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喷雾干燥热风分布器的设计原则

长期以来,对喷雾干燥装置的注意,一般着力于:
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。
唐金鑫等在热风分布器设计要求中,提出三条重要的原则[3],都强调了热风分布对喷雾干燥的重要性。在随后出现的装置中,发现大多数企业仍然没有给予足够的重视,只是从结构上做到“形似”而实质仍未掌握,⑴ 在塔内同一截面上温度差较大,导致物料局部粘壁;
⑵ 由于气液两相接触不合理,使干燥强度大为下降,于是干燥塔的体积越做越大;
⑶ 在一台比原设计处理量大为减小的干燥塔中,未注意热风分布的流速范围,降低了干燥强度,物料仍然大量粘壁;
因此,我们认为热风分布器的设计正确与否,直接影响到干燥系统运行的成败。本文拟在以前知识的基础上,提出气液两相接触的合理方式,以求对热风分布器设计有正确的分析和指导。
(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。
当然粘壁的形式还要联系到雾化机的喷距、干燥塔的设计以及物料的玻璃态转变温度等。这些问题已在[1]中有详细的介绍。将热风分散处理会减少中央区的热风量,从而降低流速,导致热风的利用率降低。
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。
3 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蕞高的,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,从而可以得到蕞佳的传质、传热速率。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。
4 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,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,但必须配置喷嘴直流式雾化器。
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