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?，F(xiàn)對(duì)這三類裝置的原理、特性進(jìn)行了闡述，并依據(jù)其不同特點(diǎn)介紹了它們?cè)诠I(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(hào)：TQ051? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：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?，再由工作氣體帶走所生成的蒸汽，從而使物料水分降低的操作。此過(guò)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(duì)流干燥三類。在干燥一些熱敏性物料的過(guò)程中，傳導(dǎo)和輻射干燥容易使物料過(guò)熱，而對(duì)流干燥大部分熱量都用來(lái)蒸發(fā)物料中的水分，不會(huì)使物料過(guò)熱而影響其性能，因而對(duì)流干燥相對(duì)于其他兩種干燥應(yīng)用范圍更廣。目前工業(yè)中常用的對(duì)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(duì)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(guò)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(guò)濾器、鼓風(fēng)機(jī)、霧化器、加熱器、儲(chǔ)料罐、干燥塔、輸料泵、旋風(fēng)分離器、排風(fēng)機(jī)等組成。圖1是一個(gè)常規(guī)的噴霧干燥工藝流程圖，空氣進(jìn)入過(guò)濾器過(guò)濾后再經(jīng)加熱器加熱，然后進(jìn)入干燥塔。與此同時(shí)，液態(tài)物料在輸料泵的作用下進(jìn)入干燥塔，物料被塔中的霧化器霧化成細(xì)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(xì)粉和廢氣進(jìn)入旋風(fēng)分離器進(jìn)行分離，細(xì)粉從旋風(fēng)分離器底部排出加以回收，廢氣在排風(fēng)機(jī)的作用下排入大氣中。

從整個(gè)噴霧干燥過(guò)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(duì)這三類裝置的原理、特點(diǎn)進(jìn)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(dòng)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(jiǎn)圖如圖2所示。液態(tài)物料進(jìn)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(lái)越快地向霧化盤的邊緣移動(dòng)。霧化盤上液體的慣性以及液體離開霧化盤時(shí)與空氣界面的相互摩擦作用使物料分散成微小的霧滴，達(dá)到霧化的目的。

1.2? ? 特點(diǎn)

在噴霧干燥塔內(nèi)安裝一個(gè)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(jìn)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(diǎn)，旋轉(zhuǎn)式噴霧干燥多用于工作量大的場(chǎng)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(lái)霧化物料。

2.1? ? 霧化原理

氣流式霧化器的工作原理簡(jiǎn)圖如圖3所示。壓縮空氣或水蒸氣以很高的速度從進(jìn)氣管噴出，此時(shí)流速較低的液態(tài)物料從進(jìn)料管噴出，兩者之間會(huì)存在很高的相對(duì)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(xì)線，細(xì)線在較細(xì)處破碎，形成微小的液滴。

2.2? ? 特點(diǎn)

氣流式霧化器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合霧化粘度較高的液態(tài)物料。同時(shí)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(jī)，但與其他霧化器相比功耗大，增加了設(shè)備投資和運(yùn)行成本?；谝陨咸攸c(diǎn)，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(jiǎn)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(jìn)液管沿切線進(jìn)入旋流室進(jìn)行螺旋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)能，從出口高速噴出。液膜噴出后拉長(zhǎng)變細(xì)，最后破碎成小霧滴，達(dá)到霧化的目的。

3.2? ? 特點(diǎn)

壓力式霧化器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)制造價(jià)格低，維修更換方便，運(yùn)行時(shí)無(wú)噪聲，運(yùn)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(diǎn)，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(chǎng)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(chǎng)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(xiàng)目、垃圾發(fā)電尾氣排放煙氣系統(tǒng)上進(jìn)行了應(yīng)用。

東北電力設(shè)計(jì)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(duì)內(nèi)蒙古某工程進(jìn)行煙氣脫硫，并將兩種煙氣脫硫方法進(jìn)行了對(duì)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(duì)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(yùn)行費(fèi)用可減少一半，對(duì)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(yùn)行成本可以得到有效降低。采用旋轉(zhuǎn)式噴霧干燥法來(lái)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(jìn)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(wèn)題。栲膠廠通過(guò)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(duì)80%濃度的高粘度歧化松香成功地進(jìn)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(yuǎn)高于旋轉(zhuǎn)式噴霧干燥。同時(shí)，氣流式噴嘴的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)式相比更簡(jiǎn)單，加工容易，因此節(jié)省了設(shè)備投資和基建費(fèi)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(diǎn)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(guó)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(qiáng)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(dòng)力更少[7]。

在我國(guó)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(dòng)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(xì)、容重大，干燥所需能耗低[8]。

5? ? 結(jié)論

本文對(duì)噴霧干燥技術(shù)進(jìn)行分類，對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)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(jìn)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(dòng)力消耗大。壓力式霧化器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本小，但是易堵塞。

（2）根據(jù)其各自的特點(diǎn)，三類噴霧干燥技術(shù)有著不同的適用場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)合。

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收稿日期：2022-03-25

作者簡(jiǎn)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