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噴霧干燥核心技術(shù)的研究進(jìn)展

作者:查建軍 人氣:發(fā)表時間:2021/5/10 16:54:55

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

    1.1 霧化形式
    不同的霧化器可以產(chǎn)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(chǎn)生的摩擦力,把料液分散成霧滴。根據(jù)噴嘴的流體通道數(shù)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(nèi)混式、三流體內(nèi)混式、三流體內(nèi)外混式以及四流體外混式、四流體二內(nèi)一外混式等等。氣流式霧化器的結(jié)構(gòu)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(nèi)高壓噴出,直接將壓力轉(zhuǎn)化為動能,使料液與干燥介質(zhì)接觸并被分散為霧滴。壓力式霧化器生產(chǎn)能力大,耗能??;細(xì)粉生成少,能產(chǎn)生小顆粒,固體物回收率高。

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

    三種霧化原理的理論研究,主要是圍繞噴霧器關(guān)鍵參數(shù)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(jìn),也有利于應(yīng)用過程中根據(jù)噴霧料液及其產(chǎn)品要求對霧化器進(jìn)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(jìn)行的,而后者以小型試驗設(shè)備多見。從霧化的實現(xiàn)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(yīng)用。相對而言,離心式霧化器技術(shù)要求相對較低,是最容易實現(xiàn)的。

    1.2噴霧干燥機(jī)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(jìn)出氣及物料收集回收系統(tǒng)以及整個干燥器系統(tǒng)。國內(nèi)外研究人員進(jìn)行了噴霧干燥的數(shù)學(xué)模型研究,以期給出干燥室內(nèi)氣體流動狀態(tài)和各種熱力學(xué)參數(shù)的分布信息,這對噴霧干燥器的設(shè)計、優(yōu)化以至干燥效果的提高具有重要意義。吳中華等應(yīng)用氣一粒兩相流理論和計算流體力學(xué)(CFD),結(jié)合噴霧干燥的特點,建立了模擬噴霧干燥室內(nèi)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(jìn)行了數(shù)值模擬。其結(jié)果具有詳細(xì)、直觀的特點;模擬得到的噴霧干燥室內(nèi)氣相流場和各種熱力學(xué)參數(shù)的分布信息,可以為噴霧干燥器的設(shè)計,干燥過程的優(yōu)化提供參考。戴命和等進(jìn)行了噴霧干燥過程的熱力學(xué)建模及仿真,根據(jù)質(zhì)平衡原理、熱平衡原理和牛頓定律推導(dǎo)了逆流噴霧干燥過程的一維雙向靜態(tài)熱力學(xué)數(shù)學(xué)模型;它包括了物料溫度方程、熱風(fēng)溫度方程、顆粒速度方程、熱風(fēng)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(shù)經(jīng)濟(jì)性的結(jié)論。

    1.3噴霧工藝優(yōu)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(rèn)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(chǎn)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(guān)系,得出其影響系數(shù)由大至小分別為噴霧器孔徑、壓力、粘度、含水率等。在對農(nóng)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(jìn)氣溫度、進(jìn)料量對干燥產(chǎn)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(yīng)用過程中,已經(jīng)不僅限于傳統(tǒng)的干燥模式,劉相東等進(jìn)行了脈動氣流的噴霧干燥研究。利用脈動燃燒產(chǎn)生的高頻脈動為氣流對NaCI溶液進(jìn)行了噴霧干燥試驗,結(jié)果表明:高溫、高頻振蕩氣流下的噴霧干燥比傳統(tǒng)噴霧干燥的蒸發(fā)速率提高了2.5倍。

    1.4噴霧干燥技術(shù)的發(fā)展趨勢
    噴霧干燥技術(shù)的廣泛應(yīng)用,其優(yōu)勢明顯,但其理論仍然落后于實踐。突出表現(xiàn)在干燥理論的實踐指導(dǎo)性差。干燥動力學(xué)、非球形顆粒的干燥模擬、噴霧干燥等領(lǐng)域有待進(jìn)行深入研究。噴霧干燥熱效率低。當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度小于1500(;時,其熱容量系數(shù)較低,為80~400Kj·m-1·h-1·℃-1,因而蒸發(fā)強度?。灰话愕臍饬鞲稍?、流化床干燥的熱容量系數(shù)則大于4000Kj·m-1·h-1-℃-1。因此,噴霧干燥的節(jié)能降耗問題就比較突出;亞高溫噴霧干燥(進(jìn)風(fēng)溫度60~150℃)、常溫噴霧干燥(進(jìn)風(fēng)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(shù)與具體的應(yīng)用領(lǐng)域結(jié)合還將用于噴霧冷卻造型、噴霧反應(yīng)、噴霧吸收、噴霧涂層和噴霧造粒等領(lǐng)域。


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