噴霧干燥過程中粘壁怎么辦？

摘 要：噴霧干燥是將料液分散為細(xì)小的霧滴，并在熱干燥介質(zhì)作用下形成干燥產(chǎn)品的技術(shù)，但在噴霧干燥過程中，被干燥的物料粘在干燥塔內(nèi)壁上，稱之為粘壁，而粘壁現(xiàn)象會使操作周期延長，生產(chǎn)能力下降。所以，本文對噴霧干燥粘壁的類型和原因進行了分析。并按照分析，提出了各類延緩、解決粘壁現(xiàn)象的措施與辦法。
噴霧干燥工藝示意圖關(guān)鍵詞：物料干燥；物料粘壁；干燥塔噴霧干燥是一種已被工業(yè)界廣泛接受的干燥工藝，從最早的奶粉噴霧干燥至今已經(jīng)有一百多年的歷史[1]。但是，在目前的實際應(yīng)用中依然存在著諸多問題，其中最常見的則是干燥塔內(nèi)的粘壁問題[2,3]。本文試圖從掌握的國內(nèi)外關(guān)于噴霧干燥粘壁問題的研究著手，介紹此領(lǐng)域內(nèi)的最新研究進展，并且對近幾年來發(fā)表的不同研究人員的研究成果、受關(guān)注的研究方向等方面進行歸納總結(jié)，希望對本領(lǐng)域的研究人員和讀者能有所啟發(fā)。一、噴霧干燥粘壁類型及其產(chǎn)生的原因物料粘壁可粗略地分為3種類型[4,5]:半濕物料粘壁、低熔點物料的熱熔性粘壁、干粉表面粘附(或稱表面附灰)。1、半濕物料粘壁噴出的液滴在沒有達(dá)到表面干燥之前就和塔壁接觸，因而粘在熱壁上。粘壁的物料越積越厚，在達(dá)到一定厚度時便以塊狀形式自由脫落。這種類型的粘壁往往造成塊狀物料表面被燒焦，而內(nèi)部含濕量卻超標(biāo)的現(xiàn)象，影響正常生產(chǎn)。造成半涅物料粘壁的原因有:1.1、霧化器結(jié)構(gòu)、安裝與操作問題1.1.1、當(dāng)霧化器的氣體通道和液體通道的軸心不重合(即不同心)時，這時噴霧錐是不對稱的圓錐形，氣體通道變小的地方產(chǎn)生粗霧滴，當(dāng)大液滴還沒有達(dá)到表面干燥時就碰到壁上而粘住。這種比較普遍存在的偏流現(xiàn)象，主要因產(chǎn)品加工質(zhì)量不佳、長時間操作而磨損及結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理造成。1.1.2、霧化器在安裝過程中，如果霧化器產(chǎn)生過大的偏離、多噴嘴霧距有重疊、傾斜噴霧直接噴射至對面塔壁，都將要產(chǎn)生局部嚴(yán)重粘壁情況。1.1.3、對設(shè)備進行實際操作過程中，由于日常損耗，霧化器噴嘴有磨損、堵塞等情況出現(xiàn)，造成霧化效果差，造成粘壁現(xiàn)象。1.2、噴霧干燥塔結(jié)構(gòu)間題1.2.1、在噴霧干燥過程中，有3種霧化器(氣流式、壓力式及旋轉(zhuǎn)盤式)[7]可以選擇，噴霧干燥塔結(jié)構(gòu)必須與此相適應(yīng)，若塔在設(shè)計中高度不夠、直徑不足，霧滴直徑噴射到塔體壁上，造成粘壁。1.2.2、分風(fēng)器設(shè)計不合理，造成塔體內(nèi)溫度不均，溫度低的地方容易造成粘壁。1.2.3、塔體內(nèi)保溫效果差，造成粘壁。1.3、熱風(fēng)在塔內(nèi)的狀態(tài)(只討論與粘璧有關(guān)的)間題1.3.1、由于氣壓等問題，熱空氣進塔后偏流，造成塔局部位置粘壁。2、低熔點物料的熱熔性粘壁熱熔性粘壁決定于在干燥溫度下顆粒的性質(zhì)，顆粒在干燥溫度下熔融發(fā)粘，導(dǎo)致粘附在熱壁上，其產(chǎn)生的主要原因，是由于干燥物料的軟化點低于干燥溫度，造成粘壁[3,6]。1.3干粉表面粘附(或稱表面附灰)噴霧干粉由于顆粒細(xì)小,比表面積大,在噴霧塔這個有限的空間內(nèi)運動,總有些顆粒碰到器壁而粘附其上。這是不可避免的。此類粘壁不構(gòu)成堅固層，并且厚度很薄。粉塵很容易地用空氣吹掉?；蛘咻p微的敲打震掉。此類粘壁不影響正常生產(chǎn)。表面積灰的程度取決于壁的幾何形狀、清潔狀況、局部的(該處的)空氣速度以及顆粒與壁的靜電力等。內(nèi)壁拋光的表面則是非常理想的[7]。噴霧干燥在實際操作過程中可能以一種粘壁類型為主，也可能幾種類型的粘壁都比較嚴(yán)重。所以在生產(chǎn)中要根據(jù)具體情況，有針對性的加以分析，對它而采取相應(yīng)措施加以解決。
噴霧干燥工藝示意圖二、延緩噴霧干燥粘壁的方法對于延緩噴霧干燥粘壁，國內(nèi)外學(xué)者專家在研究和生產(chǎn)等工作中，進行了大量研究。包括用數(shù)學(xué)模擬技術(shù)分析干燥粘壁成因[8]，分析蒸發(fā)強度與粘壁關(guān)系[9]，從噴霧干燥技術(shù)方面對粘壁進行展望[10]，針對某種具體工藝解決噴霧干燥物料粘壁問題[11,12]等，根據(jù)這些研究與報告，在生產(chǎn)中通常采用以下途徑及方法。1、半濕物料粘壁的解決途徑1.1、改良干燥塔的結(jié)構(gòu)與材質(zhì)　在塔體設(shè)計時，為了防止物料粘壁，可以有意識地適當(dāng)加大塔壁直徑，使半干物料碰不到壁面就向下掉落。這個辦法有緩解粘壁的作用，但塔徑不宜過大，否則不僅增加設(shè)備材料費和設(shè)備占地面積，還會降低熱風(fēng)在塔內(nèi)的運行速度,影響干燥質(zhì)量[13]。噴霧干燥塔塔體多由不銹鋼、碳鋼或鋼筋混凝土制成，這些材料均有親水性，易被濕物料粘附而結(jié)疤。如在噴霧干燥塔易結(jié)疤的區(qū)域內(nèi)襯接觸角大于90 ℃的疏水性材料，特別是高分子材料，可有效地減少噴霧干燥塔結(jié)疤的機率[14]。1.2、合理選擇霧化器　霧化器又稱噴嘴，是噴霧干燥設(shè)備的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)的不同直接影響液體霧化分散效果，進而影響微粒的粒徑和性能，從而達(dá)到少粘或不粘塔壁的效果。1.3、霧化器的正確安裝　噴嘴產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)噴霧圖形是一個和噴嘴軸線對稱的空心錐，霧滴應(yīng)均勻分布在噴霧錐中。如果噴霧塔中只安裝一個噴嘴,則噴嘴的軸線要安裝在塔的中心線上，即二者重合。如果需要安裝多個噴嘴，則各噴嘴霧矩間不能重疊，通過調(diào)節(jié)噴射角度使霧滴不要直接噴射到對面的壁上。噴嘴的振動也是產(chǎn)生粘壁的一個原因,對于旋轉(zhuǎn)式霧化器，運轉(zhuǎn)時特別要防止振動。1.4、選用適宜的操作工藝條件　提高進風(fēng)口溫度可以增大液滴的蒸發(fā)強度，使液滴在接觸塔壁之前表面就已經(jīng)固化，可有效地減少粘壁損失，提高產(chǎn)品收率。此外，溫度對顆粒粒徑有較大影響，溫度較低時，溶液霧滴達(dá)到過飽和的時間延長，瞬間成核速度降低，成核數(shù)量減少，因此，所得微粒粒徑增大，導(dǎo)致干燥時間延長。進風(fēng)口溫度維持不變時，提高出風(fēng)口溫度可以縮小進出口溫度差，提高熱空氣在塔內(nèi)的平均溫度，加快干燥速率，有效防止粘壁現(xiàn)象[15]。1.5、熱風(fēng)在塔內(nèi)的運動狀態(tài)熱風(fēng)在塔內(nèi)的運動狀況直接影響粘壁狀況。熱空氣渦流容易發(fā)生粘壁現(xiàn)象，熱空氣進入干燥塔時，若采用"旋轉(zhuǎn)風(fēng)"和"順流風(fēng)"相結(jié)合的方法，在空氣流吹動下，可防止霧滴接觸器壁。佛明義等[16]在解決石油化工產(chǎn)品噴霧干燥粘壁問題時，采用了順流風(fēng)和夾帶少量團粒的旋轉(zhuǎn)風(fēng)相結(jié)合的方法，當(dāng)二者流量分別為180m3/h和120m3/h時，即二者比值為1.5時，塔壁沖刷干凈，取得了滿意效果。2、低熔點物料粘壁的解決途徑2.1、控制熱風(fēng)溫度　如果物料熔點不是很低，可以采取限制塔內(nèi)最高溫度分布區(qū)不超過物料的熔點的辦法克服粘壁。根據(jù)這一特點，采用并流操作為宜[4]。2.2、夾套冷卻法　用冷空氣冷卻塔內(nèi)壁，保持壁溫低于物料熔點，可以避免低熔點物料的熱熔性粘壁。2.3、添加輔料法　低熔點物料粘壁在中藥浸膏的噴霧干燥過程中較為常見，如果在浸膏中加入適當(dāng)輔料， 如糊精、淀粉等，可使噴霧干燥順利進行[16]。2.4、低溫噴霧干燥法　在實際工作中，一步造粒中藥干燥塔的干燥工藝則是采用此種方式。3、干粉表面粘附(或稱表面附灰)去除方法3.1、采用冷空氣吹掃在塔筒切線方向引入冷空氣，吹掃易發(fā)生粘壁的部位。也可以沿塔內(nèi)壁安裝一根可以旋轉(zhuǎn)的噴氣管，經(jīng)過過濾的空氣通過風(fēng)機送入吹掃桿內(nèi)，依靠其在干燥室內(nèi)圍繞塔壁旋轉(zhuǎn)并同時上下運動進行吹掃，以此減少因干粉末附著所引起的粘壁現(xiàn)象。3.2、添加填料法　添加流動性好的填料可以減輕粘壁。休止角﹤ 30°的干粉物料流動性能良好。3.3、消除靜電法　噴霧塔以及顆粒帶電均能增加干粉的粘附，對干燥塔作好接地，使生產(chǎn)過程中粉粒之間、粉粒與塔體內(nèi)壁之間摩擦而產(chǎn)生的靜電得以導(dǎo)出，可以防止靜電吸附現(xiàn)象的產(chǎn)生[ 17] 。最后順便提一下清除粘壁物料的方法。常用的方法如下:震動法(同歇的手動,間歇或連續(xù)的電動或氣動)、空氣吹掃法、轉(zhuǎn)動刮刀連續(xù)清除法、轉(zhuǎn)動的鏈條清除法、針對粘壁部位,特設(shè)置電動或氣動刷子間歇清除法[5]。三、結(jié)論　噴霧干燥粘壁是一個常見現(xiàn)象，對產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量均有不利影響。物料粘壁主要存在3種情況：半濕物料粘壁、低熔點物料的熱熔性粘壁、干粉表面附著(或稱表面附灰)。本文主要分析了上述3種類型粘壁現(xiàn)象產(chǎn)生的原因,并針對性地提出了解決措施。不過，針對每一種物料性質(zhì)更有差異、運行工況也各不相同的情況，具體問題具體分析，爭取找到經(jīng)濟實用的方式。