喷雾干燥是一种已被工业界 接受的干燥工艺,从相当早的奶粉喷雾干燥至今已经有一百多年的历史[1]。但是,在目前的实际应用中依然存在着诸多问题,其中相当常见的则是干燥塔内的粘壁问题。 喷雾干燥粘壁是一个常见现象,对产品质量、产量均有不利影响。物料粘壁主要存在3种情况:半湿物料粘壁、低熔点物料的热熔性粘壁、干粉表面附着(或称表面附灰)。下面有常州杰创干燥设备有限公司针对粘壁详细介绍以下解决方案。
一、喷雾干燥粘壁类型及其产生的原因
物料粘壁可粗略地分为3种类型[4,5]:半湿物料粘壁、低熔点物料的热熔性粘壁、干粉表面粘附(或称表面附灰)。
1、半湿物料粘壁
喷出的液滴在没有达到表面干燥之前就和塔壁接触,因而粘在热壁上。粘壁的物料越积越厚,在达到一定厚度时便以块状形式自由脱落。这种类型的粘壁往往造成块状物料表面被烧焦,而内部含湿量却超标的现象,影响正常生产。
造成半涅物料粘壁的原因有:
1.1、雾化器结构、安装与操作问题
1.1.1、当雾化器的气体通道和液体通道的轴心不重合(即不同心)时,这时喷雾锥是不对称的圆锥形,气体通道变小的地方产生粗雾滴,当大液滴还没有达到表面干燥时就碰到壁上而粘住。这种比较普遍存在的偏流现象,主要因产品加工质量不佳、长时间操作而磨损及结构设计不合理造成。
1.1.2、雾化器在安装过程中,如果雾化器产生过大的偏离、多喷嘴雾距有重叠、倾斜喷雾直接喷射至对面塔壁,都将要产生局部严重粘壁情况。
1.1.3、对设备进行实际操作过程中,由于日常损耗,雾化器喷嘴有磨损、堵塞等情况出现,造成雾化效果差,造成粘壁现象。
1.2、喷雾干燥塔结构间题
1.2.1、在喷雾干燥过程中,有3种雾化器(气流式、压力式及旋转盘式)[7]可以选择,喷雾干燥塔结构必须与此相适应,若塔在设计中高度不够、直径不足,雾滴直径喷射到塔体壁上,造成粘壁。
1.2.2、分风器设计不合理,造成塔体内温度不均,温度低的地方容易造成粘壁。
1.2.3、塔体内保温效果差,造成粘壁。
1.3、热风在塔内的状态(只讨论与粘璧有关的)间题
1.3.1、由于气压等问题,热空气进塔后偏流,造成塔局部位置粘壁。
2、低熔点物料的热熔性粘壁
热熔性粘壁决定于在干燥温度下颗粒的性质,颗粒在干燥温度下熔融发粘,导致粘附在热壁上,其产生的主要原因,是由于干燥物料的软化点低于干燥温度,造成粘壁[3,6]。
1.3干粉表面粘附(或称表面附灰)
喷雾干粉由于颗粒细小,比表面积大,在喷雾塔这个有限的空间内运动,总有些颗粒碰到器壁而粘附其上。这是不可避免的。此类粘壁不构成坚固层,并且厚度很薄。粉尘很容易地用空气吹掉。或者轻微的敲打震掉。此类粘壁不影响正常生产。表面积灰的程度取决于壁的几何形状、清洁状况、局部的(该处的)空气速度以及颗粒与壁的静电力等。内壁抛光的表面则是非常理想的[7]。
喷雾干燥在实际操作过程中可能以一种粘壁类型为主,也可能几种类型的粘壁都比较严重。所以在生产中要根据具体情况,有针对性的加以分析,对它而采取相应措施加以解决。
二、延缓喷雾干燥粘壁的方法
对于延缓喷雾干燥粘壁,国内外学者专家在研究和生产等工作中,进行了大量研究。包括用数学模拟技术分析干燥粘壁成因[8],分析蒸发强度与粘壁关系[9],从喷雾干燥技术方面对粘壁进行展望[10],针对某种具体工艺解决喷雾干燥物料粘壁问题[11,12]等,根据这些研究与报告,在生产中通常采用以下途径及方法。
1、半湿物料粘壁的解决途径
1.1、改良干燥塔的结构与材质
在塔体设计时,为了防止物料粘壁,可以有意识地适当加大塔壁直径,使半干物料碰不到壁面就向下掉落。这个办法有缓解粘壁的作用,但塔径不宜过大,否则不仅增加设备材料费和设备占地面积,还会降低热风在塔内的运行速度,影响干燥质量[13]。
喷雾干燥塔塔体多由不锈钢、碳钢或钢筋混凝土制成,这些材料均有亲水性,易被湿物料粘附而结疤。如在喷雾干燥塔易结疤的区域内衬接触角大于90 ℃的疏水性材料,特别是高分子材料,可有效地减少喷雾干燥塔结疤的机率[14]。
1.2、合理选择雾化器
雾化器又称喷嘴,是喷雾干燥设备的关键部件,其结构的不同直接影响液体雾化分散效果,进而影响微粒的粒径和性能,从而达到少粘或不粘塔壁的效果。
1.3、雾化器的正确安装
喷嘴产生的标准喷雾图形是一个和喷嘴轴线对称的空心锥,雾滴应均匀分布在喷雾锥中。如果喷雾塔中只安装一个喷嘴,则喷嘴的轴线要安装在塔的中心线上,即二者重合。如果需要安装多个喷嘴,则各喷嘴雾矩间不能重叠,通过调节喷射角度使雾滴不要直接喷射到对面的壁上。
喷嘴的振动也是产生粘壁的一个原因,对于旋转式雾化器,运转时特别要防止振动。