影响压力式喷雾造粒的因素和提高效率的途径

影响压力式喷雾造粒的因素和提高效率的
途径
第44卷第1期
82011年2月
江苏陶瓷
JiangsuCeramics
V o1.44,No.1
February,2011
影响压力式喷雾造粒的因素和提高效率的途径
朱军,浦雪琴,陈颖芬
(1.江苏省陶瓷研究所有限公司,宜兴214221;
2.江阴市商品检验检瘦局.江阴214400)
摘要本文对工业陶瓷生产中喷雾造粒系统工作原理及粉料工艺性能作了综述, 分析了生产中压力式喷雾造粒工艺的影响因素,就如何改善粉料质量和提高运转效
率提出意见.
关键词工业陶瓷;喷雾造粒;粉料质量;效率
0引言
现代科技发展要求工业陶瓷的原料颗粒越来越
细.原始粉料的流动性变差,粉料造粒就成为工业陶
瓷生产过程中不可或缺的重要工艺环节.喷雾造粒
制粉是一种通常选用的造粒手段.它采用雾化器将
原料液分散为雾滴,并用热气体f空气,氮气或过热
水蒸气1干燥雾滴而获得产品的一种干燥方法.原料
液可以是溶液,乳浊液,悬浮液,也可以是熔融液或
膏糊液.干燥的颗粒根据需要可制成粉状,颗粒状,
空心球或团粒状喷雾造粒制备的粉料质量不仅直接影响后续成型的压制性能及生坯的强度等,还会对工业陶瓷材料理化性能,产品外观尺寸等方面产生决定性影响,所以喷雾造粒粉料的水分含量,粒度分布,流动性,松装密度等性能对工业陶瓷生产是十分重要的.另外,在保证质量的前提下,调整喷雾造粒工艺来改善提高喷雾干燥机的效率,对于当前的节能减排工作很有意义.
1喷雾造粒系统的基本组成和原理
1.1喷雾造粒系统的基本组成
喷雾造粒机由料浆供给系统(料浆池,泵),雾化
器(喷枪,喷头),干燥塔,热风系统(空气加热器,热
风管,热风分配器),气固分离系统(除尘器,引风机, 排气烟囱)等构成.在喷雾造粒系统传热交换过程中,气液两相的流向一般分为四种类型:(1)并流式
向上喷雾造粒;(2)并流式向下喷雾造粒;(3)逆流式喷雾造粒;(4)混流式喷雾造粒.四种流向各有特点, 其中逆流式和混流式热利用率较高.目前大多数采用逆流式,使用压力式喷嘴雾化器,也就是压力式喷雾造粒机.
收稿日期.2010-10—13
1.2雾化器的分类及压力喷嘴雾化器的工作原理
雾化器一般分三类:压力喷嘴雾化器,离心盘式
雾化器和气流式雾化器.气流式雾化器因动力消耗很大,产品粒度特别细等原因已很少使用.
离心盘式雾化器工作时,料浆在离心盘里高速
旋转,在离心力的作用下向圆盘边缘运动,在运动的过程中逐渐地被加速并扩展成薄膜,最后以很高的速度甩出而成为液滴.离心盘式雾化器不易堵喷枪,
但因其高速运行,设备精密,造价和运行成本较高.
压力式雾化器的工作原理是:喷嘴雾化器安装
在塔的中上部.料浆用泵以较高的压力沿切线槽送
入旋流室,在旋流室内料浆高速旋转形成近似的自
由涡流.越靠近喷嘴中心旋转速度越大而压力越小,
结果在喷嘴的中心孑L附近料浆破裂,料浆在喷嘴内
壁与喷片之间的横截面中心以薄膜的形式向上喷
雾,最后细丝断裂而成为液滴,小液滴与塔顶流人的
热空气接触后,水分迅速蒸发,完成干燥.
喷雾干燥的典型流程如下页图1(a),(b)所示,包
括空气加热系统,原料液供给系统,干燥系统,气固
分离系统以及控制系统.
2.3喷雾干燥辅助设备
空气加热器:常用的有电加热器,液化气加热器
和天然气加热器,空气通过加热器被迅速加热到工
作要求温度,经热分管和热风分配器流人喷塔内与
下部喷出的雾化小液滴进行热交换.
热风分配器:作用是均匀分配热风,使热风以一
定的角度下旋,使料浆均匀受热.
布袋除尘器:采用侧面进风(气固混合体),顶部
抽风方式,细小颗粒和粉尘被除尘器内部的布网挡
住.后经压缩空气反吹.沿除尘器壁下落,回收.热空
朱军等:影响压力式喷雾造粒的因素和提高效率的途径学术研究9
空气
气捧放
(&)离心式喷雾干燥结构简图(b1压力式喷雾干燥机结构简图
1.浆料桶
2.滤网
3.压力泵
4.雾化喷嘴
5.空气加热器
6.送风机
7.空气分布器
8.喷塔塔体
9.旋风分离器10.抽风机l1.过滤器
图1喷雾干燥工艺流程图
气和几乎干净的水蒸气由引风机抽出,由烟囱排人大气.
2造粒粉料的工艺性能
2.1粒度和粒度分布
造粒粉料粒径及其分布直接影响坯体的致密
度,收缩和强度.粉料是由细的粉体颗粒,水,空气,
粘结剂和添加剂等所组成的集合体.粉料大小在0.1-0.4mm之间.
成型工艺要求造粒粉料有适当的颗粒级配.这
样可减少粉料堆积时的孔隙.降低由于颗粒相互咬合形成拱桥空隙的几率,提高松装密度,有利于提高成型时坯体的致密度.
粉料的外形以圆球状为宜.圆球形或椭圆球形
颗粒之间的吸附力和磨擦力小,具有较好的流动性. 不同类型的分散剂及造粒的粘合剂对料球的形状有一
定影响.如用A—l15分散剂,高醇解度的PV A粘
合剂做出的氧化铝陶瓷粉料外形多呈苹果形.
2.2粉料的含水率
粉料含水率的高低影响坯体的密度和收缩率.
在其他工艺参数不变情况下,料浆中含水量少,造粒出的粉料所含水分也相对较少.粉料水分分布的均匀程度对坯体质量也有很大影响,水分偏多,干压成型时易引起粘模;水分偏少,成型毛坯易产生微裂纹.实际生产中多是根据粉料的性质,产品的形状和所用压机的情况来确定含水率.实际生产中,要求水分的波动范围越小越好.
2.3粉料的松装密度
粉料松装密度的大小决定着成型时的压力.直
接影响坯体的体积密度.为保证坯体体积密度的稳定,松装密度大时,压制压力减小;松装密度小时,压制压力要增大.粉料的松装密度对产品的最终外形尺寸有很大影响,因此松装密度大小应依据坯体的体积密度要求作一定调整.
2.4粉料的流动性
粉料的流动性决定着成型时它在模型中的充填
速度及充填程度.流动性好的粉料在成型时能够较快地填充模型的各个角落.使成型坯体的密度分布保持稳定,减少陶瓷制品烧成时的质量缺陷.粉料流动性是一个综合性较高的参数.粉料的流动性与颗粒之间的内摩擦力及粉料颗粒的形状,大小,表面形态和粒度分布等因素有关.
3喷雾造粒系统的运行和调整
3.1雾化角和粉料雾化程度
喷雾时雾化角的大小对喷料过程的控制和粉料
质量有很大的影响.雾化角过大,整个雾化面偏低, 易粘塔壁,雾滴飞行距离短,不能有效地利用塔的顶部热空气;雾化角过小,雾化面增高,料浆可能直接射向塔顶,亦造成粘塔.上述两种情况会产生较多的粘壁块料,频繁的粘塔,落塔不仅影响出料率,而且导致粉料的流动性和均匀性降低,对后面的压制成型产生不良影响.不充分的雾化会导致连体和残缺的颗粒增多,喷雾时料浆雾化不均匀,丝状液滴相连,会导致有较大的液滴存在,此类液滴的干燥相对较慢,粘塔壁的可能性将显着增大,导致粉料颗粒粗细不均,分布不合理,流动性减小.
确定雾化角需要考虑如下影响因素:料浆的粘
度,料浆的密度,料浆中原始颗粒的大小,喷片孔径
大小,喷片喷孔的形状,喷片的厚薄,旋流片的厚薄,
喷头在喷塔内的空间位置等等.要保证雾化效果,首
先要根据生产工艺严格控制浆料的粘度,含水率,含
10江苏陶瓷JiangsuCeramics2011年2月第44卷第1期胶量,细度;其次要稳定压力泵的压力,控制在1.6～
2.0MPa范围内,泵的使用寿命会大幅延长;再次要
保证热风系统,抽风系统和除尘系统正常运转,使系
统喷雾塔内保持有稳定的负压:最后再根据粉料工
艺性能要求调整喷片大小,旋流片的厚薄,获得理想
的雾化..
3.2水分的调整
喷雾造粒出来粉料的含水率是控制的重要参
数.虽然连续测定水分的仪器发展的很快,但实际用
于生产控制的还不普遍,由于喷雾塔出口温度在一
定程度上可以反映粉料水分,所以一般采用控制出
口温度作为被调参数使之稳定.可以满足生产要求.
控制水分的通常方法是稳定进料量,调整进口
温度以控制出口温度.即以进口温度作为基础,通过
调节天然气流量,空气量等,以稳定进口温度和出KI
温度.从而保证水分的工艺要求.生产过程中,如果
出口温度过高,粉料在下落时非结合水将会进一步
失去,甚至导致部分结合水的丧失.结果粉料水分偏
小,粘结性变差.不能满足工艺要求.在此情况下还
将导致大量热能的浪费.适当降低进口空气温度(燃
气量和空气量同步减少),或对料浆流量进行微调,
或适当增大泵压提高喷雾塔的蒸发量从而使出口温
度降低.
3.3粉料粒度分布的调整
影响喷雾干燥粉料粒度分布的主要因素有:喷
片孑L径,旋流片厚度,压力泵工作压力,料浆的粘度, 料浆的密度等.料浆粘度增加,泵压减小,旋流片厚
度增加等都会导致粉料中的粗粒度增加.但料浆的粘度不能过大,如果太大,不仅会有很多连体的巨型颗粒,还会产生大量的粘塔废料.料浆密度增大,喷
料时粉料中的大颗粒会增多,但密度过大,料浆易沉淀造成供料管道阻塞.喷片减薄.将使雾化角增大,
粉料颗粒也会变细,但是喷片的使用寿命也减少了. 另外.通过引风机对塔内负压的调控,细粉料进一步抽出,也会对粉料颗粒分布有一定的影响.
同一批料浆在喷雾的过程中.随着喷料时间的
增加.粗颗粒有增多的趋势,同时引起喷塔进口温度的升高.冬天料浆温度低时尤为明显.这主要是因为料浆随环境温度的降低而引起的粘度,体系能量等
发生变化导致的.
3.4粉料松装密度的调整
影响粉料松装密度的因素有:进出口温度,球磨
时间,料浆浓度及粉料的粒度等.粉料松装密度随着温度的升高而增大,反之减小;多次实验发现,球磨
时间增加,料浆浓度增大,粘度减小及粉料的粒度减小等均会使粉料的松装密度有增大的趋势.
4影响干燥塔干燥效率的主要因素与
改善途径
4.1影响干燥塔干燥效率的主要因素
影响干燥塔干燥效率的因素有很多,主要因素
有:喷塔的规格种类,料浆的种类和密度,料浆浓度(含固量),料浆粘度,喷雾时工作泵压力,喷片孔径
大小,进口温度和出口温度等.其中,料浆的浓度大
小对所得粉料的体积密度,产量及能耗有最直接的
影响.料浆含固量增大,水分减少,可使粉料的体积密度提高,产量增大,能耗降低,从而降低成本.但含固量增加也应适当,否则将导致料浆粘度增大,雾化困难,得粒率低;工作泵雾化压力越大,产量越大,但同时雾化角也变大,所得粉料越细;进口温度主要影响粉料的含水率和体积密度.根据实验测得,提高进口温度虽可以提高产量,但要慎重.如果进口温度过高,雾滴与高温度热风接触时表面迅速生成一层硬壳,阻碍了雾滴的收缩,使粉料的体积密度下降;另外,适当增大进浆量,增大塔内负压,提高废气温度, 可以提高塔的效率.
总之,一般调整要考虑蒸发量的限制因素综合
调整,在保证粉料工艺质量的前提下,尽量发挥喷雾造粒系统的效率.
4.2提高喷雾造粒得粒率的几种途径
喷雾造粒质量改进和效率提高是一个系统工
程,需要在生产实践中结合喷雾干燥设备,工艺环境等具体情况进行试验调整.通过实践我们发现了以下几种提高喷雾造粒得粒率的途径.
(1)保证浆料粘度稳定性同时提高料浆浓度(固
含量增加),浆料雾化均匀会提高造粒粉料的质量和产量.
(2)在满足后续成型工艺要求的前提下,适当增
加喷枪压力,可以提高单位时间出料率.
(3)在满足后续成型工艺要求的前提下,尽量减
少造粒粘结剂,润滑剂等在浆料中的含量,以降低浆料粘度.提高喷雾效率.
(4)在冬季喷料时,需做好料浆池及管路的保温
工作.或者采用加热料浆,或者在料浆中加入能促进
PV A胶液溶解的添加剂降低粘度,提高喷雾造粒效
率
朱军等:影响压力式喷雾造粒的因素和提高效率的途径学术研究1l (5)在能满足喷雾造粒工艺的前提下,试验选用
醇解度较低的PV A或其它粘结剂.
(6)喷料时将喷枪喷头调整到喷塔的正中位置,
使浆料尽可能在塔体中央均匀雾化,将明显提高粉
料的质量和数量.
(7)选用优质的喷片,提高雾化质量,也能提高
造粒粉料的质量和产量.
以上方法还能有效地减少粘塔现象和落塔料的
产生,从而保证和提高出料率.对喷雾造粒系统工作
效率的提高有很大促进作用.
5结语
通过对喷雾造粒制备工艺的试验研究,改进相
关工艺能有效地保证和提高粉料的工艺性能和喷雾
造粒系统的干燥效率.只有认真了解相关喷雾造粒
系统的结构,工作原理,所制备粉料的用途和工艺性
能,通过有计划的工艺试验,才能找到提高喷雾造粒
粉料质量和效率的方法,从而更好地满足生产的需
要.关注调整喷枪喷头在喷塔的空间位置.使浆料尽
可能在塔体中央均匀雾化,将明显提高粉料的质量
和数量.
参考文献
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(1.JiangsuProvinceCeramicsResearchInstituteCo.,Ltd.,Yixing214221;
2.JiangyinInspectionandQuarantineBureau,Jiangyin214400) AbstractIndustrialceramicsspraygranulationsystemworksandtechnologicalpropertiesof powder
weresummarized,analyzedtheinfluencingfactorsofpressurespraygranulationprocess,an dthenputout someviewsonhowtoimprovethequalityandenhancetheoperationalefficiencyofpowder. Keywordsindustrialceramics;spraygranulation;powderquality;efficiency
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鉴,既可以是在精陶材质上重现或再创作经典西方
名作.也可以是运用西洋画的创作理念进行新的具
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人的共鸣,这是永恒的真理,能达到"雅俗共赏"的原
则,也就是陈设艺术品设计的最高境界,宜兴精陶陈
设艺术品设计正是努力走了这条探索之路. InnovationofYixingFinePotteryDecoratedDisplayWorks
HuaiQifang
(WuxiInstituteofV ocationalTechnology,Yixing214206) AbstractAfterexplorationandinnovation,Yixingfinepotterydisplayartworksfindthechara cteristics ofthedecorativematerialfortheirownlanguageanddecorationtechniques,andformedauniq ueartstyle
features.Thispaperdescribesthemakeupofsoilandthecharacteristicsofcarvedfineartandth estyle
featuresofthehand-paintedunderglazeworksofart. KeywordsYixingfinepottery;makesoil;finepotterycarving;hand-paintedunderglaze。