实验室用压力式喷雾干燥器的研究

· 24 · 陶 瓷 2005．No．2 实验室用压力式喷雾干燥器的研究 张润录 (1陕西科技大学 咸阳 712081) 文怀 兴 (2咸阳陶瓷研究 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 院 712000) 摘 要 实验室用压力式喷雾干燥器是 目前建筑陶瓷行业所急需的。笔者主要介绍了研究本课题的意义及创新之处，并 阐述了本课题 的研究内容及关键技术。 关键词 压力 喷雾干燥 雾化喷嘴 造粒 Study on Spray Dryer for Experiment Zhang Runlu Wen Huaixing (1 Shaanxi University ofScience＆Technology，Xianyang，712081)(2 Xianyang Research＆Design Insti- tute of Ceramics，712000) Abstract：Pressure spray dryer for experiment is needed badly by ceramic trade of building recently．The aulhors have recommended study- ing the meaning of the subject in the paper，and have explained the main content of the subject and key technology in the paper． Key words：Pressure；Spray dryer；Atomized spray nozzle；Making particle 1 研究的现状 自1865年第一台喷雾干燥机问世以来，这种由液 态经雾化干燥，在极短时间内直接变成固体粉末的工 艺，在本世纪取得了长足的进步。该 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 使许多有价 值但不易保存的物料得以大大延长保质期，使一些物 料便于包装、使用和运输，同时，简化了一些物料的加 工工艺。在世界范围内，这项 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 做的最好的专业化 企业是丹麦的 NIRO公司，我国最早将喷雾干燥用于 工业化规模的是乳品行业，之后是洗涤剂和染料工业 等。雾化方式有二流体气流喷嘴、压力式喷嘴和离心 盘式雾化，其水平和规模均不高，而且没有专业化生产 该设备的工厂。在引进国外先进技术和喷雾干燥理论 的完善方面，咸阳陶瓷研究设计院和上海医药工业研 究院等单位做出了很大贡献，先后研制出系列化 13种 规格的压力式喷雾干燥器投入工业大生产。20世纪 80年代初，我国经济有了巨大发展，国内先后出现了 一 批从事这方面专业化的设备生产工厂，到目前为止 喷雾干燥技术的工业应用较多，所做的研究主要集中 在节能降耗上。 在国外，实验室用小型喷雾干燥器已有使用，但尚 未见到有详细的资料记载压力式的实验用小型喷雾干 燥器，只看到有气液二流体的和离心式的，由于造粒效 果不太理想，在建筑陶瓷行业应用很少。而在国内，建 筑陶瓷行业目前所用的全部是大型压力式喷雾干燥 器，只能用于生产线上。在实验室，快速研磨机和小型 压砖机均已投入使用，但还没有采用压力式小型喷雾 干燥器制粉，其一直沿用电炉烘干泥浆制粉的老工艺， 所制粉料用于压形的效果较差。因此研制实验室用压 力式喷雾干燥器是当务之急。 2 研究实验室用压力式喷雾干燥器的 意义 压力式喷雾干燥器的特点是：粉料水分易控制、粒 度可调节；粉料为空心球形颗粒，压砖成形时易填充模 具，流动性、排气性好；可大大简化工艺流程，易实现自 动化；负压操作，减少了粉尘污染。图1为不同喷雾干 燥器生产的粉料的SEM照片。 随着市场需求的快速变化，企业对产品的更新换 代日益重视，为了降低成本避免浪费，新产品的试制、 试验环节更显重要。过去，实验室烘干液态物料基本 上都采用电炉。电炉烘干实验用物料虽然速度较快， 但烘干过程中成品料的含水率较难控制，且影响成品 维普资讯 http://www.cqvip.com 2005．No．2 陶 瓷 · 25 · 物料的物理性能。尤其是对某些需要进一步深加工的 原料，这种干燥方式可能会影响下一道工序的产品质 量，而实验室用压力式喷雾干燥器恰好能克服此缺点。 因此，开发实验室用压力式喷雾干燥器，对于加快新产 品开发，提高产品质量，缩短研制周期，降低开发费用， 填补建筑陶瓷行业实验用压力式喷雾干燥器的空白等 具有重要意义。 (a)成陶院早期研制的喷雾干燥器生产的粉料 (b)改进后的喷雾干燥器生产的粉料 (c)国外某公司研制的喷雾干燥器生产的粉料 图 l 喷雾干燥粉料的 SEM照片 热损失。 3 本研究成果的应用前景 本课题研究的目标是蒸发能力为 30 k9／h的压力 式小型喷雾干燥器。该设备的研制成功，不仅可用于 陶瓷行业，还可用于食品、医药、化工、冶金等行业，具 有广阔的推广应用前景。 4 研究的主要 内容 4．1 喷雾干燥器的总体研究方案 1)采用压力式雾化喷嘴； 2)燃料选用石油液化气； 3)干燥介质采用热烟气； 4)整个系统负压操作。 4．2 主要部件的设计思路 1)雾化喷嘴的设计。对雾化喷嘴的设计首先要考 虑到雾化效果好，喷距小，且雾化压力尽可能低。只有 这样才能降低制造成本，而要做到这些，难度很大。燃 烧器设计的主导思想是燃气量与雾化风、助燃风量必 须成比例，保证燃料能够充分燃烧。 2)燃气热风炉的设计。其主导思想是确保燃料在 炉膛内充分雾化燃烧，以及与配温风充分混合，而不致 于使炉膛温度上升过高，并为物料干燥提供符合要求 的热烟气。同时，还要考虑炉膛的保温效果，尽量减少 3)热风管道的设计。热风管道是连接热风炉和干 燥塔的桥梁，热风只有经过热风管道才能进入干燥塔。 所以，对热风管道的设计首先应考虑阻力要小，确保热 风能顺畅通过，另外，保温要好，热损失要小。 4)干燥器塔体的设计。干燥器塔体是整个生产工 艺的核心设备。热风要与料液雾化后的雾滴进行热交 换以制取成品粉料。所以，对其设计要求非常严格，需 要考虑：①有足够的料液雾化空间；②使热风与料液雾 化进行充分的热交换；③使粉料颗粒在塔内停留的时 间足够长；④使成品料能顺畅流出；⑤塔体密封性能要 好，不能漏风。 5)排风管道的设计。排风管道是连接干燥塔和除 尘器的通道，塔体内经过热交换后的尾气必须通过排 风管道才能进入除尘器。因此，对排风管道的设计必 须做到阻力要小，密封性要好。 6)除尘器的设计。初步确定，采用旋风除尘方式， 除尘效率能达到 93％ 一95％。本设计计算必须考虑 除尘器进风、出风口风速的合理选择，旋风除尘器简体 直径以及下锥长度的选择，要确保阻力尽可能小。 7)料浆增压泵的选型。根据雾化喷嘴对雾化压力 的要求，选择适当的增压泵。 8)料浆管路的设计。其主导思想是阻力要小、管 道直径要尽可能小。 9) 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 设备——引风机的选型。引风机的选型要 维普资讯 http://www.cqvip.com · 26 · 陶 瓷 2005．No．2 根据整个系统要求的排风量和风压大小确定，并留有 一 定富裕度，使风机最大排量和压力大于实际要求。 lO)整个工艺的设计。其主导思想是系统各设备 间必须衔接合理，互相匹配。 4．3 喷雾干燥工艺过程 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 初步确定，本干燥技术的工艺原理为：燃气热风炉 产生的烟气经热风管道从干燥塔顶部进入塔内，与此 同时，料浆增压泵送来的料液，经雾化喷嘴在塔的筒体 中偏下部由下向上喷成雾状，雾滴向上运动时与热风 形成对流，雾滴向下运动时与热风顺流，进行热交换。 干燥后的成品料从塔体下锥出料口排出，热交换后的 尾气携带部分粉尘从塔体下部经排风管道进入除尘器 内，经过除尘后的尾气再通过排风管道、排风机从烟囱 排人大气。喷雾干燥器工艺流程图如图2所示。 1一热风炉 2一热风管道 5一排风管道 6一排风阀 9一控制系统 3一喷雾塔 4一除尘系统 7一排风机 8一增压泵 图 2 喷雾干燥工艺流程简图 5 关键技术 5．1 雾化喷嘴的研究 过去，实验室用小型喷雾干燥器所用的雾化喷嘴 有气液混流式和离心盘式 2种。气液混流式采用虹吸 原理(这里要求进浆必须有一定压力)，利用压缩空气 (压力0．6—0．7 MPa)把料浆带到喷嘴内雾化，这种方 式最大的缺点是增加了能耗。离心盘式雾化器是依靠 高速旋转离心盘(转速高达 7 000 r／rain左右，最高可达 到40 000 r／rain，离心盘线速度高达 l10 m／s)的离心力 将料液甩出成雾状，其缺点是干燥后的物料呈不规则 形状的颗粒(非球形)，粒度很细，并且很难调节颗粒大 小。因而在很多行业，其使用受到限制，另外，离心雾 化器制造成本高，需要做动平衡试验，而压力式雾化器 单纯依靠外界施加给料浆的压力通过特制喷嘴雾化， 克服了以上两种雾化器的缺点。但用在实验室的压力 式喷雾干燥器与工业用大型喷雾干燥器不同，必须对 其喷嘴内的旋流片、喷片等零件结构作特殊设计，不能 沿用大型喷雾干燥器的雾化喷嘴。 5．2 干燥塔体的研究 要保证料液在喷雾干燥塔体内充分雾化，并保证 雾滴在塔内有足够的停留时间，从而达到充分干燥，因 此，可以在确定了雾化喷嘴的结构后，通过传热计算来 定。若条件允许，喷嘴雾化通过试验，那么此问题就较 容易解决。整个工艺过程要求所有设备不仅外形美 观，而且要结构紧凑、体积小、重量轻，便于移动。鉴于 此，对各零部件的设计要求就非常严格，既要高效又要 省料，还要美观。 6 结论 实验室用压力式喷雾干燥器的研制成功将会填补 国内外空白。实验室用压力式喷雾干燥器雾化喷嘴研 究的成功将是喷雾干燥技术的又一大进展。 5型实验室用压力式喷雾干燥器的设计工作已接 近尾声，目前正在进行图纸的校对审核工作。首台实 验设备将在 2005年初问世。 参考文献 1 王维，阎红，王喜忠．喷雾干燥的最新进展．南京林业大 学学报 1997增刊，30～33 2 Masters K．Spray Dryer．Leonard Hill Books London An Inter— text Publisher，1972 3 潘永康．现代干燥技术．北京：化学工业出版社，1998 4 王喜中，于才渊，周才君．喷雾干燥．北京：化学工业出 版社 ，2003 5 鹏淑女，官燕燕，阮奇．逆流喷雾干燥塔设计的探讨．化 工设计，2003，13(6)：7～9 维普资讯 http://www.cqvip.com