淺談噴霧造粒干燥技術(shù)

謝智勇

（新疆有色金屬研究所 烏魯木齊 830000）

0 引言

噴霧造粒干燥設(shè)備和技術(shù)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，從20世紀(jì)30年代到21世紀(jì)初。噴霧干燥是在第二次世界大戰(zhàn)期間出現(xiàn)的。該技術(shù)通過將流體物料噴灑到熱干燥介質(zhì)中，使物料從流體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦稍镱w粒。流體物料可以是溶液、懸浮液、分散劑或乳劑。干燥產(chǎn)品可以是粉末、顆粒或團聚體，這取決于物料的物理和化學(xué)性質(zhì)、干燥方式和最終所需的粉末性能。

最初的噴霧造粒干燥機只用于食品和醫(yī)藥工業(yè)，直到上世紀(jì)中葉才應(yīng)用于其他工業(yè)領(lǐng)域。幾十年來，噴霧干燥技術(shù)是我國進展最快的一種干燥技術(shù)，它帶動了我國的冶金業(yè)、材料業(yè)、化工業(yè)、陶瓷業(yè)等的發(fā)展[1]。其主要工作原理為：物料或產(chǎn)品泥漿在霧化器的作用下被霧化成霧滴在干燥室內(nèi)與由供熱裝置產(chǎn)生的熱風(fēng)相遇，發(fā)生劇烈的熱交換，幾秒或十幾秒鐘后霧滴被干燥成合乎要求的顆粒狀粉料，積聚在塔底并由卸料閥卸出，其工藝流程簡圖如圖1。

圖1 工藝流程簡圖

1 噴霧造粒干燥主要過程部分

（1）濃縮部分：在進入噴霧干燥機之前，原料通常是被濃縮過的，并達到相應(yīng)的固液比。

（2）霧化部分：霧化階段創(chuàng)造了最佳的蒸發(fā)條件，使待干燥物料形成需要的形狀和尺寸。

（3）液滴-空氣接觸：在干燥室中，霧化液體與熱氣接觸，導(dǎo)致液滴中95%的水在幾秒鐘內(nèi)蒸發(fā)。

（4）干燥：水分蒸發(fā)分為兩個階段。在第一階段，液滴中有足夠的水分來代替表面蒸發(fā)的液體，蒸發(fā)以相對恒定的速率進行；第二階段開始時，沒有足夠的水分來保持液滴表面的飽和狀態(tài)，導(dǎo)致干燥的外殼在液滴表面形成。蒸發(fā)則取決于水分通過殼層的擴散速度，而殼層厚度在不斷增加中又阻礙了水分的蒸發(fā)。

（5）分離：旋風(fēng)、袋式過濾器和靜電除塵器可用于最后的分離階段。濕式洗滌器常用于凈化和冷卻空氣，以便將其釋放到大氣中。

根據(jù)上述技術(shù)過程特點，在稀有金屬新材料生產(chǎn)中，噴霧造粒干燥器可被設(shè)計為適應(yīng)各種物料和不同的干燥量，流體物料可從每小時幾公斤到每小時幾噸以上。而且操作過程是連續(xù)的，適用于生產(chǎn)的全自動控制。在新材料領(lǐng)域其既可用于加工耐熱產(chǎn)品，也可用于熱敏產(chǎn)品。得到的干燥產(chǎn)物形貌接近于球形粒子。在干燥過程中也有一些不足，如不能制造具有復(fù)雜形貌的顆粒，以及在快速的干燥速率下往往表現(xiàn)出物料干燥過快的表面爆裂。

2 噴霧干燥霧化裝置的關(guān)鍵部件

（1）霧化器

噴霧干燥機的“心臟”是霧化器，是最為重要的部件，它體積小，正確有效的安裝噴霧器是噴霧干燥運行成功的關(guān)鍵。霧化器必須完成以下幾項重要功能：①霧化器必須將原料分散到小液滴中，小液滴應(yīng)均勻分布在干燥器內(nèi)，并與熱氣充分混合。②所生產(chǎn)的液滴不能太大，太大了不能完全干燥；也不能太小，以致難以回收產(chǎn)品；小顆粒也可能過熱并燒焦。③噴嘴還必須作為計量裝置，控制物料進入干燥器的速度，噴嘴可分為：（a）空氣霧化液體噴嘴；（b）無氣霧化噴嘴；（c）壓力噴嘴；（d）旋轉(zhuǎn)或圓盤噴嘴；（e）超聲波噴嘴。

（2）混流方式

同流：在同流干燥機中，噴霧被導(dǎo)向進入干燥室的熱風(fēng)中，并沿相同的方向穿過干燥室；逆流：在這種干燥機的設(shè)計中，噴霧和空氣是在干燥機的兩端引入的，噴嘴位于頂部，空氣從底部進入；混合流：這種類型的干燥機將同流和逆流結(jié)合在一起。在混合氣流干燥機中，空氣從頂部進入，噴嘴位于底部。

（3）噴霧干燥室

干燥室內(nèi)空氣始終保持流動，內(nèi)壁采用流線型，防止部分干燥產(chǎn)品在壁上或霧化器上沉積。干燥室內(nèi)熱空氣流動方式和進氣溫度影響最終產(chǎn)品的類型。

3 噴霧造粒干燥機的類型及特點

（1）豎式干燥機

適用范圍較廣，可生產(chǎn)無團聚的自由流動粉末。

（2）流化床噴霧干燥機

流化床噴霧干燥機結(jié)合了噴霧干燥和流化床干燥技術(shù)，提供了優(yōu)良的產(chǎn)品靈活性和良好的熱效率。粘性產(chǎn)品可以成功干燥，可較好的干燥熱敏性產(chǎn)品。

（3）多級干燥器

該工藝可生產(chǎn)無塵、自由流動的團聚粉體，具有較高的風(fēng)味保留。它具有較低的出口溫度，實現(xiàn)了高的熱效率?？筛稍锔咧尽⑽鼭裥院驼承缘漠a(chǎn)品。

（4）緊湊型噴霧干燥機

霧化是由旋轉(zhuǎn)噴霧器或噴嘴噴霧器產(chǎn)生的。流體床在干燥室內(nèi)的位置實現(xiàn)了在較低溫度水平下的干燥。它為粉末處理提供了更高的效率和更好的冷卻條件。

（5）集成過濾干燥器

其結(jié)合一個完整的流體床和過濾器。適用于食品配料、食品、乳制品、化工和制藥行業(yè)。特點包括：提高粉末質(zhì)量，降低噪音水平和較低的能源消耗。

4 噴霧造粒干燥的發(fā)展前景

噴霧造粒干燥技術(shù)歷經(jīng)了幾十年的發(fā)展，已進行了大量的技術(shù)研究。但仍有一些問題待解決。如噴霧干燥的新型霧化器仍需進行研究開發(fā)；噴霧干燥的設(shè)計需根據(jù)以往的經(jīng)驗教訓(xùn)繼續(xù)完善設(shè)計理論，提高設(shè)計的準(zhǔn)確性；噴霧干燥的熱效率較低，技術(shù)開發(fā)人員需研究開發(fā)如何提高熱效率，促進節(jié)能，為環(huán)保做一些貢獻。今后應(yīng)該將計算機軟件技術(shù)運用于噴霧干燥的數(shù)學(xué)模擬，提供更多目前實驗無法檢測到的數(shù)據(jù)和結(jié)果。無論是學(xué)術(shù)界或是企業(yè)界，對噴霧干燥的研究、開發(fā)和完善依然有很長的路要走。隨著對噴霧干燥技術(shù)以及設(shè)備的深入研究與開發(fā)，噴霧干燥技術(shù)將擁有更為廣闊的應(yīng)用前景。