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噴霧干燥機原理

實驗室用小型噴霧干燥機的架構圖

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實驗室用小型噴霧干燥機的架構圖

      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。空氣經鼓風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。
(一)實驗室用小型噴霧干燥機技術進展
  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)實驗室用小型噴霧干燥機解決粘壁問題
  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:

實驗室用小型噴霧干燥機解決粘壁問題
  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。

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