_我国喷雾干燥技术研究及进展

L
a
cL
M ρ ρ σ 0 .87 0.07 0 .025 0 .045
a
a
L
L
(3)
三流体内混式喷嘴 :
Ds
1 .05
M M A ρ D D μ L =0 .093 1 .05
M M A ρ σ ρ a
0.28 0 .27 0 .4 0 .5 0 .2
a2 a1 a1 c1 c2 0.38 0 .075 0 .151 0 .0115 a1 a2 a2 L
进的电子变频器 , 由高速电机直接带动雾化盘 , 省
略了齿轮增速机构 , 但其实际使用寿命较短 , 影响
了它的进一步使用 , 有待完善 。 中国林科院林产化
学工业研究所受委托正在进行喷液量为 45t h 的超
大型高速旋转式雾化机的研制开 发 , 预期在 2001
年投入火电厂烟气脱硫运行 , 是配套 125MW 电厂
喷雾干燥技术在世界上已有一百多年的历史 , 但在我国发展起步较晚 。 第一台喷雾干燥 机是 50 年代吉林染料厂从前苏联引进 的旋转式喷雾 干燥 机 , 用于染料的喷雾干燥 。随后 , 我国的科研工作 者对喷雾干燥的主要雾化形式 、 主要的附机设备和 工业上的应用都作了广泛深入地研究 、 开发 , 并获 得了成功[ 1 ～ 6] 。
表 2 同类型雾化机的主要性能比较
型号 振幅/ μm 噪音/ dB 比功耗/ kW (t·h)
国产 RW10T <20 NiRo F160 <32
90 4 .18(圆周速度 151m s) 94 +5 6 .69(圆周速度 151m s)
对于旋转式喷雾干燥装置的设计计算 , 黄立新 等人[ 21] 首次提出了喷雾干燥容积强度 q 的回归计
Ds A0 .5
G
=0 .0039
ρ 0 .0875 L
ρG
M 0 .492 L
MG
DL A0 .5
G
0 .431
(1)
虞子云等通过对二流体外混 、 二流体内混 、 三流体
内混和三流体内外组合混等四种形式的气流喷嘴在
各种结构 尺寸 、 操作条 件 、 料液物性 下的雾化实 验 , 讨论了不同变化参数对雾化性能的影响 。 实验
黄立新等 我国喷雾干燥技术研究及进展
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我国喷雾干燥技术研究及进展
黄立新 王宗濂 唐金鑫
(中国林业科学研究院林产化学工业研究所 , 南京 210042)
回顾中国喷雾干燥技术的发展历史 , 总结过去三十多年在喷雾干燥技 术研究开发 运用中的 主要成果 , 并 提出了二十 一 世纪中国喷雾干燥技术的研究发展方向 。
内高压喷出 , 将压力能转化为动能 , 与干燥介质接
触分散成雾滴 。 孙卫东等根据实际工作经验总结了 一套染料压力喷雾干燥的 设计方法[ 14] , 得 出了压
力喷嘴雾化雾滴的体积面积平均粒径 :
Dvs
=156
×d
μ 0 .6 0 .20
0
p 0.35
(6)
式中 d0 为喷孔直径 , m ;p 为喷雾压力 , mPa 。 对
0 .123
L 0.26 L
(4)
三流体内外组合混式喷嘴 :
0 .97 0.18 0 .39 0.1 0 .4 0 .2 0 .18 0 .028
M M A A ρ D μ σ L
a2 a1
a2 a1 c1 L
L
D =0 .26 s
0.97 0 .35 0 .36 0 .38
M M ρ ρ a1
旋转式雾化是指料液经高速旋转的盘或轮 , 在
离心力作用下 , 从盘或轮边缘甩出 , 与周围介质接
触形成料雾 。80 年 代以前 , 我 国仅上海饮料 机械
厂等少数几家厂生产少量的仅三种规格的旋转盘式
雾化 机 , 且转 速 在 7000r min 左 右 , 喷液 量 小 于
500kg h 。 关 于 旋 转 式 雾 化 器 雾 滴 的 平 均 粒 径 ,
· 54 ·
化学工程 2001 年第 29 卷第 2 期
脱硫的关键机组 。
后者 的分离效率高 达99 .9 %, 压力降 约为1 .77 ～
1 .96kPa 。
2 干燥塔及其附机设备
2 .2 .3 袋式除尘器
2 .1 干燥塔
国内袋式除尘器基本已定型化 , 主要有脉冲和
结果经线性回归整理了雾化液滴索太尔直径的准数 关联方程式[ 8] 。
二流体外混式喷嘴 :
Ds
=0 .002
M A μ ρ 0 .78 0 .29 0 .19 0.185
L
a
LL
M ρ σ 0.73 0 .43 0 .133
a
a
L
(2)
二流体内混式喷嘴 :
Ds
=0 .013
M A D μ 0 .87 0 .13 0 .5 0 .18
压力喷嘴式雾化能生产小颗粒状物料 , 减少细 粉飞扬 , 提高干粉回收率 , 且喷嘴制造简单 , 加工 方便 , 在工业上有较广的应用 。 王宗濂等首次把压 力式喷嘴雾化干燥和流态化干燥 、 冷却结合起来 , 形成三级干燥装置投放市场 , 下图为乳粉三级干燥 流程图[ 16] 。
乳 粉三 级 干燥 流程 图
算公式 :
q
=((TT12
+273)3 .4287 +273)3 .34
(10)
该 公 式适 用范 围为 :进口 温 度 T1 为 140 ～
400 ℃, 出口温度 T 2 为 70 ～ 120 ℃, 计算误差小于
10 %。
除机械齿轮副增速的旋转式雾化器外 , 高中良 等[ 22] 又研制开发了电动高速旋 转雾化机 , 采用先
K .Master' s[ 17] 应用过如下关系式 :
D vs =1(.N4d×)01.0834(× nhM)00L.1.224
(8)
式中 d 为雾化器转轮直径 , m ;h 为雾化器转轮叶 片高度 , m ;N 为雾化器转速 , r min ;ML 为进料
速率 , kg h ;n 为雾化器叶片数 。 Herring 和 Mashall[ 18] 提出了旋转式雾化 器的喷
a1 a2 L
(5)
式中 Aa1 、 Aa2 为一二次气在喷出口处的环隙面积 , m2 ;Ma1 、 Ma2 为一二 次气的质量流 量 , kg s ;ρa1 、 ρa2为一二次气 的密度 , kg m3 ;Dc1 、 D c2 为一二次 气在内混式喷嘴中与料液混合段的直径 , m ;σL 为 料液的表面张力 , N/m ;μL 为粘度 , Pa·s 。
距计算公式 :
(R ) 99 0.9
=3
.46
×
பைடு நூலகம்
d
M 0 .3 0 L N0 .16
.25
(9)
式中(R 99 )0.9 为雾化 器下 0 .9m 出雾滴 占全喷雾 量
99 %时的雾滴飞翔距离 ,m 。 由此可见 , 旋转式雾化的转速升高 , 雾滴粒径
减小 , 喷距缩短 , 从而增加了雾滴的表面积 , 提高 干燥塔容积的蒸发强度 , 在同等干燥要求下 , 减小 干燥塔体积 , 使干燥塔径变小 , 减少并消除原来普 遍存在的粘壁现象 , 使得提高旋转式雾化机转速成 为发展趋势 。 唐金鑫等[ 19] 首次提出和比较了新旧 两种旋转式雾化机轴系的力学模型 , 在实验基础上 认识到传统的二支点模型的局限性后 , 提出了三支 点的力学模型 , 即在轴的下轴承与转盘之间加设一 间隙较大的滑动轴承 , 此轴承仅起避振作用 。 在此 基础上 , 黄立新等[ 20] 应用有限元方法对大型旋转 式雾化机的三支点轴系进行数学模拟 , 并进行了计 算及测试 , 获取了轴系的 5 阶以内的临界转速 、 振 型及振动节点 (振动量为 0 的地方), 使选取的工 作转速避开了临界共振点 , 提出了轴承位于工作转 速下的振动节点的布置原则 , 使该种机型能长期平 稳 、 安全地运行 。
目前, 我国旋转式雾化机的最大喷液量为 10000kg h , 由中国林 业科学研究 院林产化 学工业 研究所研制成功 , 电机功率 90kW , 转速为 12000r min , 型号为 RW10T 。其整机性能已达到丹麦 NiRo 公司同类产品的性能指标 。 表 2 提供了同类型雾化 机的主要性能比较 。
术成功 地 进行 了 80 %浓 度 的歧 化松 香 的喷 雾 干 燥[ 12] , 解决了高粘度物料长期无法用喷雾 干燥制
粉的问题 , 且可节能 。并在国内首次把气流雾化技
术应用到民爆器材行业 , 利用二流体雾化技术成功 地进行了粉状炸药的喷雾冷却干燥[ 13] 。
1 .2 压力式喷嘴雾化
压力式喷嘴雾化是利用压力泵将料液从喷嘴孔
杨庆贤曾对气流式喷嘴及气流式喷雾干燥的设 计计算进行尝试 , 并得 出了简单的设 计方法[ 9 , 10] 。
樊希山等应用 Gretzinger 等提出 的实验关联图 , 设
黄立新 , 男, 副教授 、 硕士 , 主要从事喷雾干燥领域的研究 、 设计及工程咨询和其他相关干燥技术的研究开发 。
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于含有不溶固体物的雾滴来说 , 液滴在干燥前后的
直径用下式换算 :
D s = DL ×
ρL ρs
×11
+x2 +x1
(7)
D L 为 干 燥 后 粒 径 ;x1 、 x2 为 干 燥 前 后 的 含 固 量 , %;ρL 为干燥后粉密度 , kg m3 。
樊希山等根据实验及生产经验数据 , 确定了压 力式喷嘴的主要结构尺寸与操作条件之间的关系 , 运用全塔的热量及物料衡算确定塔内气相负荷 , 并 通过模拟液滴在空气中飞行的轨迹来估算压力喷嘴 式干燥塔的直径及高度[ 15] 。