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噴霧干燥設(shè)備是將液狀物料通過(guò)霧化器形成噴霧狀態(tài)(細(xì)微分散狀態(tài)),霧滴在沉降過(guò)程中,水分被熱空氣氣流蒸發(fā)而進(jìn)行脫水干燥的過(guò)程。干燥后得到的粉末狀或顆粒狀產(chǎn)品和空氣分開(kāi)后收集在一起,在這一個(gè)工序同時(shí)完成噴霧與干燥兩種工藝。
噴霧干燥一般分為三個(gè)階段:預(yù)熱階段,等速階段,減速階段。
(1)階段預(yù)熱階段——料液的霧化
料液霧化為霧滴和霧滴與熱空氣的接觸、混合是噴霧干燥的特征。霧化的目的在于將料液分散為微細(xì)的霧滴,具有很大的表面積,霧滴的大小和均勻程度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量
和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)影響很大,特別是對(duì)熱敏性物料的干燥尤為重要。如果噴出的霧滴大小不均勻,就會(huì)出現(xiàn)大顆粒還沒(méi)達(dá)到干燥要求,而小顆粒卻已干燥過(guò)度而變質(zhì)。因此,料液霧化所用的霧化器是噴霧干燥的關(guān)鍵部件。目前常用的霧化器可作如表1-1所示的分類。常用的霧化器有氣流式、壓力式和旋轉(zhuǎn)式。
壓力式噴霧干燥器是通過(guò)高壓設(shè)備給料液加壓后通過(guò)霧化器霧化,其壓力一般在2~20MPa。這種結(jié)構(gòu)在食品、輕工業(yè)、染料行業(yè)使用最多??梢栽谝凰?nèi)安裝多個(gè)霧化器,處理量能夠達(dá)到2000kg/h。它對(duì)料液的要求較高,在進(jìn)霧化器前必須進(jìn)行過(guò)濾,以防雜質(zhì)堵塞霧化器。在常用的三種霧化器中,這種結(jié)構(gòu)較緊湊,生產(chǎn)能力大,耗能量最少,而且改變內(nèi)部元件能改變不同的霧炬形狀。調(diào)節(jié)霧化壓力能調(diào)整產(chǎn)品粒度,主要缺點(diǎn)是在一定的霧化壓力下噴霧量不能在線調(diào)節(jié)。
離心式霧化器主要利用高速旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生很大的離心力,使料液被甩出去而分散霧化,在食品、染料、化肥工業(yè)中使用較多。使用離心霧化器有兩個(gè)主要目的,一個(gè)是以干燥為主,這類霧化器是高速旋轉(zhuǎn)軸和不同結(jié)構(gòu)的圓盤組成,工業(yè)生產(chǎn)用的離心式霧化器轉(zhuǎn)速為7000~30000r/min,線速度為100~300m/s。另一類主要以造粒為主,輔以干燥過(guò)程,主要用在化肥工業(yè)中,轉(zhuǎn)速多數(shù)在300~500r/min。離心式霧化器的特點(diǎn)是可以處理較粘稠,料液內(nèi)含有顆粒的物料,特點(diǎn)是霧化均勻,不易堵霧化器,能量消耗高于壓力式而低于氣流式。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,霧化器在高溫區(qū)工作,維修量較大,霧化器產(chǎn)生水平霧焰,需要較大的設(shè)備半徑。
(2) 噴霧干燥的第二階段——霧滴和空氣的接觸(混合、流動(dòng)、干燥)
霧滴與空氣的接觸、混合及流動(dòng)是同時(shí)進(jìn)行的傳熱傳質(zhì)過(guò)程,即干燥過(guò)程。此過(guò)程在干燥塔內(nèi)進(jìn)行。霧滴的接觸方式,混合與流動(dòng)狀態(tài)決定于熱風(fēng)分布器的結(jié)構(gòu)形式、霧化器在塔內(nèi)的安裝位置及廢氣排放方式等。
在干燥塔內(nèi),霧滴-空氣有并流、逆流及混合流。霧滴與空氣的接觸方式不同,對(duì)干燥塔內(nèi)的溫度分布、霧滴(或顆粒)的運(yùn)動(dòng)軌跡、顆粒在干燥塔中的停留時(shí)間及產(chǎn)品性質(zhì)等均有很大影響。
霧滴的干燥過(guò)程也經(jīng)歷著恒速和降速階段。研究霧滴的運(yùn)動(dòng)及干燥過(guò)程,主要是確定干燥時(shí)間和干燥塔的主要尺寸。
(3)噴霧干燥的第三個(gè)階段——干燥產(chǎn)品與空氣分離(通常稱為氣-固分離)
噴霧干燥的產(chǎn)品大多數(shù)都采用塔底出料,部分細(xì)粉夾帶在排放的廢氣中,這些細(xì)粉在排放前必須收集下來(lái),以提高產(chǎn)品收率,降低生產(chǎn)成本;排放的廢氣必須符合環(huán)境保護(hù)的排放標(biāo)準(zhǔn),以防止環(huán)境污染。