噴霧干燥技術(shù)及其工業(yè)應(yīng)用分析

閆丙宏 韓韻佳 楊華 張曉宇 胡琪

摘 要：根據(jù)霧化器采用的不同霧化方法，噴霧干燥技術(shù)可分為旋轉(zhuǎn)式、氣流式和壓力式三類。現(xiàn)對這三類裝置的原理、特性進行了闡述，并依據(jù)其不同特點介紹了它們在工業(yè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：噴霧干燥技術(shù);分類;應(yīng)用

中圖分類號：TQ051? ? 文獻標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2022）12-0086-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.12.024

0? ? 引言

工業(yè)中的干燥常指利用熱能將物料中水分汽化使其變?yōu)檎羝儆晒ぷ鳉怏w帶走所生成的蒸汽，從而使物料水分降低的操作。此過程中物料往往需要被加熱，根據(jù)加熱的換熱方式不同，可將干燥分為輻射、傳導(dǎo)和對流干燥三類。在干燥一些熱敏性物料的過程中，傳導(dǎo)和輻射干燥容易使物料過熱，而對流干燥大部分熱量都用來蒸發(fā)物料中的水分，不會使物料過熱而影響其性能，因而對流干燥相對于其他兩種干燥應(yīng)用范圍更廣。目前工業(yè)中常用的對流干燥方式有流化、噴霧和回轉(zhuǎn)圓筒干燥等。噴霧干燥與其他對流干燥方式相比，具有可將液態(tài)物料直接干燥得到粉粒狀產(chǎn)品的特性，并且干燥過程迅速、生產(chǎn)能力大，所以噴霧干燥技術(shù)在食品、制藥、陶瓷、水泥等領(lǐng)域的工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用[1]。

噴霧干燥裝置由空氣過濾器、鼓風(fēng)機、霧化器、加熱器、儲料罐、干燥塔、輸料泵、旋風(fēng)分離器、排風(fēng)機等組成。圖1是一個常規(guī)的噴霧干燥工藝流程圖，空氣進入過濾器過濾后再經(jīng)加熱器加熱，然后進入干燥塔。與此同時，液態(tài)物料在輸料泵的作用下進入干燥塔，物料被塔中的霧化器霧化成細小的霧滴，霧滴與熱空氣接觸，物料中的水分被蒸發(fā)，干燥后的物料沉降在干燥塔底部。一部分細粉和廢氣進入旋風(fēng)分離器進行分離，細粉從旋風(fēng)分離器底部排出加以回收，廢氣在排風(fēng)機的作用下排入大氣中。

從整個噴霧干燥過程中可見，霧化器是噴霧干燥流程的核心部件。根據(jù)霧化器采用的不同霧化方法，噴霧干燥技術(shù)可分為旋轉(zhuǎn)式、氣流式和壓力式三類。本文將對這三類裝置的原理、特點進行分析，并介紹其在工業(yè)中的應(yīng)用。

1? ? 旋轉(zhuǎn)式噴霧干燥

采用旋轉(zhuǎn)式霧化器的噴霧干燥稱為旋轉(zhuǎn)式噴霧干燥，旋轉(zhuǎn)式霧化器利用高速轉(zhuǎn)動的圓盤將液態(tài)物料霧化。

1.1? ? 霧化原理

旋轉(zhuǎn)式霧化器的工作原理簡圖如圖2所示。液態(tài)物料進入液體分布器被均勻地送到高速旋轉(zhuǎn)的霧化盤上，在霧化盤的離心力作用下，物料在霧化盤表面以薄膜的形式伸展，并越來越快地向霧化盤的邊緣移動。霧化盤上液體的慣性以及液體離開霧化盤時與空氣界面的相互摩擦作用使物料分散成微小的霧滴，達到霧化的目的。

1.2? ? 特點

在噴霧干燥塔內(nèi)安裝一個旋轉(zhuǎn)式霧化器，便可霧化大量物料，并且旋轉(zhuǎn)式霧化器可以在較高的進料速率下正常工作。但是旋轉(zhuǎn)式霧化器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，需要較高的加工技術(shù)，也導(dǎo)致維修不便[2]。基于以上特點，旋轉(zhuǎn)式噴霧干燥多用于工作量大的場合，例如煙氣凈化、廢水處理等。

2? ? 氣流式噴霧干燥

采用氣流式霧化器的噴霧干燥稱為氣流式噴霧干燥，氣流式霧化器利用壓縮空氣或水蒸氣來霧化物料。

2.1? ? 霧化原理

氣流式霧化器的工作原理簡圖如圖3所示。壓縮空氣或水蒸氣以很高的速度從進氣管噴出，此時流速較低的液態(tài)物料從進料管噴出，兩者之間會存在很高的相對速度，使得氣液之間產(chǎn)生摩擦力和剪切力，在力的作用下液體被拉成細線，細線在較細處破碎，形成微小的液滴。

2.2? ? 特點

氣流式霧化器結(jié)構(gòu)簡單，適合霧化粘度較高的液態(tài)物料。同時氣流式霧化器操作壓力也較低，不需要高壓泵。如果液態(tài)物料的粘度較低，則可在霧化器系統(tǒng)中配備空氣壓縮機，但與其他霧化器相比功耗大，增加了設(shè)備投資和運行成本。基于以上特點，氣流式噴霧干燥特別適用于乳液、懸浮液、膏狀物等黏性大的物料干燥。

3? ? 壓力式噴霧干燥

采用壓力式霧化器的噴霧干燥稱為壓力式噴霧干燥，壓力式霧化器利用高壓泵霧化物料。

3.1? ? 霧化原理

壓力式霧化器的工作原理簡圖如圖4所示。壓力式霧化器利用高壓泵使物料獲得較高壓力，液態(tài)物料從進液管沿切線進入旋流室進行螺旋運動，根據(jù)旋轉(zhuǎn)動量矩守恒定律，旋渦半徑越小，旋轉(zhuǎn)速度越大。因此，離OZ軸越近，轉(zhuǎn)速越高，靜壓力越低，導(dǎo)致在噴嘴中間形成一股空氣旋流，空氣旋流的壓力與大氣壓相等。而液體則繞空氣旋流形成環(huán)形薄膜，液體靜壓能轉(zhuǎn)化為液膜的動能，從出口高速噴出。液膜噴出后拉長變細，最后破碎成小霧滴，達到霧化的目的。

3.2? ? 特點

壓力式霧化器結(jié)構(gòu)較簡單，生產(chǎn)制造價格低，維修更換方便，運行時無噪聲，運行成本低，但噴嘴易出現(xiàn)堵塞和磨損，需經(jīng)常更換噴嘴。因此，這種結(jié)構(gòu)不適用于霧化粘度高的膠狀物料，而更適合霧化粘度低的物料。根據(jù)其特點，壓力式噴霧干燥多應(yīng)用于化工、陶瓷、噴霧造粒、噴霧濃縮等場合。

4? ? 噴霧干燥的應(yīng)用

4.1? ? 旋轉(zhuǎn)式噴霧干燥的應(yīng)用

旋轉(zhuǎn)式噴霧干燥多用于煙氣凈化、廢水處理等場合。目前，旋轉(zhuǎn)式噴霧干燥技術(shù)已經(jīng)在火力電廠脫硫項目、垃圾發(fā)電尾氣排放煙氣系統(tǒng)上進行了應(yīng)用。

東北電力設(shè)計院用傳統(tǒng)的濕法煙氣脫硫和旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫技術(shù)對內(nèi)蒙古某工程進行煙氣脫硫，并將兩種煙氣脫硫方法進行了對比。雖然濕法脫硫較旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法脫硫的脫硫率高，但對于燃燒低硫煤的地區(qū)如東北、內(nèi)蒙古等地，利用兩種脫硫方式排出的煙氣含硫量差別很小。旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫與濕法煙氣脫硫相比耗電低、用水量更少，年運行費用可減少一半，對于燃燒低硫煤的地區(qū)，旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫硫更適用[3]。038469DC-DEA8-4810-A22F-9D82C38F3B98

杜艷玲等人[4]將旋轉(zhuǎn)噴霧干燥技術(shù)應(yīng)用于山西臨汾某火電廠脫硫廢水處理中，利用鍋爐的煙氣余熱干燥脫硫廢水。與傳統(tǒng)的濃縮蒸發(fā)技術(shù)相比，旋轉(zhuǎn)噴霧干燥技術(shù)減少了脫硫廢水的預(yù)處理環(huán)節(jié)且不需要額外的熱源，火電廠的建設(shè)成本和運行成本可以得到有效降低。采用旋轉(zhuǎn)式噴霧干燥法來處理火電廠的脫硫廢水是目前較理想的選擇。

4.2? ? 氣流式噴霧干燥的應(yīng)用

氣流式噴霧干燥適用于溶液、乳液、膏狀物、懸浮液等黏性大的物料，廣泛應(yīng)用于化工、食品、乳品、建材工業(yè)等方面。

孫孝志[5]將氣流式噴霧干燥技術(shù)應(yīng)用于栲膠廠制備栲膠。將濃膠濃縮到60%以上進行氣流式噴霧干燥，這就解決了旋轉(zhuǎn)式和壓力式噴霧干燥技術(shù)不適用于干燥高粘度物料的問題。栲膠廠通過將干燥工段的旋轉(zhuǎn)式噴霧干燥改為氣流式噴霧干燥，增加了日產(chǎn)量，降低了每噸栲膠的耗電量和耗水量。

王宗濂等人[6]利用氣流式噴霧干燥技術(shù)對80%濃度的高粘度歧化松香成功地進行了干燥。利用氣流式噴霧干燥技術(shù)干燥單位容積的歧化松香效率遠高于旋轉(zhuǎn)式噴霧干燥。同時，氣流式噴嘴的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)式相比更簡單，加工容易，因此節(jié)省了設(shè)備投資和基建費用。

4.3? ? 壓力式噴霧干燥的應(yīng)用

壓力式噴霧干燥根據(jù)其特點多應(yīng)用于化工、陶瓷、噴霧造粒、噴霧濃縮等方面。

以前旋轉(zhuǎn)式噴霧干燥在我國被廣泛用于制備高品位的固體聚氯化鋁，但旋轉(zhuǎn)式霧化器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。由于物料的粘度較低，采用壓力式噴霧干燥技術(shù)生產(chǎn)高品位固體聚氯化鋁更合適。威海金泓公司就利用壓力式噴霧干燥設(shè)備成功將聚氯化鋁的含水率降到4%以下。同等干燥強度下，壓力式噴霧干燥設(shè)備與旋轉(zhuǎn)式相比體積更小，所需的總動力更少[7]。

在我國煅燒煤系高嶺土生產(chǎn)中常用壓力式噴霧干燥技術(shù)。這種低粘度、流動性好的泥漿利用壓力式噴霧干燥技術(shù)干燥后所得的粉料較旋轉(zhuǎn)式的粒徑細、容重大，干燥所需能耗低[8]。

5? ? 結(jié)論

本文對噴霧干燥技術(shù)進行分類，對其特點進行分析，結(jié)合其在工業(yè)中的應(yīng)用，得出結(jié)論如下：

（1）噴霧干燥技術(shù)根據(jù)霧化器采用的霧化方法可分為旋轉(zhuǎn)式、氣流式和壓力式三類。旋轉(zhuǎn)式噴霧干燥在進料量較大的情況下可以正常工作，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。氣流式霧化器可以干燥高粘度物料，但動力消耗大。壓力式霧化器結(jié)構(gòu)簡單，成本小，但是易堵塞。

（2）根據(jù)其各自的特點，三類噴霧干燥技術(shù)有著不同的適用場合。旋轉(zhuǎn)式噴霧干燥技術(shù)適用于物料量比較大的情況，多用于煙氣凈化、廢水處理等場合;高粘度物料的干燥多用氣流式噴霧干燥技術(shù)，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于化工、食品、乳品、建材工業(yè)等行業(yè);低粘度物料的干燥多用壓力式噴霧干燥技術(shù)，該技術(shù)多用于化工、陶瓷、噴霧造粒、噴霧濃縮等場合。

[參考文獻]

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[4] 杜艷玲，柴啟華，員在斌.旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法在火電廠脫硫廢水零排放改造中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2018，36（2）：50-53.

[5] 孫孝志.氣流式噴霧干燥在栲膠生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].湖南林業(yè)科技，1989（1）：55-56.

[6] 王宗濂，金淳，余炎良，等.歧化松香鉀皂干燥過程研究[J].林化科技通訊，1987（2）：2-7.

[7] 劉廣景，徐東國.壓力噴霧干燥在聚氯化鋁生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].無機鹽工業(yè)，2004（2）：55-57.

[8] 李三華，張甲寶.壓力式噴霧干燥器的應(yīng)用[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2014（1）：41-42.

收稿日期：2022-03-25

作者簡介：閆丙宏（1985—），女，河北張家口人，講師，研究方向：室內(nèi)環(huán)境調(diào)控。

通信作者：張曉宇（1988—），男，河北邯鄲人，工程師，研究方向：施工管理。038469DC-DEA8-4810-A22F-9D82C38F3B98