噴霧干燥機(jī)半濕物料粘壁原因與解決途徑

問題
噴霧干燥是利用霧化器將料液分散為細(xì)小的霧滴，并在熱干燥介質(zhì)中蒸發(fā)溶劑形成干粉產(chǎn)品的干燥技術(shù)。噴霧干燥具有蒸發(fā)面積大、干燥時(shí)間短、對(duì)其破壞少等優(yōu)點(diǎn)，已越來越多地應(yīng)用于熱敏性材料的干燥。在噴霧干燥過程中，干燥的物料粘在干燥塔內(nèi)壁上，稱之為粘壁。粘壁后的物料由于長時(shí)間停留在熱的內(nèi)壁上，有可能被燒焦或變質(zhì)，影響產(chǎn)品質(zhì)量。粘壁物料由于不能被引風(fēng)及時(shí)帶出干燥塔，會(huì)造成產(chǎn)品收率下降，當(dāng)粘壁現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，為了去掉粘壁物料，需要中途停止噴霧干燥，使操作周期增加，生產(chǎn)能力下降。因此，粘壁現(xiàn)象一直是困擾噴霧干燥設(shè)計(jì)者和操作者的一大技術(shù)難題。

解決辦法

改良干燥塔的結(jié)構(gòu)與材質(zhì)在塔體設(shè)計(jì)時(shí)，若塔徑小于噴霧錐很大直徑，就會(huì)在對(duì)著霧滴運(yùn)動(dòng)很大軌跡平面上產(chǎn)生嚴(yán)重的粘壁。為了不讓物料粘壁，可以有意識(shí)地適當(dāng)增加塔壁直徑，使半干物料碰不到壁面就向下掉落。這個(gè)辦法有減少粘壁的作用，但塔徑不宜過大，否則不僅增加設(shè)備材料費(fèi)和設(shè)備占地面積，還會(huì)減少熱風(fēng)在塔內(nèi)的運(yùn)行速度，影響干燥質(zhì)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(jié)構(gòu)能夠克服上述缺點(diǎn)。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(jié)疤。如在噴霧干燥塔易結(jié)疤的區(qū)域內(nèi)襯接觸角大于9O℃的疏水性材料，對(duì)于高分子材料，可減少噴霧干燥塔結(jié)疤的機(jī)率。關(guān)于疏水性材料的選擇要根據(jù)噴霧干燥塔工作溫度來判斷，如果工作溫度低于100℃，可選擇聚丙烯、聚苯乙烯等作為內(nèi)襯材料，而對(duì)于工作溫度在100—200℃的情況，應(yīng)選用聚四氟乙烯。采用高分子材料作噴霧干燥塔內(nèi)襯，設(shè)計(jì)上要考慮內(nèi)襯層與塔體熱膨脹系數(shù)的差異。

合理選擇霧化器霧化器又稱噴嘴，是噴霧干燥設(shè)備的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)的不同直接影響液體霧化分散功能，進(jìn)而影響微粒的粒徑和性能。膏狀物料粘附性強(qiáng)，不易分散，易于使已分散的物料重新粘結(jié)成團(tuán)，導(dǎo)致來不及干燥而粘壁。同時(shí)膏狀物料中的水份和物料的結(jié)合狀態(tài)屬毛細(xì)管水、吸附水和結(jié)構(gòu)水，故水份在物料中的傳遞阻力大，如不能設(shè)法將物料分散成很小的顆粒以減少傳熱傳質(zhì)阻力，干燥時(shí)間的增加也是造成粘壁的重要原因。采用在一個(gè)噴嘴內(nèi)實(shí)現(xiàn)一次物料三次氣流的二內(nèi)一外旋轉(zhuǎn)混合的霧化器，便于拆卸安裝，直徑不超過10mm的雜物不會(huì)受堵，達(dá)到比較理想的霧化效果，不讓膏狀物料噴霧干燥的粘壁問題。鑒于粘度高的物料很難霧化，王開潤在研究中藥桔梗浸膏噴霧干燥時(shí)，主張采用三流體式噴嘴代替二流體式噴嘴，減少粘壁。采用四流式霧化噴嘴可使霧滴的比表面積增加1O倍，增加霧滴尺寸分布均勻度。具有連續(xù)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速功能的變頻離心霧化器適宜食用菌多糖噴霧干燥，可以根據(jù)多糖的品種、濃縮液的含固量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，以改變霧滴大小，達(dá)到少粘或不粘塔壁的作用。

霧化器的正確安裝氣流式噴嘴和壓力式噴嘴產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)噴霧圖形是一個(gè)和噴嘴軸線對(duì)稱的空心錐，霧滴應(yīng)均勻分布在噴霧錐中。當(dāng)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(shí)，產(chǎn)生的霧錐就不對(duì)稱了，霧錐的偏離將導(dǎo)致局部嚴(yán)重粘壁。如果噴霧塔中只安裝一個(gè)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(gè)噴嘴，則各噴嘴霧矩間不能重疊，通過調(diào)節(jié)噴射角度使霧滴不要直接噴射到對(duì)面的壁上。噴嘴的振動(dòng)也是產(chǎn)生粘壁的一個(gè)原因，對(duì)于旋轉(zhuǎn)式霧化器。

選用適宜的操作工藝條件對(duì)于氣流式噴霧干燥塔，操作工藝參數(shù)主要涉及干燥溫度、進(jìn)料速率和噴頭壓力。噴霧干燥塔溫度分為進(jìn)風(fēng)口溫度和出風(fēng)口溫度。增加進(jìn)風(fēng)口溫度可以加大液滴的蒸發(fā)強(qiáng)度，使液滴在接觸塔壁之前表面就已經(jīng)固化，可減少粘壁損失，增加產(chǎn)品收率。此外，溫度對(duì)顆粒粒徑有較大影響，溫度較低時(shí)，溶液霧滴達(dá)到過飽和的時(shí)間增加，成核數(shù)量減少，因此，所得微粒粒徑變大，導(dǎo)致干燥時(shí)間長。進(jìn)風(fēng)口溫度維持不變時(shí)，增加出風(fēng)口溫度可以縮小進(jìn)出口溫度差，增加熱空氣在塔內(nèi)的平均溫度，加快干燥速率，可以不讓粘塔現(xiàn)象。因此，在物料不失活和沒有低熔點(diǎn)粘壁的前提下，適當(dāng)增加干燥溫度是好的。

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