壓力式噴霧干燥機設備改造與出料效率的提升

紀龍成

（遼寧省輕工科學研究院，遼寧 沈陽 110036）

精細的工業(yè)陶瓷原料大部分為粉料，需要將粉料實施造粒程序。造粒的方法有多種，最常見的就是噴霧造粒。在噴霧造粒過程中，霧化器的使用能夠?qū)⒃弦红F化。然后在霧氣中使用熱氣體，進行干燥化，將這些霧滴干燥而得到顆粒。這些原料液體能夠被霧化，其主要成為分乳濁液、懸浮液、膏糊液等。通過噴霧干燥機將這些液體霧化干燥，得到粉狀、顆粒狀、空心球團狀等形式的顆粒。制作優(yōu)質(zhì)合格的粉料是非常重要的，主要能夠影響到生坯的強度，所產(chǎn)成品的外觀、材料的理化性能等方面。在進行生產(chǎn)過程中，噴霧干燥機設備的使用至關重要，因為其影響著噴霧造粒粉料的水分含量、粒度分布、松裝密度等方面的性質(zhì)。所以，工業(yè)陶瓷的生產(chǎn)需要對噴霧干燥機設備進行改造和改良，不斷完善生產(chǎn)工藝，提升噴霧造粒的效率已經(jīng)是當前研究的重要課題。

1 噴霧造粒設備組成及其工作原理

噴霧造粒設備將懸浮液或黏滯的液體噴成霧狀，與熱空氣之間發(fā)生熱量和質(zhì)量傳遞而進行干燥的過程。成品以粉末狀態(tài)沉陷于干燥室底部，連續(xù)或間斷地從卸料器排出，適用于不能借結晶方法得到固體產(chǎn)品的生物制品生產(chǎn)中。

1.1 噴霧造粒設備的基本組成

噴霧造粒機是由多個部分組成的。其中包括了料漿的供應系統(tǒng)，即料漿池和泵；還有干燥塔、熱風系統(tǒng)、霧化器、氣固分離系統(tǒng)等。噴霧造粒系統(tǒng)包括了傳熱交換的功能。在這一工作流程中，有四種氣液流向。其中較為常用的是逆流式和混流式。由于逆流式的用途較廣，能夠高效利用資源，得到了眾多使用者的青睞，其中壓力式噴霧造粒機就是其中典型的代表。

1.2 霧化器種類與工藝

霧化器的種類有三種，包括了壓力噴嘴霧化器、離心盤式霧化器和氣流式霧化器。氣流霧化器的利用之所以越來越少的原因是由于其過大的能源消耗，得到的產(chǎn)品的粒度過細。離心盤式霧化器的工作原理如下：離心力的影響下，逐漸向圓盤的周圍轉動，在不停的轉動后，薄膜逐步形成。在甩出的那一刻，形成了液滴。這中方法的工作結果較為理想，能夠減少堵噴槍的機率，然而這種方式需要較高的物質(zhì)條件，比如高速運轉中的精密設備，需要付出高成本。

壓力式霧化器的工作中，噴嘴霧化器安裝在塔的中上部，料漿用泵以較高的壓力沿切線槽送入旋流室，在旋流室內(nèi)料漿高速旋轉形成近似的自由渦流，越靠近噴嘴中心旋轉速度越大而壓力越小，結果在噴嘴的中心孔附近料漿破裂，料漿在噴嘴內(nèi)壁與噴片之間的橫截面中心以薄膜的形式向上噴霧，最后細絲斷裂而成為液滴，小液滴與塔頂流入的熱空氣接觸后，水分迅速蒸發(fā)，完成干燥。

1.3 噴霧干燥輔助設備及噴霧干燥特點

噴霧干燥輔助設備一般包括空氣加熱器、熱風分配器和布袋除塵器。其中空氣加熱器中應用比較廣的有三種加熱器，區(qū)別的方式主要是按照加熱的原料不同為依據(jù)的，三種加熱器的加熱原料分別為電、天然氣與液化氣。通過對溫度的設定，空氣加熱器能夠迅速得到需要的溫度，然后，經(jīng)熱風管和熱風分配器流入噴塔內(nèi)與下部噴出的霧化小液滴進行熱交換。熱風分配器能夠?qū)崿F(xiàn)熱風的均勻吹送熱氣，實現(xiàn)漿料的全面和均勻地加熱。

布袋除塵器的原理如下：上層將空氣抽去，中層的兩側進風。通過運用小顆粒遮擋布網(wǎng)的功能，實現(xiàn)粉塵的內(nèi)部遮擋。然后，再通過壓縮空氣，進行空氣的反吹。這樣除塵器就能夠順勢脫落，而且通過煙囪能夠?qū)崃颗c水蒸氣排除。

2 造粒粉料的工藝性能

粉料的工藝性能是造粒時重要的參考標準。改善造粒粉料的工藝性能，能夠提高造粒的效率和質(zhì)量。

2.1 粒度和粒度分布

胚體的致密度和收縮度與粉料的性質(zhì)有著密切的關系。粉料的粒徑大小也是有很多影響因素的，包括粉料中包含的水、氣體以及粘合劑等物質(zhì)。

顆粒級配，每一個陶瓷產(chǎn)品各有不同的選擇。因為工藝和產(chǎn)品性質(zhì)的不同，所需要的粉料堆積孔隙也會有所不同，這不容易導致孔隙拱橋的產(chǎn)生，松裝密度有所提升，能夠提升胚體致密度。

圓球狀的粉料是非常合適的，能夠賦予其表面較小的摩擦力，實現(xiàn)各個顆粒之間的較小的摩擦，從而保證其流動性的提升。同時，還應注意，不同類型的分散劑及造粒的粘合劑對料球的形狀有一定影響。

2.2 粉料的含水率

粉料的含水率不但能夠影響粉料的質(zhì)量，還會導致胚體密度產(chǎn)生變化，從而影響其彈性、強度和收縮性。通過造粒得到的粉料一般水分較少，然而還會存在一定的水分。水分的存在是否均勻，是胚體質(zhì)量好壞的重要影響因素。當水分太多，可能出現(xiàn)粘膜的狀況，當水分較少時，則容易產(chǎn)生裂紋。所以，要利用粉料的特征和性質(zhì)，并根據(jù)產(chǎn)品的形狀來推算含水率。

2.3 粉料的松裝密度

粉料松裝密度大小能夠影響壓力大小。通過對成型時壓力的影響，對胚體進行密度的干擾。為保證坯體體積密度的穩(wěn)定，松裝密度大時，壓制壓力減??；松裝密度小時，壓制壓力要增大。粉料的松裝密度對產(chǎn)品的最終外形尺寸有很大影響。所以應當改善松裝密度大小并按照坯體體積密度要求作一定調(diào)整。

3 干燥塔干燥效率的影響因素及改善途徑

溶液狀態(tài)的物料噴入噴霧干燥塔中，物料干燥后呈固體粉末狀態(tài)出料，按工藝要求可以調(diào)節(jié)料液泵的壓力、流量、噴孔的大小，得到所需的按一定大小比例的球形顆粒，多數(shù)用于生物農(nóng)藥、醫(yī)藥、食品微生物的干燥。

作用原理：在進行加熱與過濾之后，得到了溫度較高的熱空氣。熱空氣螺旋上升，直到干燥器頂部。在空氣分配器的作用下，熱空氣能夠比較均衡的進入干燥室內(nèi)。通過頂部的離心霧化器的作用，料液能夠在極快的速度下實現(xiàn)霧化，形成細微的霧狀液體，通過和空氣的接觸能夠迅速干燥。在形成了干燥的成品后，微塵物料能夠被收集器進行收集，產(chǎn)品成品能夠得到保障和不斷地輸出。

噴霧干燥塔的特點：（1）能夠在數(shù)秒內(nèi)迅速干燥。（2）更適合熱敏性物料的干燥。（3）具有更為廣闊的使用范圍：比如熱風干燥、離心造粒與冷風造粒。（4）產(chǎn)品能夠保持良好的流動性與分散性，能夠瞬間實現(xiàn)干燥化。（5）在生產(chǎn)的過程中，能夠更加便捷的控制。噴霧干燥通常用于固含量60%以下的溶液，并能夠簡便生產(chǎn)流程，優(yōu)化生產(chǎn)的工藝。能夠通過變更生產(chǎn)條件等來控制產(chǎn)品的粒徑、密度與水分，更加有利于管理。（6）為了使物料不受污染和延長設備壽命，凡是與物料接觸部分，均可以采用不銹鋼材料制造。

高速離心噴霧干燥是液體工藝成形和干燥工業(yè)中最廣泛應用的工藝。當成品的顆粒大小分布、殘留水分含量、堆積密度和顆粒形狀必須符合精確的標準時，噴霧干燥是一道十分理想的工藝。

以下是干燥塔干燥效率的改善途徑：（1）保證漿料黏度穩(wěn)定性同時提高料漿濃度，漿料霧化均勻會提高造粒粉料的質(zhì)量和產(chǎn)量。（2）在滿足后續(xù)成型工藝要求的前提下，適當增加噴槍壓力，可以提高單位時間出料率。（3）在滿足后續(xù)成型工藝要求的前提下，盡量減少造粒粘結劑、潤滑劑等在漿料中的含量，以降低漿料黏度，提高噴霧效率。（4）在冬季噴料時，需做好料漿池及管路的保溫工作，或者采用加熱料漿，或者在料漿中加入能促進PVA膠液溶解的添加劑降低黏度，提高噴霧造粒效率。

4 結語

本文分析了當前噴霧造粒設備的構成、噴霧造粒設備及其工藝，分析了影響造粒粉料工藝性能的因素，并對干燥塔的效率影響因素進行了分析和研究，結合多年工作經(jīng)驗，希望得到提升壓力式噴霧干燥機出料效率的方法。

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