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噴霧干燥專家
噴霧干燥粘壁的解決方案-江蘇先導干燥科技有限公司
來源：江蘇先導 時間：2020.11.20 點擊次數：
2.1.1 改良干燥塔的結構與材質：在塔體設計時,若塔徑小于噴霧錐最大直徑 ,就會在對著霧滴運動最大軌跡平面上產生嚴重的粘壁。為了防止物料粘壁,可以有意識地適當加大塔壁直徑,使半干物料碰不到壁面就向下掉落。這個辦法有緩解粘壁的作用,但塔徑不宜過大,否則不僅增加設備材料費和設備占地面積,還會降低熱風在塔內的運行速度,影響干燥質量。立式圓錐形噴霧干燥塔容易在錐體部位粘壁,采用立式圓柱體結構能夠克服上述缺點。
噴霧干燥塔塔體多由不銹鋼、碳鋼或鋼筋混凝土制成,這些材料均有親水性,易被濕物料粘附而結疤。如在噴霧干燥塔易結疤的區域內襯接觸角大于90℃的疏水性材料,特別是高分子材料,可有效地減少噴霧干燥塔結疤的機率，內襯材料的選擇要根據噴霧干燥塔工作溫度來確定,如果工作溫度低于100℃,可選擇聚丙烯、聚苯乙烯等作為內襯材料,而對于工作溫度在100～200℃的情況,應選用聚四氟乙烯。采用高分子材料作為噴塔內襯，設計上要充分考慮內襯層與塔體熱膨脹系數的差異。
2.1.2 合理選擇霧化器：霧化器又稱噴嘴 ,是噴霧干燥設備的關鍵部件 ,其結構的不同直接影響液體霧化分散效果,進而影響微粒的粒徑和性能。膏狀物料粘附性極強,不易分散,易于使已分散的物料重新粘結成團,導致來不及干燥而粘壁。同時膏狀物料中的水份和物料的結合狀態屬毛細管水、滲透水、吸附水和結構水,故水份在物料中的傳遞阻力大,如不能設法將物料分散成很小的顆粒以減少傳熱傳質阻力 ,干燥時間的延長也是造成粘壁的重要原因。汪建文等采用在一個噴嘴內實現一次物料三次氣流的二內一外旋轉混合的霧化器,便于拆卸安裝,直徑不超過 10 mm的雜物不會受堵,達到比較理想的霧化效果,避免膏狀物料噴霧干燥的粘壁問題。
鑒于粘度高的物料難以霧化,王開潤在研究中藥桔梗浸膏噴霧干燥時,主張采用三流體式噴嘴代替二流體式噴嘴,并通過提高料液溫度以降低其粘度、增大氣液比等手段提高霧化效果,達到減輕粘壁的目的。采用四流式霧化噴嘴可使霧滴的比表面積增加10倍,提高霧滴尺寸分布均勻度,提高霧化效果，具有連續調節轉速功能的變頻離心霧化器非常適宜食用菌多糖噴霧干燥,可以根據多糖的品種、濃縮液的含固量調節轉速,以改變霧滴大小,達果到少粘或不粘塔壁的效果。
2.1.3 霧化器的正確安裝：氣流式噴嘴和壓力式噴嘴產生的標準噴霧圖形是一個和噴嘴軸線對稱的空心錐 ,霧滴應均勻分布在噴霧錐中。當氣流式噴嘴的氣體通道與液體通道軸心不重合,或壓力式噴嘴孔不圓時,產生的霧錐就不對稱了,霧錐的偏離將導致局部嚴重粘壁。
如果噴霧塔中只安裝一個噴嘴,則噴嘴的軸線要安裝在塔的中心線上,即二者重合。如果需要安裝多個噴嘴,則各噴嘴霧矩間不能重疊,通過調節噴射角度使霧滴不要直接噴射到對面的壁上。噴嘴的振動也是產生粘壁的一個原因,對于旋轉式霧化器,運轉時特別要防止振動。
2.1.4 選用適宜的操作工藝條件：對于氣流式噴霧干燥塔,操作工藝參數主要涉及干燥溫度、進料速率和噴頭壓力。噴霧干燥塔溫度分為進風口溫度和出風口溫度。提高進風口溫度可以增大液滴的蒸發強度,使液滴在接觸塔壁之前表面就已經固化,可有效地減少粘壁損失,提高產品收率。此外,溫度對顆粒粒徑有較大影響,溫度較低時,溶液霧滴達到過飽和的時間延長,瞬間成核速度降低,成核數量減少,因此,所得微粒粒徑增大,導致干燥時間延長。進風口溫度維持不變時,提高出風口溫度可以縮小進出口溫度差,提高熱空氣在塔內的平均溫度,加快干燥速率,有效防止粘塔現象。因此,在物料不失活和沒有低熔點粘壁的前提下，適當提高干燥溫度是有利的。
進料速率對干燥的影響主要體現在蒸發負荷和霧滴顆粒變化兩個方面。一方面,隨著進料速率的增加,蒸發負荷增加,當進風口溫度不變時,出風口溫度降低 ,從而使霧滴與空氣之間的對數平均溫度差Δtm變小,產品含濕量增加引起粘壁;另一方面,進料速率的增加引起霧滴顆粒變大，干燥所需時間τ與液滴直徑d之間的關系可用下式表示：
τ=1.04×10-4d1.87 (1)
由式(1)可見,霧滴直徑變大,所需干燥時間延長,物料粘壁就更容易發生。因此,進料速率應由小到大,逐漸控制在合理范圍內。
在其它條件不變時,提高噴霧壓力則有利于霧滴的細化,因為霧滴的直徑與噴霧壓力的平方根成反比。
d√p tgα/2 = 常數 (2)
式中:d-霧滴直徑 ,m;
p-噴霧壓力, Pa;
α-霧錐角 , rad。
霧滴直徑變小可以加快蒸發的速度,縮短干燥的時間,從這個角度講有利于避免物料粘壁。但另一方面,噴霧壓力的升高可以提高霧滴的噴射初速度,引起射程的增加,使一些霧滴在尚未干燥前就粘貼在塔壁上。
綜上所述,噴頭壓力也有一個合適范圍,應根據物料性質、 干燥塔的特征參數合理設置。對于離心式噴霧干燥器,就應選擇好旋轉盤轉速。
2.1.5 熱風在塔內的運動狀態：熱風在塔內的運行狀態直接影響粘壁狀況。佛明義等在解決石油化工產品噴霧干燥粘壁問題時,采用了順流風和夾帶少量團粒的旋轉風相結合的方法,當二者流量分別為 180m3/h和120m3/h時,即二者比值1.5時，塔壁沖刷干凈,取得了滿意效果。實踐證明,在總的進塔熱風量一定的情況下,用于保護層的風量與用于干燥的風量,兩者的比例會影響霧滴的干燥效果。如果保護層的風量過大,反而使塔的粘壁增加,這是因為起干燥作用的風量減小,霧滴在沒徹底干燥前與內壁接觸而粘附。
采用多段氣幕封壁法對解決乳品粘壁有較好的效果。該方法的原理是對常規干燥塔結構加以改造,采用自上而下直徑逐漸增大的塔壁,并在每段上部沿周向開若干個小孔,在塔外增加一層直徑不變的外壁,形成一個夾層。冷空氣由風機引入夾層,并通過每段的周向孔射入塔內,射流沿垂直向下方向形成氣幕。如果射流速度、空氣流量適當,每段氣幕可首尾相接。這就等于把塔內壁用氣流封住,以防止半干物料粘附在塔壁上。這套方案在塔體結構上比普通干燥塔復雜些 ,增加了一定加工量。
引風量對粘壁有影響。由于噴霧干燥過程是在微負壓下操作,霧滴能否達到干燥效果并及時抽走干燥物料取決于引風量。引風量適當增加能夠提高噴霧干燥產率,但如果引風量過大,霧滴在塔內停留時間過短,霧滴就會產生半濕物料粘于塔的底部(即塔錐體);如果引風量過小,雖然霧滴在塔內停留時間延長,但不能把干燥物料及時抽走,霧滴會粘附于干燥物料表面,隨熱風旋轉流粘于塔直筒壁上。
