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噴霧干燥核心技術的研究進展

作者:查建軍 人氣:發表時間:2021/5/10 16:54:55

霧干燥技術的核心是流化技術,具有從流體到固體瞬時干燥的突出優勢。其設備一般是由霧化器(噴頭)、干燥室、進出氣及物料收集回收系統等組成。

    1.1 霧化形式
    不同的霧化器可以產生不同的霧化形式,按照不同的霧化形式可以將噴霧干燥分為氣流式霧化、壓力式霧化和離心式霧化。
    氣流式霧化利用壓縮空氣(或水蒸氣)高速從噴嘴噴出并與另一通道輸送的料液混合,借助空氣(或蒸氣)與料液兩相間相對速度不同產生的摩擦力,把料液分散成霧滴。根據噴嘴的流體通道數及其布局,氣流式霧化器又可以分為二流體外混式、二流體內混式、三流體內混式、三流體內外混式以及四流體外混式、四流體二內一外混式等等。氣流式霧化器的結構簡單,處理對象廣泛,但能耗大。

    壓力式霧化  利用壓力泵將料液從噴嘴孔內高壓噴出,直接將壓力轉化為動能,使料液與干燥介質接觸并被分散為霧滴。壓力式霧化器生產能力大,耗能??;細粉生成少,能產生小顆粒,固體物回收率高。

    離心式霧化 利用高速旋轉的盤或輪產生的離心力將料液甩出,使之與干燥介質接觸形成霧滴。離心式霧化器受進料影響(如壓力)變化??;控制簡單。

    三種霧化原理的理論研究,主要是圍繞噴霧器關鍵參數與霧化性能展開,黃立新等對此有綜述報道。這方面研究將有助于噴霧器性能的改進,也有利于應用過程中根據噴霧料液及其產品要求對霧化器進行選擇。
    中藥提取液的噴霧干燥,基本上是以離心式霧化和氣流式霧化為進行的,而后者以小型試驗設備多見。從霧化的實現而言,壓力式霧化需要高壓泵與較大霧化空間,氣流式霧化能耗又很高,這些都限制了它們的應用。相對而言,離心式霧化器技術要求相對較低,是最容易實現的。

    1.2噴霧干燥機理研究
    噴霧干燥的效果影響因素很多,除霧化器外,還有干燥室、進出氣及物料收集回收系統以及整個干燥器系統。國內外研究人員進行了噴霧干燥的數學模型研究,以期給出干燥室內氣體流動狀態和各種熱力學參數的分布信息,這對噴霧干燥器的設計、優化以至干燥效果的提高具有重要意義。吳中華等應用氣一粒兩相流理論和計算流體力學(CFD),結合噴霧干燥的特點,建立了模擬噴霧干燥室內氣體一顆粒兩相湍流流動的CFD模型,并對實驗室脈動燃燒噴霧干燥過程進行了數值模擬。其結果具有詳細、直觀的特點;模擬得到的噴霧干燥室內氣相流場和各種熱力學參數的分布信息,可以為噴霧干燥器的設計,干燥過程的優化提供參考。戴命和等進行了噴霧干燥過程的熱力學建模及仿真,根據質平衡原理、熱平衡原理和牛頓定律推導了逆流噴霧干燥過程的一維雙向靜態熱力學數學模型;它包括了物料溫度方程、熱風溫度方程、顆粒速度方程、熱風濕含量方程、物料含水率方程:用MATLAB仿真后,得到了增大空氣量比提高空氣溫度更具技術經濟性的結論。

    1.3噴霧工藝優化
    在噴霧干燥的實驗研究方面,康智勇_6 J研究了壓力式噴霧干燥塔噴嘴孔徑對粉料的影響,認為大孔徑更適于噴霧顆粒的分布向大顆粒集中。王曉蘭等在工廠大生產條件下研究了噴霧干燥的粉粒分布的影響因素,分析了陶瓷坯料泥漿粘度、含水率、噴霧壓力、噴霧器孔徑與粉粒粒度分布之間的關系,得出其影響系數由大至小分別為噴霧器孔徑、壓力、粘度、含水率等。在對農藥水分散性顆粒噴霧干燥過程的研究中,楊志生等分析了干燥進氣溫度、進料量對干燥產品的懸浮率、粒子密度、粒子形狀等的影響。

    噴霧干燥在越來越廣泛的應用過程中,已經不僅限于傳統的干燥模式,劉相東等進行了脈動氣流的噴霧干燥研究。利用脈動燃燒產生的高頻脈動為氣流對NaCI溶液進行了噴霧干燥試驗,結果表明:高溫、高頻振蕩氣流下的噴霧干燥比傳統噴霧干燥的蒸發速率提高了2.5倍。

    1.4噴霧干燥技術的發展趨勢
    噴霧干燥技術的廣泛應用,其優勢明顯,但其理論仍然落后于實踐。突出表現在干燥理論的實踐指導性差。干燥動力學、非球形顆粒的干燥模擬、噴霧干燥等領域有待進行深入研究。噴霧干燥熱效率低。當進風溫度小于1500(;時,其熱容量系數較低,為80~400Kj·m-1·h-1·℃-1,因而蒸發強度??;一般的氣流干燥、流化床干燥的熱容量系數則大于4000Kj·m-1·h-1-℃-1。因此,噴霧干燥的節能降耗問題就比較突出;亞高溫噴霧干燥(進風溫度60~150℃)、常溫噴霧干燥(進風溫度60℃以下)、降低能耗與多級干燥都將是今后的研究重點。另外,噴霧干燥技術與具體的應用領域結合還將用于噴霧冷卻造型、噴霧反應、噴霧吸收、噴霧涂層和噴霧造粒等領域。


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