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带你了解基本的喷雾干燥机知识

关键词:喷雾干燥机

日期:2019-03-04作者:admin
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喷雾干燥机的基础知识


本节旨在为喷雾干燥机基础领域的广大用户新手; 基本了解喷雾干燥机的工作原理。
 

喷雾干燥机是一种用于从液体中快速除去水分的设备,其可以是溶解在液体(溶液)中的可溶性固体,或悬浮在液体(浆液)中的不溶性固体并且以粉末形式产生的固体。
 

在其基本形式中,喷雾干燥机采用完整的过程,从一端接受液体进料,并在另一端包装到麻袋或其他容器中以备运输。
 

喷雾干燥设备有许多不同的形状和大小,它们看起来非常不同,但它们的工作方式基本相同。喷雾干燥是一种蒸发过程,是生产粉末的最常用方法,尤其适用于热敏材料。所生产出来的粉末,流动性好,耗能对比冷冻干燥机要低,因此是当代非常流行的一种干燥工艺。

 



喷雾干燥机名词解释


  • 浓度

原料通常在引入喷雾干燥机之前浓缩。浓缩阶段增加固体含量,从而减少必须在喷雾干燥机中蒸发的所需要耗能,理论上建议:无限制的增大固体含量,但是通常情况下,物料在一定浓度下开始展现处较高的粘度,流动性不好,对泵和喷雾干燥流程提出了无限制的挑战。因此一般浓度到达一定极限之后,不再适用喷雾干燥流程。

 
  • 喷雾

喷雾干燥机的特征在于原料的雾化和喷雾与热空气的接触。雾化阶段旨在为蒸发创造最佳条件,并产生具有所需特性的干燥产品。喷嘴和旋转雾化器用于形成喷雾。干燥器的范围从一个喷嘴到五十个以上。
 

  • 水滴 - 空气接触

喷雾干燥机的中心元件是喷雾干燥室。在喷雾干燥室中,使雾化的液体与热气体(通常是空气)接触,导致在几秒钟(甚至是毫秒)内蒸发95%以上的水滴。喷雾与干燥器中的空气接触的方式影响干燥阶段期间液滴的行为并且直接影响干燥产品的性质。喷雾和空气之间的接触类型由雾化器相对于空气入口的位置确定。喷嘴头通常位于干燥器的顶部并向下喷射。

因此在喷雾干燥机的设计中涉及到两个核心的参数和水滴空气接触概念有关的:1、热风分布的合理性;2、喷雾干燥雾化器的雾化液滴粒径和尺寸。


 

  • 空气过滤


                              典型空气过滤器1                                   典型空气过滤器2

可能在很多初次接触喷雾干燥系统的用户中,没有空气过滤的概念,是因为大部分的实验室或者标准型产品未设计空气过滤环节。但喷雾干燥机实际应用过程中却是离不开空气过滤的设计,空气过滤一般是指:加热空气的空气过滤(热介质),,雾化器的空气过滤;无论是哪路空气,在实际生产和应用中,尤其是应对食品、制药、精细材料类用户,过滤是必须要进行的一样配置。

通过过滤器将空气吸入系统,如图所示。过滤器的效率取决于被干燥的产品。通常,化学品需要较少的过滤,而一些食品和药品的加工需要非常高效的过滤器。在大多数应用中,有两组滤波器是低效滤波器,后面是更高效的滤波器介质。

 

过滤器通常具有两个功能,第一个用于避免污染被干燥的产品,第二个用于阻止颗粒通过热空气系统并在其进入​​腔室时成为可能的火花,这可能是火灾和爆炸的可能点火源。

因为喷雾干燥机的特殊性,因此对于过滤器的选择和测试是非常重要的工作,过滤器能够需要承受室温和高温的性能考虑。



 

  • 加热系统


                                                   热风燃气炉                                                                                     加热器

 

因喷雾干燥机是靠加热空气并且完成热能传递的过程,因此喷雾干燥机的加热体系是一个非常重要的设计环节。


为了有效蒸发,必须加热进入的空气。有两种主要方法用于加热空气,直接和间接加热。

 

直接加热是指诸如油或气体之类的燃料在进气管中燃烧的地方。在干燥大多数化学品或矿物质时,油可用作燃料,但不允许用作食品原料。大多数产品(包括食品)都可以使用天然气。
 

有三种类型的间接加热,蒸汽锅炉和热油加热器,这两种加热器都需要在干燥器的进气流中使用单独的热交换器。空气也可以通过间接空气加热器加热,间接空气加热器使热空气通过管子并加热通过热管外部的干燥空气。这种类型的加热通常使用气体或油作为燃料,但在某些地区使用替代燃料可能更经济。
 

图中的图示为直接燃气燃烧器,  直接燃气燃烧器适用于大多数应用,并且在大多数情况下是最经济的加热方法。直接燃气加热具有快速响应温度参数变化的优点,并且可以设计成具有非常低的排放。
 

在小型喷雾干燥设备和安装位于发电成本低廉的区域,可以选择直接电加热。电加热器由于结构简单,拆卸灵活等特点,在小型设备上的应用更加被用户接受。

 

  • 雾化器--喷雾干燥机最核心的组件


将进料溶液通过雾化装置进入喷雾干燥机,雾化器将进料溶液分解成单个球体或液滴。球体或液滴最大程度地暴露于热量,从而达到干燥的目的。
 

通过位于竖直轴末端的旋转雾化盘的旋转速度,或通过加压喷嘴或通过使用压缩空气的喷嘴,可以引起料液雾化成液滴:

1、旋转盘利用盘边缘处的空气的剪切作用将液体进料分解成喷雾,使盘以水平方式离开。以非常高的速度运转的圆盘是一种昂贵的精密机构,主要适用于干燥含有高百分比固体的浆料。

2、压力喷嘴使用泵压力迫使液体通过喷嘴主体中的特殊插入物,以产生所需的图案和喷雾的液滴尺寸。与圆盘相比,它是一种廉价的设备,可以更好地控制粉末的性能。

3、空气(双流体)喷嘴依靠空气压力来雾化液体,主要用于小型喷雾干燥器和专门用于生产大直径粉末的特殊逆流干燥器。

 

喷嘴压力雾化器使用压力剪切力来产生液滴,喷嘴小而容易且维护成本低,并且对其他形式的雾化器具有更高程度的控制。同时在食品和制药领域,由于喷嘴结构具有更好的清洁性能和维护方便,更易被用户所接受。

 

  • 喷雾干燥室



喷雾干燥室具有与储存筒仓,大型敞口容器类似的结构,其体积由待干燥的进料材料所需的热暴露时间确定。被迫通过腔室的空气被燃烧器加热并被风扇推动。将进料溶液雾化到腔室中以形成液滴,在与热空气接触时液体蒸发留下粉末。     
 

在初始接触热量时,可见的粉末颗粒经过表面硬化处理,硬质外表面具有熔化的内部。随着颗粒落下,腔室的长度与热空气接触,从剩余的颗粒中吸取液体。通常需要颗粒内的少量保留液体,这称为残留水分。颗粒落入腔室长度所需的时间称为停留时间。


喷雾干燥室是喷雾干燥最外观的重要部件,整体结构为一个容器椎体,喷雾干燥室的设计合理性会引起喷雾干燥机的干燥敏捷性,粘壁性,热能利用性,因此喷雾干燥室设计的合理是非常要中的一个环节。喷雾干燥室门孔设计、顶盖设计,热风设计,管路设计要遵循卫生,残留少的设计规则,在体积上要遵循热力学交换原理,在构造上要符合CFD模型设计,通常专业的公司对于干燥室的设计和探索是非常保密并且具有自己的特点。应用行业的不同也会决定干燥室的设计细节会有众多的不同。

 

  • 粉体收集

粉体收集顾名思义是干燥后的粉体捕捉流程,对于干燥后的混合气体(水蒸气、空气、粉体、水份··)的粉体捕捉有很多方法,但从工业论证上来讲,目前最广为接受的是:旋风分离器和布袋除尘器。
 

1、旋风分离器


高效旋风分离器是用于将干燥粉末与废气分离的最常用的设备,也被证明是喷雾干燥机目前最为有效,成本最低且最卫生的分离方式。并且由于相对容易清洁和低成本而通常优选生产多种或难以生产的产品。虽然可以实现超过99%的收集效率,但在大多数地方通常需要布袋除尘备用以满足排放法规。


 

旋风死区

粉末沿切向进入旋风,空气和夹带的粉末沿旋风壁的长度旋转,而空气沿相反方向切向拉动,形成内部涡流。当两个涡旋在旋风分离器的底部相遇时产生死区,当夹带在空气中的粉末撞击死区时,在从系统中抽出空气的同时将其旋出而没有涡流。必须密封旋风分离器,使粉末通过旋转阀或类似装置排出。


2、布袋除尘器


布袋除尘器工作原理非常简单,空气被抽吸通过排气扇所吸收的过滤器粉末收集在袋上,同时允许空气通过过滤介质。压缩空气喷射将粉末从袋中移出并落入料斗并离开系统。   布袋除尘器的粉末如果要做回收利用,则对布袋的粘附性要提出严格的挑战,如果只是应对环保问题,则普通的布袋完全能胜任。
 

如果只有一种材料被干燥或产品在运动中制造,可以使用“袋式过滤器”或“袋式除尘器”而无需旋风器。袋式除尘器比旋风除尘器具有更高的效率,符合所有排放法规。最常用的袋式过滤器是反向喷射袋式过滤器。这种类型确保袋子始终以最高效率运行,因为压缩空气喷射时间可以根据应用进行调整。

 

在投资资金充足的情况下,可以使用具有CIP能力的袋式过滤器,从而使袋式过滤器的所有收集益处具有旋风的洗涤能力。












 

►先进喷雾干燥机制造专家 


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