干燥技术第三节 喷雾干燥塔的结构设计和尺寸估算
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⑥在液滴干燥的关键的第一阶段中，空气分布器决定 着雾滴一空气运动。
3.3.3 干燥塔锥形底出料和排气方式的组合
图5—96示出的组合方式，基本上概括了常用的 方法。可根据工艺要求，选择其中某一种形式。
3.3.4喷雾干燥操作中的粘壁问题
粘壁现象是指被干燥的物料黏附在干燥塔的内壁上。粘壁现 象是喷雾干燥的一个重要问题。这是因为：
此类干燥塔的操作空塔气速一般控制在0.2 ～0.5m／s之间。
由于雾化器安装在塔的顶部，不便于它的 更换和检修，这是该流向的缺点。
(2) 空气一雾滴向上并流的 喷雾干燥
• 喷嘴安装在塔底，干燥热空气也从 塔底部进入，构成空气－雾滴向上 并流运动；如图5-76所示。
• 该流向的特点是：①在一定气速下 ，塔内较大颗粒或粘壁料块，落入 塔底，定期排出，另作处理；
如图5-73所示，在并流情况下，塔内温度是较低的， 适用于热敏性物Biblioteka Baidu的干燥。
• 旋转式雾化器的喷雾干燥 是并流向下的另一种形式
• 其空气一雾滴的运动比较 复杂，既有旋转运动，又 有错流和并流运动的组合 。
• 塔内空气的流动状态，见 图5-74。
• 雾滴主要是沿水平方向飞 出的，故此类塔型为直径 大而高度小的形式
3.3.1.1 空气一雾滴并流 运动
所谓并流运动，是指空气和雾滴 在塔内均为相同方向运动。并流 又分为
(1) 空气－雾滴向下并流 的喷雾干燥
如图5-72所示。喷嘴安装在塔的 顶部，热空气也从顶部加入。空 气－雾滴首先在塔顶高温区接触 ，水分迅速蒸发，空气温度急剧 下降，当颗料运动到塔的下部时 ，产品已干燥完毕。
特点是热利用率较高。
• 因为传热传质的推动力较大，将 含水较少的物料与进口的高温空 气接触，可以最大限度地除掉产 品中的水分；
• 由于气流与雾滴逆向运动，延长 了雾滴的停留时间。
见图5-80，产品与高温气体接触，它只适用于非热敏性物料 的干燥。热风的入口温度受产品的允许温度所限制。逆流操
作，要保持适宜的气体空塔速度。
。应根据具体的工艺要求(如物料热敏性问题、低熔
点问题、产品湿含量要求等)，正确选择适宜的空气
一雾滴的运动方向。
• 空气－雾滴的运动方向，取决于空气入口和雾 化器的相对位置，据此，可分为三大类：并流、逆 流和混合流运动。由于空气－雾滴的运动方向不同 ，塔内温度分布也不同。三种情况：向下并流、向 上并流及卧式水平并流。
②喷嘴安装在塔的下部，便于操作 、维修和清洗。
• 其缺点为落入塔底物料，易被高温 气流烤焦而变质或变色。
• 此类流向主要用于气流式喷嘴。操 作空塔气速一般控制在1～3m／s。
(3) 空气一雾滴卧式水平并流的喷雾干燥
料液经干燥塔侧面的若干个喷嘴喷出，热风也由侧面围绕每 个喷嘴旋转地喷出，二者形成并流运动，如图5-77所示， 这种流向的优点是设备高度低，适合安装于单层楼房内。
3.3 喷雾干燥塔的 结构设计和尺寸估算
在这一节内，主要讨论塔内空气一雾滴的 • 流动方向， • 热风分布装置， • 空气进、出干燥塔的方式， • 粘壁问题， • 干燥塔直径与高度的估算, • 行业及企业标准等。
3.3.1塔内空气一雾滴的流动方向
•
在喷雾干燥塔内，空气(即热风)和雾滴的运动
方向及混合情况，直接影响到干燥时间和产品质量
②粗雾滴和空气流动关系不大。
③在并流流动的情况下，离开旋转雾化器的雾滴倾斜 地去和引入的干燥空气接触。
④在干燥塔内的空气分布器的周围，以及在壁上的这 些涡流，建立起局部范围的雾滴一空气的逆流流动 。
⑤空气一雾滴的运动，由空气分布器的位置和结构、 雾化器的位置和操作、在干燥时的雾滴行为、干燥 塔的尺寸、粉体一空气排出的方式所控制。
3.3.2空气(热风)分布器
能够预测和控制喷雾干燥塔内的雾滴一空 气的运动，对干燥塔的设计是非常重要的。 离开雾化器的雾滴及干燥空气的运动组合方 式决定着干燥速度及干燥程度。雾滴一空气 运动的结果决定着液滴在干燥塔中的停留时 间。
关于雾滴一空气运动状态，有如下共同的 结论。
①可以认为细雾滴的运动，在大部分干燥塔体积中， 受到空气流的完全影响。一旦小液滴离开雾化器， 它们便获得雾化器附近的周围空气的速度。
由图5-75可见，塔内温度分布是相当均匀的，尽管空气入口 温度是450℃，但与雾滴接触后，就迅速下降到接近于出口温 度。这说明雾滴一空气之间的热、质交换过程进行得很迅速。
同时，对塔壁的结构材料不必有过高的耐热要求。
在并流干燥情况下，热风入口可以具有相当 高的温度，因为高温气流与液滴接触的瞬间 ，液滴保持湿球温度，故热风人口温度可以 高于产品的允许温度，而关键在于严格控制 空气出口温度。
否则，将引起严重的颗粒夹带，给回收系统增加负荷。
3.3.1.3 空气一雾滴混合流运动
混合流是既有逆流又有并流的运动。可分为三种情况：
(1) 喷嘴安在干燥塔底部，向上喷雾，热风从顶部进入，雾滴 先与空气逆流向上运动，达到一定高度后，又与空气并流向 下运动，最 后物料从底 部排出，空 气从底部的 侧面排出。
其缺点是空气一雾滴 混合不太好，大颗粒 可能未达到干燥要求， 就落入干燥塔底面上， 因而影响干燥产品质量。
其温度分布见图5-78。干燥产品的绝大部分落入塔底，间 歇或连续排出。一小部分被气流夹带的产品经气一固分离
器回收下来。
3.3.1.2 空气一雾滴逆流 运动
热风从塔底进入，由塔顶排出， 料液从塔顶向下喷出，产品由塔 底排出，空气一雾滴在塔内形成 逆向运动。
(2) 设置内流化床的喷雾干燥塔 喷嘴安装在塔的顶部，塔底部是一个内流化床，两个进风口，
一个排风口，一个出料口，见图见图5-82。
(3) 喷嘴安装在塔 的中上部
如图5-83所示，物料向上喷 雾，与塔顶进入的高温空 气接触，使水分迅速蒸发 ，具有逆流热利用高的特 点。物料已干燥到一定程 度后，又与已经降低了许 多温度的空气并流向下运 动，干燥的物料和已经降 到出口温度的空气接触， 避免了物料的过热变质， 具有并流的特点。在设计 与操作时，要防止在颗粒 返回区域产生严重的粘壁 现象。
①粘壁后的物料，由于长时间停留在内壁上，有可能被烧焦或 变质，影响产品质量；
3.3.3 干燥塔锥形底出料和排气方式的组合
图5—96示出的组合方式，基本上概括了常用的 方法。可根据工艺要求，选择其中某一种形式。
3.3.4喷雾干燥操作中的粘壁问题
粘壁现象是指被干燥的物料黏附在干燥塔的内壁上。粘壁现 象是喷雾干燥的一个重要问题。这是因为：
此类干燥塔的操作空塔气速一般控制在0.2 ～0.5m／s之间。
由于雾化器安装在塔的顶部，不便于它的 更换和检修，这是该流向的缺点。
(2) 空气一雾滴向上并流的 喷雾干燥
• 喷嘴安装在塔底，干燥热空气也从 塔底部进入，构成空气－雾滴向上 并流运动；如图5-76所示。
• 该流向的特点是：①在一定气速下 ，塔内较大颗粒或粘壁料块，落入 塔底，定期排出，另作处理；
如图5-73所示，在并流情况下，塔内温度是较低的， 适用于热敏性物Biblioteka Baidu的干燥。
• 旋转式雾化器的喷雾干燥 是并流向下的另一种形式
• 其空气一雾滴的运动比较 复杂，既有旋转运动，又 有错流和并流运动的组合 。
• 塔内空气的流动状态，见 图5-74。
• 雾滴主要是沿水平方向飞 出的，故此类塔型为直径 大而高度小的形式
3.3.1.1 空气一雾滴并流 运动
所谓并流运动，是指空气和雾滴 在塔内均为相同方向运动。并流 又分为
(1) 空气－雾滴向下并流 的喷雾干燥
如图5-72所示。喷嘴安装在塔的 顶部，热空气也从顶部加入。空 气－雾滴首先在塔顶高温区接触 ，水分迅速蒸发，空气温度急剧 下降，当颗料运动到塔的下部时 ，产品已干燥完毕。
特点是热利用率较高。
• 因为传热传质的推动力较大，将 含水较少的物料与进口的高温空 气接触，可以最大限度地除掉产 品中的水分；
• 由于气流与雾滴逆向运动，延长 了雾滴的停留时间。
见图5-80，产品与高温气体接触，它只适用于非热敏性物料 的干燥。热风的入口温度受产品的允许温度所限制。逆流操
作，要保持适宜的气体空塔速度。
。应根据具体的工艺要求(如物料热敏性问题、低熔
点问题、产品湿含量要求等)，正确选择适宜的空气
一雾滴的运动方向。
• 空气－雾滴的运动方向，取决于空气入口和雾 化器的相对位置，据此，可分为三大类：并流、逆 流和混合流运动。由于空气－雾滴的运动方向不同 ，塔内温度分布也不同。三种情况：向下并流、向 上并流及卧式水平并流。
②喷嘴安装在塔的下部，便于操作 、维修和清洗。
• 其缺点为落入塔底物料，易被高温 气流烤焦而变质或变色。
• 此类流向主要用于气流式喷嘴。操 作空塔气速一般控制在1～3m／s。
(3) 空气一雾滴卧式水平并流的喷雾干燥
料液经干燥塔侧面的若干个喷嘴喷出，热风也由侧面围绕每 个喷嘴旋转地喷出，二者形成并流运动，如图5-77所示， 这种流向的优点是设备高度低，适合安装于单层楼房内。
3.3 喷雾干燥塔的 结构设计和尺寸估算
在这一节内，主要讨论塔内空气一雾滴的 • 流动方向， • 热风分布装置， • 空气进、出干燥塔的方式， • 粘壁问题， • 干燥塔直径与高度的估算, • 行业及企业标准等。
3.3.1塔内空气一雾滴的流动方向
•
在喷雾干燥塔内，空气(即热风)和雾滴的运动
方向及混合情况，直接影响到干燥时间和产品质量
②粗雾滴和空气流动关系不大。
③在并流流动的情况下，离开旋转雾化器的雾滴倾斜 地去和引入的干燥空气接触。
④在干燥塔内的空气分布器的周围，以及在壁上的这 些涡流，建立起局部范围的雾滴一空气的逆流流动 。
⑤空气一雾滴的运动，由空气分布器的位置和结构、 雾化器的位置和操作、在干燥时的雾滴行为、干燥 塔的尺寸、粉体一空气排出的方式所控制。
3.3.2空气(热风)分布器
能够预测和控制喷雾干燥塔内的雾滴一空 气的运动，对干燥塔的设计是非常重要的。 离开雾化器的雾滴及干燥空气的运动组合方 式决定着干燥速度及干燥程度。雾滴一空气 运动的结果决定着液滴在干燥塔中的停留时 间。
关于雾滴一空气运动状态，有如下共同的 结论。
①可以认为细雾滴的运动，在大部分干燥塔体积中， 受到空气流的完全影响。一旦小液滴离开雾化器， 它们便获得雾化器附近的周围空气的速度。
由图5-75可见，塔内温度分布是相当均匀的，尽管空气入口 温度是450℃，但与雾滴接触后，就迅速下降到接近于出口温 度。这说明雾滴一空气之间的热、质交换过程进行得很迅速。
同时，对塔壁的结构材料不必有过高的耐热要求。
在并流干燥情况下，热风入口可以具有相当 高的温度，因为高温气流与液滴接触的瞬间 ，液滴保持湿球温度，故热风人口温度可以 高于产品的允许温度，而关键在于严格控制 空气出口温度。
否则，将引起严重的颗粒夹带，给回收系统增加负荷。
3.3.1.3 空气一雾滴混合流运动
混合流是既有逆流又有并流的运动。可分为三种情况：
(1) 喷嘴安在干燥塔底部，向上喷雾，热风从顶部进入，雾滴 先与空气逆流向上运动，达到一定高度后，又与空气并流向 下运动，最 后物料从底 部排出，空 气从底部的 侧面排出。
其缺点是空气一雾滴 混合不太好，大颗粒 可能未达到干燥要求， 就落入干燥塔底面上， 因而影响干燥产品质量。
其温度分布见图5-78。干燥产品的绝大部分落入塔底，间 歇或连续排出。一小部分被气流夹带的产品经气一固分离
器回收下来。
3.3.1.2 空气一雾滴逆流 运动
热风从塔底进入，由塔顶排出， 料液从塔顶向下喷出，产品由塔 底排出，空气一雾滴在塔内形成 逆向运动。
(2) 设置内流化床的喷雾干燥塔 喷嘴安装在塔的顶部，塔底部是一个内流化床，两个进风口，
一个排风口，一个出料口，见图见图5-82。
(3) 喷嘴安装在塔 的中上部
如图5-83所示，物料向上喷 雾，与塔顶进入的高温空 气接触，使水分迅速蒸发 ，具有逆流热利用高的特 点。物料已干燥到一定程 度后，又与已经降低了许 多温度的空气并流向下运 动，干燥的物料和已经降 到出口温度的空气接触， 避免了物料的过热变质， 具有并流的特点。在设计 与操作时，要防止在颗粒 返回区域产生严重的粘壁 现象。
①粘壁后的物料，由于长时间停留在内壁上，有可能被烧焦或 变质，影响产品质量；