。中試產品純水的吸收率可達到600倍：生理鹽水的吸收率可達到65倍；1min純水的吸收率和生理鹽水的吸收率分別為410倍和50倍，且遇水不結團、易分散。產品可以應用于衛生材料、農林、園藝、建材、化工及防結露材料等領域。
3.3羧甲基淀粉
用滾筒法制備羧甲基淀粉。目前正在試制用滾筒法直接生產羧甲基淀粉。滾筒有反應與干燥的雙重作用。以往生產取代度高的羧甲基淀粉需在有機溶劑中進行。但用滾筒法生產可以直接用水作溶劑，在滾筒上高溫瞬時反應，對于淀粉的分子結構不會造成破壞。用此法生產羧甲基淀粉不僅生產時間短，且不使用有機溶劑，使產品更為經濟。反應的同時淀粉又發生了a化，便于產品的復水性，所制得的產品可迅速吸水形成凝膠。
3.4交聯淀粉
有報道用滾筒法干燥的交聯淀粉，可增加糕點體積，使糕點酥脆、柔軟和耐貯藏。
4、結論與展望
滾筒干燥烘干機由于工藝簡單、工藝條件較易控制、產品的生產成本較低的特點而受到重視。但由于變性淀粉的生產在我國起步較晚，滾筒干燥烘干機除用于a淀粉外，其它淀粉用滾筒法制備還處于試驗和小規模生產階段。還需要我們不斷努力去研究與開發，使變性淀粉的生產更經濟并為更多種類的產品所應用。
