膏状物喷雾干燥技术的开发及应用--

颗粒 直径 mm 0. 1～1
动力 消耗 kW·t - 1 130
平均干 燥强度 kg·h - 1
939
6 结束语 笔者实 现 了 对 膏 状 非 牛 顿 流 体 的 输 送 与 雾
化 ,为其干燥技术提供了开发 、应用前提条件 。同 时 ,也避免了长期以来喷雾干燥的粘壁问题 。要 想达到满意的雾化效果 ,除了首要解决入料和输 送问题外 ,还应保证使雾化器前的进料均匀 、平稳 及喷嘴内压缩气流的有效利用 。
第 26 卷 第 5 期 化 工 机 械 2 75
膏状物喷雾干燥技术的开发及应用Ξ
汪建文ΞΞ 李振法 田 瑞 施志钢
(内蒙古工业大学)
摘 要 通过国内外对一般膏状非牛顿流体干燥方法的介绍 ,对含水率 60 %～70 %饲料 金霉素膏状物的物料特性进行了分析 ,提出干燥该物料时输送 、雾化的难点及采取的措 施 ,给出了该项技术开发应用的实例 。 关键词 膏状物 喷雾干燥 应用
b. 输送问题 。对于液体和固体的输送一般 比较好解决 ,但对膏状物的输送难度很大 。笔者 通过改进了的压力均匀的往复式灰浆泵 ,实现了 这种物料的输送 ,保证了较好的雾化效果 。
c . 雾化问题 。膏状物料粘附性极强 ,不易分 散 ,易于使已分散的物料重新粘结成团 。水份和 物料的结合状态属毛细管水 、渗透水 、吸附水和结 构水 ,故水份在物料中的传递阻力大 ,必须设法将 物料分散成很小的颗粒 ,以减少传热传质阻力 ,才 能大幅度降低干燥时间 ,提高干燥过程的热效率 。 笔者采用在一个喷嘴内实现一次物料三次气流的 二内一外旋转混合的雾化器 ,便于拆卸安装 ,直径 不超过 10 mm 的杂物不会受堵 ,达到比较理想的 雾化效果 。 4 膏状物直接喷雾干燥的工艺流程
除此之外 ,该物料还具有粘弹性流体法向应 力差的一些特性 ,如威森堡效应 ( Weissenberg Ef2 fect ) ———爬 杆 现 象[2] 、挤 出 物 膨 胀 现 象 ( Jet Swell) ,如图 2 、3 所示 。
ห้องสมุดไป่ตู้
图 2 威森堡效应
图 3 挤出物膨胀现象
经实测物料的其他部分流变特性及热敏性参 数见表 1 。
图 1 物料 η2ln t 关系曲线 (γ3 >γ2 >γ1 )
Ξ 内蒙古自治区教委重点领域 ZL98007 资助项目 。 ΞΞ 汪建文 ,男 ,1958 年 5 月生 ,副教授 ,热工流体力学教研室副主任 。内蒙古自治区呼和浩特市 ,010062 。
2 76 化 工 机 械 1999 年
但是 ,膏状物绝大部分属于非牛顿流体 ,随着 物料的不同及水份的变化 ,其物理特性及流变特 性千差万别 ,十分复杂 ,直接喷雾干燥难度很大 。 本文以含水率为 60 %～70 %的饲料金霉素物料 为介质 ,成功地采用了直接喷雾干燥 ,基本解决了 输送 、雾化问题 ,取得了较好的效果 。 1 国内外膏状物干燥方法
以下几个难点需要解决 : a . 入料问题 。本物料呈膏糊状 、滤饼状 ,象
胶泥一样基本失去了流动性 。如何将这种物料送 入输送增压设备的入口这是首要解决的问题 。笔 者利用物料的时变性 ,通过进料装置将膏状物具 备初步的流动性 ,再经过挤压将物料送入输送设 备的入口 。这时进料装置的转速与物料含湿量关 系较大 ,在设计中应尽可能使一种转速适应较大 范围物料的含湿量 。
The common drying methods of pasty , non2Newtonian fluid at home and abroad were presented , and the characteristics of chlortetracyline paste with 60 %～70 % water content were anal2 ysed. The difficulties of transportation and atomization during dry2 ing the material and the improvements were proposed ,and the ap2 plication examples of the technique were given.
含水率为 60 %～70 %的饲料金霉素是发酵 液 (含水率 91 %) 经过板框压滤后的物料 ,有关该 物料流变特性和参数的报道尚未见到 。根据笔者 初步研究结果 ,发现该物料粘附性极强 ,在料仓中 其物料的休止角超过 45°,基本失去流动性 。这是 一种高粘度时变性非牛顿流体 ,在恒定变形速率 γ= d uΠd y 下 ,其表观粘度 η 随剪切时间 t 而变 小 ,如图 1 所示 ,这种流体称为触变性流体 。
参 考 文 献
1 化学工程手册编委会. 化学工程手册. 第 16 篇. 干燥. 北京 :化学工业出版社 ,1989. 196
2 Weissenberg K. A continuum theory of rheological phenome2 na. Nature 159 ,1947 ,310～311 (收稿日期 :1999202201)
(上接第 263 页)
7 Yokell S. Expanded and Welded2and2Expanded Tube2to2
tubesheet Joints. Trans. of ASME , J . of Pressure Vessel Technology ,1992 ,114 (5) :157～165 8 Jawad M H ,Clarkin E J and Schuessler R E. Evaluation of Tube2to2tubesheet Junctions. Trans. of ASME ,J . of Pressure Vessel Technology ,1987 ,109 (2) :19～26
4 ———热风炉 ; 8 ———旋风分离器 ; 12 ———空压机
物料含水率Π%
初始
终了
60～70
30～35
表 2 膏状饲料金霉素喷雾干燥装置运行参数
生产 能力 kg·h - 1
温度Π℃
进塔
出塔
热效率Π%
最高
最低
700
180～230
70～80
73. 8
56. 4
注 :动力消耗是指每干燥 1 t 产品所需的动力 ;平均干燥强度是指每小时所蒸发的水分 。
chanics of Materials ,Macmillan Publishing Comp. 1985 (收稿日期 :1999203212)
第 26 卷 第 4 期 化 工 机 械 3 01
cept in optimum structure ,and the optimum design and manufac2 ture were made for the up and down nozzles in spherical vessels of super2high strength pressure steel for space flight. The practical check and test show that the design reduced the weight of vessels and raised explosion pressure of vessels.
9 颜惠庚 ,李培宁. 换热器的液管胀接研究 (三) ———管 板开槽宽度. 压力容器 ,1997 ,14 (3) :24～28
10 铁木辛柯 S 著 ,汪一麟译. 材料力学 (高等理论及问 题) . 北京 :科学出版社 ,1979
11 Cook , Rotert Davis and Young Warren C. Advanced Me2
在化工、食品及制药行业中 ,很多产品呈稀浆 料状 ,其含水率甚至高达 90 %以上 ,如触媒进料含 水率 92 %(湿基 ,以后均为湿基) ,饲料金霉素进料 含水率 91 % ,采用喷雾干燥提取 ,但该干燥方法提 取产品耗能极大 。如果将物料先通过机械板框压 滤脱水 ,变成含水率为 60 %～70 %的滤饼膏状物 , 然后再采用喷雾干燥进行提取 ,将节约能源 3～5 倍[1] ,单位体积单位时间内的生产能力可提高 4～ 10 倍[1] ,且避免了喷雾干燥的粘壁问题 。
国内外对膏 状 物 的 干 燥 主 要 有 隧 道 干 燥 法 、 振动流化床干燥法 、旋转闪蒸干燥法和喷雾干燥 法 4 种方法 。隧道干燥法采用的干燥器容积大 , 小车在隧道内停留时间可以很长 ,因此适用于处 理量大 、干燥时间长的物料 ,但对于膏糊块状的滤 饼物料 ,气流与物料接触面积小 ,干燥不均衡 ,热 效率低 。振动流化床干燥法虽然使被干燥的物料 处于流态化 ,加速了传质的过程 ,使气流与物料接 触更充分 ,缩短了干燥时间 ,但它更适合松散的颗 粒状物料 。旋转闪蒸干燥法虽然增加了物料被分
散 、粉碎的功能 ,使块 、团状物料细小化 ,但对于高 粘度的膏状物料其处理量受到限制 ,故它并不是 一种理想的膏状物干燥法 。喷雾干燥法物料颗粒 细小 ,物料表面与热气流接触面大 ,干燥时间短 , 热效率高 。但它受到物料输送与雾化的限制 ,只 能适合于小批量 、粘度相对较低的 、物料较稀的膏 糊状物料 。 2 饲料金霉素的物料特性
Key Words :Full Stress Design ,Pressure Vessel ,Finite Ele2 ment Method
Development and applications of spraying2drying tech2 nique for pa sty materials. Wang Jiangwen ,Li Zhenfa ,Tian Rui , Shi Zhigang ( Inner Mongolia Polytechnic University , Huhehaote , Inner Mongolia ,China) ……………………………… (275)
表 1 饲料金霉素 (60 %～70 %含水率) 部分物性参数
表观粘度 Pa·s
与水的压降损失比
物料休止角 熔点
(在 0. 2～0. 3 mΠs 流速下 ,
(°)
℃
在相同流速 ,相同管径时)
1. 5 ×104～3 ×104
16 000～48 000
45～60 174
3 膏状物输送与雾化的难点及措施 由上述的 4 种干燥方法可见 ,膏状物的干燥 最好采用直接的喷雾干燥法 ,但采用这项技术有
第 26 卷 第 5 期 化 工 机 械 2 77
1 ———板框压滤机 ; 5 ———灰浆泵 ; 9 ———脉冲袋滤器 ;
图 4 膏状物直接喷雾干燥的工艺流程图
2 ———储料斗 ; 6 ———喷塔 ; 10 ———引风机 ;
3 ———立式锥形送料器 ; 7 ———雾化器 ; 11 ———湍球塔 ;
对膏状物的干燥采用直接喷雾干燥方法 ,其 工艺流程如图 4 所示 。 含水率 91 %的浆液经板框机压滤脱水 ,压滤 后含水率为 60 %～70 %的滤饼料落入储料斗 ,经 立式锥形送料器把物料送至灰浆泵 ,由泵加压后 通过管路送至雾化器 ,与来自空压机的压缩空气 在喷嘴内接触 ,把物料雾化成细小颗粒喷入塔内 干燥 。空气经热风炉加热后进入喷塔内作为干燥 气流 ,尾气经旋风分离器 、脉冲袋滤器进行气固分 离后进入引风机 ,引风机出口排至湍球塔经净化 后排空 。 5 应用效果 笔者设计和研制的饲料金霉素 (60 %～70 % 含水率) 膏状物直接喷雾干燥装置在某企业的生 产运行中 ,得到含水率 30 %左右的颗粒状产品 , 为以后二步干燥创造了极好的条件 ,取得了较好 效果 。其主要运行参数见表 2 。