【文章內容簡介】 有較低的松密度。對于逆流式，塔頂噴出的霧滴與塔底上來的較濕空氣相接觸，因此濕分蒸發(fā)速率較并流式為慢。塔頂最熱的干空氣與最干的顆粒相接觸，所以對于能經(jīng)受高溫、要求濕含量較低和松密度較高的非熱敏性物料，采用逆流式最合適。此外，在逆流操作過程中，全過程的平均溫度差和分壓差較大，物料停留時間長，有利于過程的傳熱傳質，熱能的利用率也 較高。對于混合流操作，實際上是并流和逆流兩者的結合，其特性也介于兩者之間。對于能耐高溫的物料，采用這種操作方式最為合適。 操作條件 在設計噴霧干燥器時，首 先必須確定設計參數(shù)，它包括以下內容： ① 要求獲得的產(chǎn)品的性質，粗?；蚴羌毩?，空心或是實心結構，松密度的高低等； ② 選用的霧化方法； 圖 1 10 逆流型 噴霧干燥器 圖 1 11 混合流型噴霧干燥器 化工原理課程設計 第 12 頁 ③ 進料的濃度； ④ 干燥溫度，包括進氣溫度和排氣溫度； ⑤ 產(chǎn)品的排出方法及粉塵的回收形式； ⑥ 熱源； ⑦ 對設備材料的要求。 霧化器型式 霧化器是噴霧干燥裝置中的關鍵部件，它的設計直接影響到產(chǎn)品質量的技術經(jīng)濟指標。根據(jù)能量使用的不同，通常將霧化器分為氣流式、旋轉式及壓力式三種。 氣流式霧化器 氣流式噴霧是利用 蒸汽或壓縮空氣的高速運動（一般為 200~300m/s），使料液在噴嘴出口處即產(chǎn)生液膜分裂并被霧化。由于料液速度不大（一般低于2m/s），而氣流速度很高，兩種流體存在著相當高的相對速度，液膜被拉成絲狀，然后分裂成細小的霧滴。氣體壓力一般為~。 根據(jù)流體通道的多少將氣流式噴嘴分為二流式、三流式及四流式 幾種。典型的氣流式霧化器結構如圖 1－ 12所示。 旋轉式霧化器 旋轉式霧化器是將溶液供給到高速旋轉的離心盤上，由于受到離心力及氣液間的相對速度而產(chǎn)生的摩擦力的作用，液體被拉成薄膜，并以不斷增長的速度由盤的邊緣甩出而形成霧滴。 根據(jù)圓盤的結構的不同，旋轉式霧化器可分為光滑盤和非光滑盤式霧化器。典型的旋轉式霧化器的結構如圖 1－ 13~圖 1－ 15所示。 圖 1 12 典型的氣流式 霧化器 1鎖緊帽； 2空氣噴嘴； 3噴嘴； 4墊片； 5噴嘴本體； 6堵絲 圖 1 13 旋轉式 霧化器 1電動機； 2小齒輪； 3大齒輪；4機體； 5底座； 8軸承；7調節(jié)套筒； 9主軸； 10 霧化盤 ； 11分配器 化工原理課程設計 第 13 頁 壓力式霧化器 壓力式霧化器又稱機械式霧化器，它是利用高壓泵使液體獲得很高的壓力（ 2~20MPa），并以一定的速度沿切線方向進入噴嘴的旋轉室，使液體形成旋轉運動，根據(jù)角動量守恒定律，愈靠近軸心，旋轉速度愈大，其靜壓強愈小，在噴嘴中央形成一股空氣流，而液體則形成繞空氣心旋轉的環(huán)形薄膜從噴嘴噴出，然后液膜伸長變薄并拉成絲，最后分 裂成小霧滴，其過程可見圖 1－ 16。壓力式霧化器可分為旋轉型及離心型兩類。 圖 1－ 14 光滑盤旋轉霧化器的主要類型 化工原理課程設計 第 14 頁 圖 1－ 15 非光滑式霧化器結構示意圖 圖 1－ 16 壓力式噴嘴的工作原理示意圖 霧化器的比較和選擇 A 霧化器的比較 工業(yè)噴霧干燥常采用的壓力式、旋轉式和氣流式三種霧化器各有特點，如表 格 1 所示，其缺點如表 1－ 2所示。 表格 1 三種霧化器的比較 比較的條件 氣流式 壓力式 旋轉式 料液條件 一般溶液 懸浮液 膏糊狀料液 處理量 可以 可以 可以 調節(jié)范圍較大 可以 可以 不可以 調節(jié)范圍最窄 可以 可以 不可以 調節(jié)范圍廣，處理量大 化工原理課程設計 第 15 頁 加料方式 壓力 泵 泵的維修 泵的價格 低壓 ~ 離心泵 容易 低 高壓 ~ 多用柱塞泵 困難 高 低壓 ~ 離心泵或其他 容易 低 霧化器 價格 維修 動力消耗 低 最容易 最大 低 容易 較小 高 不容易 最小 產(chǎn)品 顆粒粒度 顆粒的均勻性 最終含水量 較細 不均勻 最低 粗大 均勻 較高 微細 均勻 較低 塔 塔徑 塔高 小 較低 小 最高 最大 最低 型式 優(yōu)點 缺點 旋轉式 操作簡單，對物料適應性強，操作彈性大；可以同時霧化兩種以上的物料；操作壓力低；不易堵塞，腐蝕性??；產(chǎn)品粒度分布均勻 不適于逆流操作；霧化器及動力機械的造價高；不適于臥式干燥器，制備粗大顆粒時，設計上有上限 壓力式 大型干燥塔可以用幾個霧化器；適于逆流操作；霧化器造價便宜；產(chǎn)品顆粒粗大 料液物性及處理量改變時，操作彈性變化??；噴嘴易磨損，磨損后引起霧化性能變化；要有高壓泵，對于腐蝕性物料要有特殊材料；要生產(chǎn)微細顆粒時，設計上有下限 氣流式 適于小型生產(chǎn)或實驗設備 ；可以得到20μm以下的霧滴；能處理粘度較高的物料 動力消耗大 B 霧化器的選擇 對于任何霧化器的要求都是產(chǎn)生盡可能均勻的霧滴。如果有幾種不同的霧滴可供選擇時，就應考慮哪一種能經(jīng)濟地生產(chǎn)出性能最佳的霧滴。 ⑴ 根據(jù)基本要求進行選擇。一個理想的霧化器應具有下列基本特征： ① 結構簡單； ② 維修方便； ③ 大小型干燥器都可采用； ④ 可以通過調整霧化器的操作條件控制霧滴直徑分布； ⑤ 可用泵輸送設備、重力供料或虹吸進料操作； ⑥ 處理物料時無內部磨損。 有些霧化器雖然具有上述部分或全部特點，但由于出現(xiàn)下列不希望產(chǎn)生的情況也不應選用，如：霧化器操作方法與所需的供料系統(tǒng)不相匹配；霧化器產(chǎn)生的液滴特征與干燥室的結構不相適應；霧化器的安裝空間不夠。 ⑵ 根據(jù)霧滴要求進行選擇。在適當?shù)牟僮鳁l件下，三種霧化器可以產(chǎn)生出粒度分布類 化工原理課程設計 第 16 頁 似的料霧。在工業(yè)進料速率情況下，如果要求產(chǎn)生粗液滴時，一般都采用壓力式噴嘴；如果要產(chǎn)生細液滴時，則采用旋轉式霧化器。 ⑶ 選擇的依據(jù)。若已確定某種物料適用于噴霧干燥法進行干燥，那么，接著要解決的問題是選擇霧化器。在選擇時，應考慮下列幾個方面。 ① 在霧化器進料范圍內，能達到完全霧化。旋轉式或噴嘴式霧化器（包括壓力式和氣流式）在低、中、高速的供料范圍內，都能滿足各種生產(chǎn)能力的要求。 ② 料液完全霧化時，霧化器 所需的功率（霧化器效率）問題。對于大多數(shù)噴霧干燥來說，各種霧化器所需的功率大致為同一數(shù)量級。在選擇霧化器時，很少把所需功率作為一個重要問題來考慮。實際上，輸入霧化器的能量遠遠超過理論上用于分裂液體為霧滴所需的能量，因此，其效率相當?shù)?。通常只要在額定容量下能夠滿足所要求的噴霧特性就可以了，而不考慮效率這一問題。例如三流體噴嘴的效率特別低，然而只有用這種霧化器才能使某種高粘度料液霧化時，效率問題也就無關緊要了。 ③ 在相同進料速率條件下，滴徑的分布情況。在低等和中等進料速率時，旋轉式和噴嘴式霧化器得到的霧滴直徑 分布可以具有相同的特征。在高進料速率時，旋轉式霧化器所產(chǎn)生的霧滴一般具有較高的均勻性。 ④ 最大和最低滴徑（霧滴的均勻性）的要求。最大、最小或平均滴徑通常有一個范圍，這個范圍是產(chǎn)品特性所要求的。葉片式霧化輪、二流體噴嘴或旋轉氣流杯霧化器，有利于要產(chǎn)生細霧滴的情況。葉片式霧化輪或壓力式噴嘴一般用于生產(chǎn)中等滴徑的情況，而光滑盤霧化輪或壓力式噴嘴適用于粗霧滴的生產(chǎn)。 ⑤ 操作彈性問題。從運行的觀點出發(fā)，旋轉式霧化器比噴嘴式霧化器的操作彈性要大。旋轉式霧化器可以在較寬的進料速率下操作 ，而不至于使產(chǎn)品粒度有明顯的變化 ，干燥器的操作條件也不需改變霧化輪的轉速。 對于給定的噴嘴來說，要增加進料速率，就需增加霧化壓力，同時滴徑分布也就改變了。如果對霧滴特性有嚴格的要求，就需采用多個相同的噴嘴。如果霧化壓力受到限制，而對霧滴特性的要求也不是很高時，只需改變噴嘴孔徑就可以滿足要求。 ⑥ 干燥室的結構要適應于霧化器的操作。選擇各種霧化器時，干燥室的結構起著重要作用。從這一觀點出發(fā)，噴嘴型霧化器的適應性很強。噴嘴噴霧的狹長性質，能夠使其被置于并流、逆流和混合流操作的干燥室中，熱風分布器產(chǎn)生旋轉的或平行的氣流都可以，而旋轉式霧化器一般 需要配置旋轉的熱風流動方式。 ⑦ 物料的性質要適應于霧化器的操作。對于低粘度、非腐蝕性、非磨蝕性的物料，旋轉式和噴嘴式霧化器都適用，具有相同的功效。 霧化輪還適用于處理腐蝕性和磨蝕性的泥漿及各種粉末狀物料，在高壓下用泵輸送有問題的產(chǎn)品，通常首先選用霧化輪（盡管氣流式噴嘴也能處理這樣的物料）。 氣流式噴嘴是處理長分子鏈結構的料液（通常是高粘度及非牛頓型流體）的最好霧化設備。對于許多高粘度非牛頓型料液還可先預熱以最大限度地降低粘度，然后再用旋轉型或噴嘴型霧化器進行霧化。 每一種霧化器都可能有一些它不能適用的情況。例如含纖維質的料液不宜用壓力式噴嘴進行霧化。如果料液不能經(jīng)受撞擊，或雖然能夠滿足噴料量的要求，但需要的霧化空氣量太大，則氣流式噴嘴不適合。如果料液是含有長鏈分子的聚合物，用葉輪式霧化器只能得到絲狀產(chǎn)物而不是顆粒產(chǎn)品。 化工原理課程設計 第 17 頁 ⑧ 有關該產(chǎn)品的霧化器實際運行經(jīng)驗。對于一套新的噴霧干燥裝置，一般要根據(jù)該產(chǎn)品噴霧干燥的已有經(jīng)驗來選擇霧化器。對于一個新產(chǎn)品，必須經(jīng)過實驗室試驗及中間試驗，然后根據(jù)試驗結果選擇最合適的霧化器。 根據(jù)以上原理及 理論，本干燥過程 選取開放式噴霧干燥裝置系統(tǒng)，并流干燥及壓力式霧化器 。 已知日處理量 30噸鮮奶，三班（ 8小時 /班） 鮮奶含水量 x0＝ 88%；濃縮奶含水量 x1＝ 58%；成品含水量 x2≤3% 物料衡算 時處理量 Gc＝ G0(1－ x0)/(38)＝ 3010^3(1－ 88%)/24＝ 150kg/h X1＝ x1/(1－ x1)＝ 58%/(1－ 58%)＝ X2＝ x2/(1－ x2)＝ 3%/(1－ 3%)＝ W＝ Gc(X1－ X2)＝ 150(－ )＝ 圖 1－ 17 噴霧干燥流程圖 熱量衡算 根據(jù)濕焓圖查得 夏季： t0＝ 25℃ ， ψ0＝ 78%， H0＝ 冬季： t0＝ 15℃ ， ψ0＝ 70%， H0＝ 已知： r0＝ 2500kJ/kg， Cpg＝ kJ/(kg℃ )， Cpl＝ kJ/(kg℃ ) cpm2＝ kJ/(kg℃ )， θ1＝ 50℃ ， θ2＝ 60℃ ， Cpv＝ kJ/(kg℃ ) 取熱空氣進口溫度 t1＝ 160℃ ，出口溫度 t2＝ 85℃ 。 化工原理課程設計 第 18 頁 夏季時， H1＝ H0＝ 則 Q＝ V(cpg+cpvH1)(t1－ t0) ＝ V(+)(160－