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合理的设计喷雾干燥机的热风分布器和雾化器,提高喷雾干燥技术效率

由于喷雾干燥机喷雾干燥具有流程简短、可处理热敏性物料、易大型化等优越性,已经在许多领域得到应用。改革开放以后,我国出现了一大批专业化的干燥设备企业。近十年内喷雾干燥机喷雾干燥技术已取得了长足进步,产品质量已可与世界著名厂商相媲美,不仅满足了国内轻化工、环保行业的需要,而且已向国外市场拓展。

⑴ 雾化器(机)的选择;

⑵ 足够风量和热量的配置;

⑶ 粉末回收及排放。

(1)平均地自塔顶天花板分布向下流

这种形式认为只要均匀地进风,有足够的热量就能达到干燥的目的,干燥塔的空塔速率只有0.5~0.8m/s,即使塔顶缩小,出口风速也只有10m/s,大体处于层流状态。热风与雾化液滴没有直接的联系。这种形式不仅国内有,在许多进口装置中也有。其结果是塔体庞大,效率降低。

(2)为了防止粘壁,将热风分为2股或3股

设计者认为只要在塔壁上有热风流动,就可以防止未干液滴撞壁而出现粘壁现象。实际上,边缘热风流速是不可能大的,而且液滴达到塔壁上的流速也不会太大,因此这两股流体的相对速度是非常低的,故而难以实现快速干燥,粘壁仍会出现。塔壁的热风形同虚设,或者作用不大。

(3)热风分布器与雾化器不配套

在喷嘴式雾化器上配旋转风,而在旋转式雾化器上配直流风。这两种形式在生产中都有看到,其结果只能是出现粘壁或者热效率大幅度下降,这显然是错误的。

塔顶中央热风的重要性

在所有的雾化器工作时,液滴刚刚离开雾化器出口时的流速是最高的,随着液滴在空气中的流动,由于空气的阻力,液滴流速迅速衰减,初速能达到130m/s,而终速可接近于零,这就要求我们从式(1)到式(4)中去准确掌握热风应当在何处与液滴接触,从而可以得到最佳的传质、传热速率。

既然雾化器(大多数)是设计在塔顶的中央处的,就应当将热风集中到中央,以相当于湍流形式的气流向液滴群急速冲击;其风量和热量依可干燥颗粒表面水分所需的数量而定。其余部分可以在塔内均匀分布,以完成其它降速段的干燥。只要颗粒表面的水分能够快速干燥,就能够在很大程度上防止塔的粘壁。

高速气流与雾化器喷出口越接近,其干燥效率就越高。但在考虑气流流速时,也应同时考虑阻力降与流速平方成正比的关系,并非风速越高就越好。况且风速越高,会使雾滴群向下降,丧失了部分有效的干燥空间。

具体的参数涉及各种物料的特性。但总的趋势是利用气液两相的高速区,迅速干燥液滴表面,从而实现大部分水分的蒸发,这才是真正发挥喷雾干燥的优势。

良好的热风分布器的要素

⑴ 使气液两相接触,混合良好,首先应当使气体分布均匀。为使分布均匀,已经有人介绍过两种方法:①在旋转雾化器的配套设计中,必须用对数螺旋蜗壳[3],使一边进入蜗壳的热风经蜗壳及内部的导风板均匀地进入塔内。② 直流雾化器中的热风分布可采用各种导向直流板 [1],但必须配置喷嘴直流式雾化器。

⑵ 热风分布器出口与雾化器喷液出口尽量靠近,并在两个方向夹角接近90°,以加大剪切力。应利用湍流阶段的优势,缩短干燥时间。

⑶ 当热风分布器出口流速过大时,阻力会呈平方关系增加,故应考虑“系统内的阻力降”,气速选择要慎重。

结束语

近年来在喷雾干燥机装置的设计和制造上,发现有盲目加大干燥塔体积的趋势,这不仅会失去喷雾干燥时间短的优势,而且还增加了造价和设备占用的厂房面积(或体积),对用户不利。

当热风分布器和雾化器合理配置时,干燥塔的体积应当有一个合理的范围,不会相差很大。大的不一定好。随着科技的进步和各种强化措施的应用,干燥塔势必会越做越小。

热风分配器是一个重要的方面,并不代表全部。所以在喷雾干燥器的设计中,选型要根据各种物料的特性,综合各种参数,以期获得一个系统的最佳状态。

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