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        噴霧干燥機結構圖知識的詳細介紹
        2019/4/12 9:15:13


        (噴霧干燥機結構圖)

          出于不同的需要,噴霧干燥機也有許多分類方法,如按氣液流向分有并流式(順流式)、逆流式和混流式;按霧化器的安裝方式分有上噴下式、下噴上式;按系統分有開放式,部分循環式和密閉式等等。眾所周知,噴霧干燥的霧分器有多種,但按其霧化基理,霧化器分為離心式、壓力式和氣流式三種。習慣上,人們對噴霧干燥機按霧化方式進行分類,也就是按霧化器的結構分類。將噴霧干燥分為轉盤式(離心式)、壓力式(機械式)、氣流式等三種型式。大量使用噴霧干燥機是近二十年的事,我國zui早工業化的應是氣流式噴霧干燥機。但隨著離心式、壓力式噴霧干燥機的成功開發,氣流式噴霧干燥機能量消耗大的缺點就顯現出來(霧化器消耗的能量是另兩種的4~8倍)。zui近幾年,這種機型在大工業生產中逐漸被其它兩種機型所取代,但由于制藥行業的特殊需要仍在使用。離心式噴霧干燥機的高速霧化器是關鍵設備,放大問題具有很高的技術要求,我國目前不但具備生產氣流、機械及機電一體的離心霧化器的能力,而且可以達到每小時處理量45t水。在杭州、西寧、無錫、靖江等地有專業的霧化器制造廠。目前離心式噴霧干燥機從每小時處理量幾千克到幾十噸已經形成了系列化機型。生產制造技術基本成熟。壓力式噴霧干燥機所得產品為微粒狀,在合成洗滌劑、染料、水處理劑等方面都有大量應用。目前,我國自行設計制造的壓力式噴霧干燥機直徑可達8m,總高達50多米,蒸發能力達每小時幾噸水之多。


          目前,在眾多的干燥設備中,噴霧干燥機是產值較高的干燥機之一,每臺套從幾十萬到幾百萬之間。在溫州、上海、無錫、江陰、西寧等地有多家噴霧干燥機的專業制造廠,每年向用戶提供上百套噴霧干燥設備。從研究方面,每次全國干燥會的學術論文中,噴霧干燥技術的研究內容占各機型之首,理論的不完善性和應用的廣泛性始終吸引著大批研究人員的目光。

          丹麥Niro公司開發的離心霧化器以高精度、高轉速和節能著稱,不僅可達到均勻和可控粒度的霧化,而且zui大的單機處理能力已達到200t/h。這為大型噴霧干燥機的發展提供了強有力的霧化手段。Anhydro公司的離心霧化器采用皮帶傳動并改進了潤滑系統,也取得很好的效果。這些成就是離心霧化的應用迅速增長的重要原因之一。我國已開發到每小時蒸發幾十噸,與國外水平仍有不小的差距。

          噴霧干燥機是處理溶液、懸浮液或泥漿狀物料的干燥設備。它是用噴霧的方法,使物料成為霧滴分散在熱空氣中,物料與熱空氣呈并流、逆流或混流的方式互相接觸,使水分迅速蒸發,達到干燥目的。采用這種干燥方法,可以省去濃縮、過濾、粉碎等單元操作,可以獲得30~500μm的粒狀產品。而干燥時間極短,一般干燥時間為5~30s。適用于高熱敏性物料和料液濃縮過程中易分散的物料的干燥,產品流動性和速溶性好。

          噴霧干燥機中氣固兩相接觸表面積大,但是氣固兩相呈稀相流動,故容積傳熱系數小,一般為20~100kcal/m3?h?℃,熱空氣進口溫度在并流操作時為260~500℃,逆流操作時為200~300℃。工業規模的噴霧干燥機,熱效率一般為30~50%。國外帶有廢熱回收的噴霧干燥,熱效率可達到70%,但這種設備只有在大于100kg(水)/h的生產能力時才有經濟意義。

          噴霧干燥的基本流程如下,料液通過霧化器,噴成霧滴分散在熱氣流中??諝饨浌娘L機送入空氣加熱器加熱,然后進入噴霧干燥機,與霧滴接觸干燥。產品部分落入塔底,部分由一級引風機吸入一級旋風分離器,經分離后,將尾氣放空。塔底的產品和旋風分離器收集的產品,由二級抽風機抽出,經二級旋風分離器分離后包裝。

          噴霧干燥的產品為細粒子,為了適應環境保護的要求,噴霧干燥系統只用旋風分離器分離產品、凈化尾氣還是不夠的,一般還要用袋式除塵器凈化。使尾氣中的含塵量低于50mg/Nm3氣體,或用濕式洗滌器,可將尾氣含塵量降到15~35mg/Nm3氣體。

        (二)噴霧干燥技術進展

          噴霧干燥因其可直接由溶液或懸浮體制得成分均勻的粉狀產品的特殊優點,目前在化工、輕工、食品等工業中仍有廣泛的應用,化學工業中以染料行業應用zui為普遍。經過近年來廣大工程技術人員的努力,噴霧干燥技術已比較成熟,塔尺寸的確定也有成功的計算方法。采用的霧化器仍然是壓力式、離心式和氣流式三種,但近幾年來離心噴霧干燥機的應用呈上升趨勢。對于真溶液噴霧干燥,值得注意的是,不同親水性溶質要求的干燥介質溫度不同。如無機鹽類強親水性物質,其水溶液蒸發脫水主要在溶液沸點下進行,出塔氣體溫度低于130℃就難以操作。我國雖然和國外相比還有明顯的差距,但噴霧干燥裝置的制造和操作水平也都有較大幅度的提高。近20年來噴霧干燥技術和設備的改進和革新主要有以下幾個方面:

        (1)解決粘壁問題

          粘壁現象迄今仍然是妨礙噴霧干燥機正常操作的一個突出問題。一般說來,增大直徑可以減輕粘壁;但為此目的而采用非常大的設備直徑顯然也不經濟。國外專家研究了干燥過程中的粘壁和結塊問題,認為造成粘壁的主要宏觀因素是壁溫。在關于橙汁噴霧干燥的專利中提出的解決辦法是使塔壁冷卻至已干產品的溫度以下,并在進料液中加入助干劑。Masters提出了防止粘壁的三種可能途徑:

          ①采用夾壁干燥塔,其間用空氣冷卻,使壁溫保持在50℃以下,粘結性特別強的物料宜采用平底塔;

          ②通過塔壁旋氣片切向引入二次空氣冷卻塔壁;

          ③塔內近壁處安裝由一排噴嘴組成的氣掃帚,并使之沿壁緩慢轉動。

          顯然,這些措施試圖達到的基本效果是相同的,即冷卻塔壁。這些方法在中藥浸膏的干燥中已經應用了,有一定效果。另外,塔內壁拋光也可以減輕粘壁。

        (2)改善產品物性

          科學技術發展和生活水平的提高對噴霧干燥產品的物理性質提出了越來越高的要求。例如,有的要求堆密度特別大(≥1.0)或特別?。ā?.6),一些有復水性的粉體如食品、中藥沖劑等則往往要求速溶性。一般說來,改變霧化的分散度以及適當改變操作條件以控制干燥速率,可以制得具有不同堆密度的產品,但變化的幅度是有限的。在改善物性方面值得一提的是泡沫噴霧干燥,即將進料液體先泡沫化后再行噴霧干燥。該方法zui初是為提高熱效率而提出的,后來用以調整產品的物性?,F已證明,泡沫噴霧干燥制得的奶粉等產品粒徑大、多孔、多凹陷、表面粗糙,具有良好的速溶性。80年代以來,該技術已用于工業生產。

        (3)開發多目標過程

          把噴霧干燥與其它單元過程結合方面,已成功地開發應用的主要有兩類。一類是噴霧干燥-反應過程,人們熟知的噴霧干燥-聚合一步法制取三聚磷酸鈉就是典型實例之一。但從能耗的觀點來看,它不是一個成功的例子,單位產品能耗比二步法高??磥?,要經濟地實現這種結合,必要的條件之一是干燥和反應要求的物料溫度基本相同或相近。另一類已開發,并較成功地應用的多目標過程是噴霧造粒-干燥,即把溶液或懸浮液在細粒物料上噴霧涂布造粒與顆粒的干燥結合起來。顆粒的干燥通常在流化床中進行(也有的采用轉鼓),根據粒度要求不同,溶液霧化器可置于顆粒床層的內部或上方。噴霧造粒-干燥技術出現和應用都比較早,并已做過大量的基礎研究。由于有許多產品,如肥料、染料等,制成顆粒狀對貯存、運輸和使用都更為有利,這些年來對這類技術的興趣正在增長。根據已掌握的技術,床層直徑在1m以內的裝置設計和操作都容易解決,但對很大的裝置,看來放大問題還需要進一步研究。

        (4)開發組合干燥裝置

          能從液體直接干燥成粉體,這是噴霧干燥的zui大優點。但噴霧干燥熱效率低、體積龐大、生產能力低、投資高也是zui大缺點,近年來,中外干燥專家對以噴霧干燥為*級的多級組合干燥進行了大量的研究。利用它將液體干燥成固體后再進入下一級干燥機進一步干燥。這樣克服了噴霧干燥機的缺點,有關這方面的情況將在后面的內容中介紹。

        (三)三種噴霧干燥裝置簡介

        1.氣流式噴霧干燥機

          由于氣流式霧化器的動力(壓縮空氣)消耗比壓力式和旋轉式大,故一般用于干燥小批量的產品。氣流式噴嘴能很方便地產生極細的或較大的霧滴,霧化器用壓力為0.2~0.5Mpa的壓縮空氣或過熱蒸汽,通過噴嘴將料液噴成霧滴,是實驗室或中間工廠的一種較為理想的干燥設備。對非牛頓型料液的霧化,氣流式優于其他型式。三流體霧化器用于霧化高粘度的糊狀物或濾餅等非常有效。

          我國的噴霧干燥始于氣流式,對于氣流式噴嘴的設計、制造和操作積累了較豐富的經驗。

        2.壓力式霧干燥機

          由于顆粒狀產品如速溶奶粉、空心顆粒染料、球狀催化劑、白炭黑、顆粒狀鐵氧體等需要量日益增多,促使壓力式噴霧干燥裝置也隨之發展。我國已設計、制造出多臺各種規格的壓力噴霧干燥裝置,現已掌握了此種型式的設計、制造和操作技術。壓力式霧化是用高壓泵將料液加壓到2~20Mpa,送入霧化器將料液噴成霧狀。小時噴霧量可達幾噸至十幾噸,能夠滿足各行業的需要。在工業生產上,一個塔內可裝入幾個乃至十幾個噴嘴,可保持與實驗條件完全相符,基本上不存在放大問題。

        3.離心式噴霧干燥機

          離心式噴霧干燥機是依靠霧化盤的高速旋轉產生的離心力,離心式霧化器其回轉速度一般為4000~20000r/min,zui高可達50000r/min。將料液水平甩出而霧化,故此種霧化器的噴霧干燥機外形為短而粗(L/D=1.5~2,L為塔高,D為塔徑),旋轉盤的圓周速度是霧化好壞的主要參數,設計的圓周速度為90~160m/s。

          霧化盤除了直接加工成圓形孔和矩形通道外,為了抗磨損,將通道襯上耐磨材料,如陶瓷、硬質合金等。對大噴霧量(每小時幾噸至百噸)的工業噴霧干燥,如火力發電廠的煙道氣脫硫等,可采用旋轉霧化器,通常只需要一個霧化器便可完成。

        (四)噴霧干燥的工業產品

        1.聚合物和樹脂制品

          丙烯腈丁二烯樹脂、丙烯腈丁二烯苯乙烯樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、聚甲醛、苯酚甲醛樹脂、聚丙烯酸脂、聚丙烯腈、聚碳酸脂、聚乙烯、聚醛、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇縮(乙)醛、聚乙烯醇、聚乙烯醇丁酸鹽、聚乙烯醇縮丁醛、聚氯乙烯乳劑、聚氯乙烯懸浮膠體、浸漬纖維素、苯乙烯丙烯腈樹脂、苯乙烯丁二烯樹脂、尿素甲醛樹脂、聚氯乙烯醋酸脂、聚乙烯醇。

        2.催化劑的干燥

          如丙烯腈催化劑、輕油轉化催化劑、中溫變換催化劑、高壓甲醇催化劑及低壓甲醇催化劑等。

        3.染料、顏料、色料

          堿性染料、硫化鎘、陶瓷色、鉻黃、氧化銅、快速染料、食品色、靛藍染料、氧化鐵、高嶺土、鋅鋇白、米洛麗蘭、有機顏料、油漆、酞菁、二氧化鈦、水彩、鉻酸鋅、鉻酸鋅鉀、鉻酸四氧化鋅、活性翠藍、咔嘰綠B、增白劑。

        4.陶瓷制品、玻璃、瓷器

          氧化鋁、皂土、氧化鈹、電石、碳化硅、水泥、電瓷、搪瓷、鐵氧體、地磚材料、玻璃砂、砂輪材料、絕緣材料、氧化鐵、高嶺土、砂、氧化硅、火花塞材料、皂石、鈦酸鹽、碳化鎢、氧化鈾、墻磚材料、氧化鋅、硅化鋯。

        5.碳水化合物類似產品

          玉蜀黍酒、葡萄糖、阿拉伯樹膠、乳糖、果糖、山梨糖醇、淀粉、全糖、小麥面粉。

        6.除莠劑、殺真菌劑、殺蟲藥

          砷酸鈣、氯氧化銅、氧化亞銅、2,4-二氯-苯氧醋酸、2,4-二氯-苯氧丙酸單甲胺鹽、二氯-苯氧丙酸、二氯-丙酸鈉鹽、砷酸鉛、甲基-氯-苯氧醋酸、甲基-氯-苯氧醋酸鈉鹽、甲基-氯-苯氧丁酸鈉鹽、甲基-氯-苯氧丙酸、鈉-鋁-氟化物、鈉-甲基-砷酸鹽、鈉-五-氯酚醛、硫化膠體、鋅-二乙基-連二硫氨基甲酸酯、鋅-二甲基-連二硫氨基甲酸酯、除草劑、殺蟲劑、殺菌劑。

        7.奶制品和蛋類

          嬰兒食品、酸奶、酪蛋白、酪朊酸鹽、乳酪、白糖椰子汁、鮮奶油、蛋類:蛋清、蛋黃、全蛋、冰淇淋混合物、奶代用品、混合乳制品、脫脂乳、乳清、乳清母液、全脂奶。

        8.食品和食品提煉品

          洋薊、蛋糕混合物、菊花茶、椰子混合物、咖啡精、代咖啡精、去咖啡因的咖啡精、含脂面粉混合物、調味品、有攙入物的果汁、蒜、薔薇果汁、甘草流膏、麥精、牛奶咖啡混合物、西班齒甘椒、植物蛋白、水解蛋白質、粗制凝乳酶、湯混合物、茶精、西紅柿、菌絲體維生素B12、煙酸、蛋白酶、水解蛋白、山梨糖醇、纈草、可溶性魚粉、魚漿、魚蛋白質。

        9.藥品和生化制品

          氫氧氯化鋁、硫酸鋁蔗糖酯、鏈霉素硫酸鹽、維生素A、維生素E、璜胺噻唑、四環素、氨芐青霉素、蘆丁衍生物、阿摩西林、氧四環素、青霉素、安比西林、淀粉酶、阿司匹林、血清、乳酸鈣、泛酸鈣、琥氯霉素、右旋糖酐、氟鄰氯青霉素、瀉鼠李皮、荷爾蒙、右旋糖酐鐵、葡聚糖鐵、甘草、肝精、左旋賴氨酸、氫氧化鎂、維生素、抗菌素、酶、糊精、肝精、培養基及中草藥植物抽取液。

        10.屠宰場的副產品、血和魚制品

          動物蛋白、動物血、深色白蛋白、淺色白蛋白、腦、魚白蛋白、魚粉、魚漿、魚露、膠與水解膠、肝、鯨露

        11.洗滌劑和表面活性劑

          烷基-仿基璜酸鹽、洗滌酶、分散劑、乳化劑、脂肪硫酸乙醇、重洗滌劑、輕洗滌劑、鄰磷酸鉀和鄰磷酸二鉀、鄰磷酸鈣和鄰磷酸二鈣、腈三醋酸鹽、光學儀器光亮劑、磷酸酯、皂草甙、肥皂、多磷酸四鉀、合成洗衣粉、十二醇硫酸鈉及皂基。

        12.有機化合物

          己二酸、甲酸酯鋁、硬酯酸鋁、氨基苯酚二磺酸、阿司匹林、鉍化合物、醋酸鈣、丁酸鈣、葡萄糖酸鈣、乳酸鈣、丙酸鈣、糖質酸鈣、硬脂酸鈣、醋酸纖維素、CMC、磷酸甲基嗎啡、依地酸鹽、絡鎂鹽、谷氨酸、甘油酯、乙二醛、乳糖、賴氨酸、縮蘋果酸、巰基噻唑懸浮液、金屬硬脂酸鹽、草酸、p-氨基水楊酸、酞酸鉀、山梨酸酯鉀、橡膠催化劑、水楊酸、醋酸鈉、苯甲酸鈉、二甲基連二硫氨基甲酸酯鈉、乙基黃原酸鈉、石碳酸鈉、索氏體鈉、硬脂酸、蠟、硬脂酸鋅。

        13.無機化合物

          氯化鋁、氫氧化鋁、氧化鋁、磷酸鋁、硅酸鋁、硫酸鋁、氯化銨、鉬酸銨、硝酸銨、磷酸銨、硫酸銨、ANC催化劑、硫化銻、氧化砷、氯化鋇、氫氧化鋇、硫酸鋇、鋁礬土廢液、碳酸鉍、硼砂、硼酸、碳酸鈣、氯化鈣、氫氧化鈣、磷酸鈣、丙酸鈣、硅酸鈣、硫酸鈣、催化劑、水泥(生料)、二氧化鉻、硫酸鉻、硫化鈷、氯氧化銅、硫酸銅、硫化銅、冰晶石、氧化銅、砂漿浮選礦、石墨、氧化鐵、高嶺土、氯化鋰、鋅鋇白、硅酸鋁鎂、氫氧化鎂、碳酸錳、氧化錳、二硫化鉬、碳酸鎳、氫氧化鎳、硫化鎳、碳酸氫鉀、碳酸鉀、氯酸鉀、過氧化鎂、硝酸鉀、高錳酸鉀、過硫酸鉀、磷酸鉀、硅膠、銻酸鈉、碳酸氫鈉、重鉻酸鈉、氯酸鈉、鉻酸鈉、氰化鈉、硫酸氫鈉、亞硫氫鈉、次氯酸鈉、磷酸鈉、硅酸鈉、硅鋁酸鈉、氟硅酸鈉、硫酸鈉、三硫酸鈉、碳酸釷、四氯化鈦、二氯化鈾、碳酸鋅、硫酸鋅。

        14.礦物的干燥

          如銅精礦、鎳精礦、鉑精礦、氧化精礦、鋁精礦、鋅精礦、錫精礦、沉淀銅、沉淀氫氧化鋁、沉淀碳酸鎳,貴重金屬泥、皂土、冰晶石、高嶺土及磷酸鹽等。

        15.纖維素

          機碎漿、其他漿料、次級纖維、半化學與機械化學漿料、硫酸鹽、亞硫酸鹽、亞硫酸鹽廢液

        16.副產品和其他物料

          瀝青橡膠、皂土、煤、軟木、硅藻土、渣滓、榨取后的咖啡豆、酵母原料、玉蜀黍麩質、塑膠粉、果膠廢物、海水、污水、下水道污水沉積物、小麥麩質、木粉。

        二、離心式噴霧干燥機

          離心式噴霧干燥機配備有離心式霧化器,因此而得名。離心式噴霧干燥機是目前工業生產中使用zui廣泛的干燥機之一,通過高速旋轉的分散盤上加入料液,液體受離心力作用被甩成霧滴后在干燥機中干燥。在分散盤的表面,液體呈薄膜狀擴散,并且在圓周處以高速甩出,霧化效果取決于圓周線速度和加料速率,還與料液的某些物理特性等因素有關。

          離心式噴霧干燥機的特點基本是由霧化器的特點決定的:

          ⑴離心式噴霧干燥不需要嚴格的過濾設備,料液中如無纖維狀液體基本不堵塞料液通道;

          ⑵可以適應較高粘度的料液(與壓力式噴霧干燥相比);

          ⑶因霧化器的轉速很容易調節,所以比較容易空制產品粒度,粒度分布也較窄;

          ⑷在調節處理量時,不需要改變霧化器的工作狀態,對進料率在±25%的變動可以獲得相同的產品;

          ⑸因離心式霧化器產生的霧群基本在同一水平面上,霧滴沿徑向和切向的合成方向運動,幾乎沒有軸向的初速度,所以干燥機的直徑相對較大。徑、長比較小,可以zui大限度地利用干燥室的空間;

        離心式噴霧干燥機有如下缺點:

          ⑴霧滴與氣體的接觸方式基本屬于并流形式,分散盤不能垂直放置;

          ⑵分散盤的加工精度要求較高,要有良好的動平衡性能,如平衡狀態不佳,主軸及軸承容易被損壞;

          ⑶產品的堆密度壓力式噴霧干燥低一些。

        (一)離心式霧化器的霧化機理

          當向高速旋轉的分散盤上注入液體時,液體受離心力和重力作用,在兩種力的作用下得到加速分裂霧化,同時在液體和周圍空氣的接觸面處,由于存在摩擦力也促使形成霧滴。為此,前者稱為離心霧化,以離心力起主要作用。后者稱為速度霧化,離心力只起給液體加速作用。這兩種霧化作用只是在研究霧化基理時有意識分開介紹,實際操作中,兩種霧化現象同時存在很難區分。當進料量較小而且轉速較低時,以離心霧化為主,采用離心式霧化產生的產品粒度分布要比壓力式和氣流式都窄一些。

          一般情況下,旋轉分散盤表面上液滴的形成取決于許多條件,如料液的粘度、表面張力、分散盤上液體的慣性以及液體釋放時與空氣界面的相互摩擦作用等。分散盤在較低轉速的情況下,液體的性質,特別是粘度和表面張力是主要因素。在工業生產中霧化器的轉速往往較高,此時的慣性和摩擦作用是形成液滴的主要因素。當料液的粘度和表面張力占主要地位時,液滴會單獨形成,并從分散盤邊緣釋放以產生均勻的霧滴群。因料液的粘度產生較強的內力,而該內力阻止液體在分散盤邊緣的破裂,因而需要較大的能量才能獲得較高的分散度。較高的表面張力會產生大的顆粒,由分散盤邊緣較厚的液膜中產生,低表面張力會使液絲拉長,斷裂時產生較小的液滴。對于高粘度、高表面張力料液通常產生球形顆粒,并且通過改變操作條件比較容易控制霧滴直徑。離心式霧化器產生的霧群基本在同一水平面上,而不象另外兩種霧化器噴出液體時有一定的角度。

          離心式霧化基本可以歸納為料液直接分裂成液滴、絲狀割裂成液滴和膜狀分裂成液滴三種情況。

        1.料液直接分裂成液滴

          當料液的進料量較少時,料液受離心力作用,迅速向分散盤的邊緣移動,分散盤周邊上隆起半球狀液體環,形狀取決于料液的粘度、表面張力、離心力及分散盤的形狀和光滑程度。當離心力大于表面張力時,分散盤邊緣的球狀液滴立即被拋出而分裂霧化,液滴中伴隨有少量大液滴。

        2.絲狀割裂成液滴

          當料液流量較大而且轉速加快時,半球狀料液被拉成許多絲狀液體線。流量增加,分散盤周邊的液絲數量也在增加。如果達到一定數量后,液絲就會變粗,而液絲的數量不再增加,拋出的液絲也不穩定。液絲運動的波動和不均勻性,在分散盤邊緣附近使之斷裂,受表面張力的作用收縮成球狀。

        3.膜狀分裂成液滴

          當液體的流量繼續增加時,液絲數量與絲徑都不再增加,液絲間相互粘合形成薄膜。離心力將液膜拋出分散盤周邊一定距離后,被分裂成分布較廣的液滴。若再進一步提高轉速,液膜便向分散盤周邊收縮,液膜帶變窄。若液體在分散盤表面上的滑動能減到zui小,可使液體以高速度噴出,在分散盤周邊與空氣發生摩擦而分裂霧化。

          從上面的分析可以看出,三種霧化機理可能出現在不同的操作階段,也可能同時出現,但總有一種是主要的霧化形式。以哪一種霧化為主則與分散盤的形狀、直徑、轉速、進料量、料液的表面張力和粘度有關。

        (二)霧化器的結構型式

        1.氣動式

          氣動式驅動方式主要是在主軸上安裝一個透平輪,通過壓縮空氣驅動透平輪帶動主軸轉動,以帶動霧化分散盤高速旋轉。這種霧化器的特點是通過調節壓縮空氣的壓力和氣量實現無級變速,幾乎沒有機械磨損問題。霧化器結構簡單,不需要維修,壓縮空氣的壓力在0.2~1.0MPa,主要適用于小型實驗裝置。

        2.機電一體式

          機電一體式霧化器采用高速電機直接驅動分散盤,省去了較復雜的機械傳動結構,減少了機械磨損,而且輸入功率隨著處理量的變化而自行調整,因此,能耗是機械傳動的50%~60%,比氣動式也要節省30%。這種結構是把電機的線圈安裝在霧化器的殼體內,分散盤安裝在相當于電機的主軸上,通過調節電機的頻率以改變主軸的轉速,也是無級調節變速。

        3.機械傳動式

          機械傳動式有兩種結構,一種是齒輪傳動,另一種是皮帶傳動。齒輪傳動是電機帶動大齒輪,大齒輪與主軸上的小齒輪嚙合。齒輪的傳動比不同,主軸的轉速也不同,這種結構在物料進料量波動時,轉速恒定,機械效率較高。但齒輪傳動結構會產生熱量,齒輪箱需要潤滑并用油泵強制循環冷卻,設備抗沖擊能力較弱。

          皮帶傳動是通過電機帶動大皮帶輪,再通過皮帶帶動主軸上的小皮帶輪工作。理論上,轉速比等于大、小皮帶輪直徑的反比。皮帶傳動的優點是傳動系統不需要冷卻和潤滑,抗沖擊能力較強。缺點是主軸轉速會隨進料量的變化有一定波動。

          對于大型的機械傳動霧化器,因工作環境的關系,必須采用冷卻系統以排出霧化器因機械傳動和干燥過程傳入的熱量。目前,冷卻方式主要有水冷和氣冷。水冷的結構要求有良好的密閉性,通過水泵打循環水。風冷是通過風機進行通風強制冷卻。一個口進入冷風,另一個口排出,結構比較簡單。

        (三)霧化器分散盤的型式

          分散盤的高速旋轉還產生如下三個作用:

          ①分散盤對空氣產生的壓力;

          ②由于分散盤表面與空氣之間摩擦而形成的吸引力;

          ③霧化時傳給空氣的動量。

          前面已經提到,離心式霧化器基本原理就是通過動力驅動主軸,主軸帶動固定在其上的分散盤高速旋轉。分散盤的型式主要有轉杯分散盤、多管分散盤、直線翼型分散盤和曲線翼型分散盤。

        1.轉杯分散盤

          轉杯分散盤如倒置的杯子,表面光滑,具有銳利的周邊。進料管設置在中心處,料液首先落到液體分配器上,使之均勻地沿杯狀體向下流動,當到達杯口處,料液受離心力的作用被甩出霧化,這種結構適用于獲得較細顆粒的場合。主要由進料管、主軸、液體分配盤和轉杯組成。

        2.多管分散盤

          在分散盤上均勻布置若干個噴管,這些噴管多以耐磨材料制成,可以在分散盤轉速不高時獲得較大的線速度??讖降拇笮『蜕斐龅拈L短可以控制產品的粒度,目前在食品干燥中被廣泛采用。

        3.直線翼型分散盤

          直線翼型分散盤是在分散盤周向均勻分布若干個液體通道,通道口中心線是以分散盤為中心的放射線形狀,通道有圓形、方形和長圓形。這種分散盤的加工費用較低,料液不易堵塞通道,但通道內有時能進入空氣。

          為了降低加工難度,常把分散盤分體加工后再進行組裝,在盤蓋和分散盤間形成許多直線通道,噴霧時周邊影響小。這種結構比較合理,料液的滑動根據液膜在盤面上的運動速度而定。離盤中心較近的地方運動速度不大,因此滑動也不大。在離軸中心一定距離設置通道,目的是防止料液滑動,增加潤濕面的周邊,使薄膜沿通道垂直移動。這種結構可以在不改變分散盤直徑的情況下,通過改變通道的截面積提高處理量,而產生的霧距基本相同。有研究表明,通道的截面積越小,產生的霧滴越小,反之霧滴就大。

        4.曲線翼分散盤

          曲線翼型分散盤的基本結構與直線翼型基本相同,不同的是曲線翼型的通道是曲線的溝槽,在這種分散盤中,又分為高曲線型、低曲線型和雙曲線型等多種。與直線翼型相比,加工費用略高一些,但產品的堆密度約比前者高7%~10%。

          選擇離心式噴霧干燥機時選擇霧化器的型式對干燥效果有非常密切的關系,前面已經介紹了霧化器的性能差異,旨在為選擇時提供參考。離心噴霧干燥機工藝流程圖2-31。

        三、氣流式噴霧干燥機

          氣流式噴霧干燥也是幾種典型的噴霧干燥型式之一,是以氣流式霧化器(噴嘴)而得名。該噴霧干燥機的性能以及干燥機主體形狀主要是由氣流式霧化器的特點決定的,主要應用在要求產品粒度較細,如醫藥等行業。氣流式噴霧干燥機直徑較?。ㄅc其它兩種干燥機相比),特別對一些粘度較高而有觸變性的物料更合適。氣液兩相的接觸也比較靈活,并流、混流、逆流均可以操作。但由于氣流式霧化器的霧距較長,如果采用上噴下并流操作時干燥機的高度要適當加長,以保證霧滴有足夠的停留時間。通常氣流式霧化器消耗的動力要高于其它二種,一般是另兩種的6~8倍。但由于它可以霧化較高粘度的料液,是其它型式霧化器所不及的,還可以處理較高含固率的料液,降低了干燥能耗,在某種程度上彌補了它的缺點,使這種zui早出現的機型到目前仍在工業化中大量使用。

        (一)氣流式霧化器

        1.氣流式霧化器的工作原理

          氣流式霧化器的工作原理是利用高速氣流使液膜產生分裂,高速氣流可以采用壓縮空氣,也可以采用蒸汽,使用蒸汽要比壓縮空氣經濟。使用蒸汽受物料耐熱溫度等限制,所以只有當物料的耐熱溫度允許的情況下才可以使用。當壓縮空氣或蒸汽以很高的環隙速度(一般在200m/s左右,有時甚至達到超聲速)從霧化器噴出時,料液的流速很低,因此兩者存在著很大的相對速度差,使氣液之間產生摩擦力和剪切力,液體在瞬間被拉成一條條細長的絲,接著這些液絲在較細處很快斷裂而形成微小的霧滴。絲狀體的存在時間取決于氣液間的相對速度和料液的物理性質。相對速度越高,產生的液絲愈細,存在時間就愈短,噴霧的分散度也愈高。如果料液的粘度愈大,絲狀體存在的時間就增長。為此,當以氣流式噴霧干燥處理某些高粘度料液時,所得到的產品往往是粉狀或絮狀,絮狀產品就是產生液絲直接干燥得到的。

        2.氣流式霧化器的基本結構

          氣流式霧化器也有許多結構形式,但不論怎樣變化,基本結構是不變的。也就是說,霧化器主要是由進氣管、進料管、調節部件以及氣體分散器組成。在霧化器中,調節部件主要是調節氣管端面與料管端面的相對位置,以調節氣液兩相的混合狀態。氣體分散器是對進入氣管的氣體進行均勻分布,以保證在氣管出口處均勻射出。另外,氣體還可以通過氣體分散器調整流向,可以使氣體產生旋轉,以強化料液的分散效果和干燥過程。

          氣流式霧化器按氣液混合方式可以分為內部混合式(簡稱內混式)和外部混合式(簡稱外混式)兩種。內混式就是料液與氣體在霧化器內進行混合,霧化過程不僅有氣體的摩擦力,在霧化器內部還產生撞擊的分散作用,所以比外混式更節省能量。但因料液在霧化器內部就開始分散,如果操作溫度較高時,霧化器很容易被未干的粉末形成的固塊堵塞,所以在干燥操作中應謹慎使用。外混式氣流霧化器其區別是料液與霧化氣體在噴出后再進行接觸而使料液分散,這種操作比較穩定。

          氣流式霧化器如果按氣液進入霧化器的通道數又可分為二流式、三流式以及四流式等。二流式是一氣一液式,即外管走氣體,內管走液體。三流式為二氣一液式,內管和外管走氣體,中間走液體,理論上三流式霧化器所得到的粒度比二流式小約15%左右。此外還有四流式,四流式與三流式基本相同,只是在zui里層又增加了氣流管,這個氣管走高溫熱氣流,目的是把熱量引入到霧焰中心處,以強化傳熱過程。但這種結構使用不多,工業上使用zui多的是外混式兩流霧化器。

          氣流噴霧干燥的特點是結構簡單、加工方便、操作彈性大、易于調節。但在安裝時要注意霧化器與干燥機的同心度,否則會出現粘壁等現象。氣流式噴霧干燥機工藝流程見圖2-32。

        四、壓力式噴霧干燥機

          壓力式噴霧干燥機(因設備高大而呈塔形,又稱噴霧干燥塔)在生產中使用zui為普遍。壓力式噴霧干燥機的產品成微粒狀,一般平均粒度可以達到150~200m左右。產品有良好的流動性、潤濕性等應用性能,所以深受用戶的歡迎。

          壓力式噴霧干燥主要是由壓力式霧化器的工作原理所決定的,使這一干燥系統有自己的特點。由于壓力式噴霧干燥所得產品是微粒狀,不論是霧滴還是產品的粒徑都比其它二種型式大,造成了霧滴干燥時間比較長。另外,噴出的霧化角也較小,一般在20°~70°之間,所以干燥機的外形也以高塔形為主,這樣才能使霧滴有足夠的停留時間。給料液施加一定的壓力,通過霧化器霧化,所以系統中要有高壓泵。另外,因霧化器孔徑很小,為防雜物堵塞霧化器孔道,一定要在料液進入高壓泵前進行過濾。采用壓力式噴霧干燥,多以獲得顆粒狀產品為目的,因此,經壓力式噴霧干燥的zui終產品都有其獨特的應用性能。

          壓力式霧化器(有些專著中稱壓力式噴嘴)是壓力式噴霧干燥機的重要部件,壓力式霧化器在有些文獻中也稱單流體霧化器或機械式霧化器。霧化機理是液體在高壓泵的壓力下從霧化器的切向通道高速進入旋轉室,使液體在旋轉室內產生高速旋轉運動。根據旋轉動量矩守恒定律,旋轉速度與旋轉室的半徑成反比,因此越靠近軸心處旋轉速度愈大,靜壓力也愈小。當旋轉速度達到某一值時,霧化器中心處的壓力等于大氣壓力時,噴出的液體就形成了繞空氣心旋轉的錐形環狀液膜。隨著液膜的延長,空氣的劇烈擾動所形成的波不斷發展,液膜分裂成細線。并受湍流徑向分速度和周圍空氣相對速度的影響,zui后導致液膜破裂成絲。液絲斷裂后受表面張力的作用,zui后形成由無數霧滴組成的霧群,水分蒸發后形成微粒狀產品。

          多年來,國內外許多干燥專家對壓力式霧化器的結構進行了大量的研究工作,目前也開發出許多結構形式。壓力式霧化器的共同特點是使液體在高壓下進入霧化器進行高速旋轉,獲得足夠的離心力后從霧化器孔噴出。因其結構較多,為設計和使用方便,又把壓力式霧化器分為旋轉壓力式和離心壓力式兩大類,這兩類霧化器都能使液體在霧化器內部產生旋轉,只是產生旋轉的結構不同。

        壓力式噴霧干燥也有自身的缺點:

          ①在生產過程中流量無法調節。流量的決定因素主要取決于霧化器出口的孔徑和操作壓力,而操作壓力的改變會影響產品的粒度,因此,如果想改變流量,只有更換霧化器孔徑或調節操作壓力;

          ②壓力式噴霧干燥不適用于處理帶有纖維狀或顆粒狀物料,這些物料易堵塞霧化器孔道;

          ③不適于處理高粘度物料或有固液相分界面的懸浮液,它會造成產品含量的嚴重不均;

          ④與其它二種型式相比,壓力式噴霧干燥的體積蒸發強度較低。

          在相關內容中已介紹了噴霧干燥生產的生品,但這里提到的是壓力式噴霧干燥造粒技術已用于下列產品。

          化工類:催化劑、樹脂、合成洗衣粉、油脂類、硫酸銨、染料、染料中間體、白炭黑、石墨、硫酸銨、農藥、氟化鉀、增白劑CXT。

          食品類:氨基酸、調味料、蛋白質、淀粉、乳制品、咖啡提取油、全脂奶粉、胳朊、可可奶粉、乳粉、蛋清(黃)、燕麥、雞汁、速溶茶、調味香料肉、蛋白質、大豆、花生蛋白、玉米漿、玉米淀粉、葡萄糖、果膠、麥芽糖、山梨酸鉀、南瓜粉。魚粉、肉精。

          藥品類:中成藥、抗生素、中藥沖劑、中藥浸膏、藥膠、酵母、維生素、抗生素、淀粉酶、脂肪酶。

          陶瓷類:氧化鎂、瓷土、各種金屬氧化物、白云石、高嶺土、氧化鋁、滑石。

          塑料類:ABS乳液、尿醛樹脂、密膠(脲)甲醛樹脂、聚乙烯、聚氯乙烯。
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