喷雾干燥粘壁的原因与解决途径

第36卷第6期2007年6月应用化学工业appliedchemicalindustryvol.36no.6 jun.2007特论和综述稿日3: 2007204226基金项目3360湖北省教育厅科研计划青年基金项目(Q200611007 ) 武汉科技大学重点资助项目(2006XZ4 )作者简介：周学永(1966 -)，男、河北唐山人、武汉科技大学副教授、博士主要从事生化工业方面的教育科研。 电话： 027 - 63435189、电子邮件：的YUU喷雾干燥胶粘墙的原因及解决途径周学永、高建保(武汉科技大学化学工程与技术学院，湖北武汉430081 )摘要：分析了喷雾干燥胶粘墙的类型和原因。 喷雾干燥粘结壁主要有半湿材料粘结壁、低熔点材料的热熔性粘结壁和干粉表面粘结3种。 半湿材料的粘壁主要与喷雾干燥塔结构、喷雾器结构、安装、操作及热风在塔内的运动状态有关。 当材料熔点低于干燥温度时，容易产生热熔胶粘壁。 干粉的表面附着与塔壁的几何形状、粗糙度、空气流速、静电力等有关。 提出了解决不同类型粘结墙的技术措施。 关键字：喷雾干燥雾滴粘壁中图分类编号： TQ 028. 6文献识别码：A文章编号： 1671 - 3206(2007 ) 06-0599-04 reasonsforwallstickingduringspraydryingandcountermeasureszhongxue2YY Gao2Bao wuhanuniversityofscienceandtechnology， Wuhan 430081 )中国) abstract : tthetestatityandreasforwallstickingduringanaled.theteraretestityofwallsticking : halfwetmaterials materials with ll dry powder.thewallstickingofhalfwetmaterialisconcrnedtothestructure ficingandoperforspraydryingtowerandsprayer them O2 tionofhotairs tingoccurredwhenthemeltingpointofmaterialslowerthanthedryingtemperature.the walls TIC fingofdrypowderisconcenedtocomprovicefigures roughness of wall velocityofairandstaticcharge.themosservicesforrsoluringthewallstickingwasward.keywords : spray drying； fogdrop； wall sticking喷雾干燥是用喷雾器将原料液分散在微细的雾沫中，在热干燥介质中使溶剂迅速蒸发形成干燥粉制品的干燥技术。 喷雾干燥具有蒸发面积大、干燥时间短(几秒至几十秒)、有效成分损伤小等优点，在热敏材料干燥中应用越来越多。 在喷雾干燥过程中，干燥材料附着在干燥塔的内壁上，称为粘壁。 粘壁后材料长时间滞留在热内壁，可能会烧焦或变质，影响产品质量。 粘壁材料不能被风吹出干燥塔，产品收率降低，粘壁现象严重时，为了去除粘壁材料，必须中途停止喷雾干燥，操作周期变长，生产能力降低。 因此，粘壁现象是困扰喷雾干燥设计者和作业人员的重大技术课题。 本文分析了粘壁的原因，并提出了解决办法。 1粘壁类型和发生原因材料液喷雾干燥粘壁分为3类型1 :半湿材料粘壁、低熔点材料的热熔性粘壁和干燥粉表面附着。 1. 1从半湿材料的粘壁喷出的液滴，在表面干燥之前与塔壁接触，附着在热壁上。 粘壁材料越厚，达到一定厚度后以块状自由脱落。 这种粘壁会引起块状材料表面烧焦、内部水分含量超标的现象，影响正常生产。 半湿材料粘壁应用化工第36卷的原因很复杂，主要与喷雾干燥塔的结构、喷雾器的结构、设置、操作以及热风在塔内的运动状态有关。 1. 2低熔点材料的热熔性粘接壁粒子在干燥温度下熔融粘接，附着在热壁上。其主要原因是干燥材料的软化点低于干燥温度，形成了粘壁。 1. 3因为附着在干燥粉表面的喷雾干燥粉粒子细小，比表面积大，所以在喷雾塔这个有限的空间内运动，全部的粒子碰到器壁附着。 干粉附着程度与塔壁几何形状、粗糙程度、空气流速、静电力等有关2 . 上述分类粗略，在实际操作中可能以一种粘壁类型为中心，也可能几种类型的粘壁严重。 必须在生产中根据具体情况，集中解决。 2喷雾干燥粘壁的解决方案2. 1半湿材粘壁的解决方案2. 1. 1改良干燥塔的结构和材质在塔体设计时，如果塔径小于喷雾锥的最大径，则喷雾运动的最大轨迹平面会产生严重的粘壁。 为了防止材料粘在墙上，有意识地适当加大塔壁的直径，使半干燥材料不会碰到墙面而掉落。 这种方法有缓和粘壁的作用，但塔径不能太大。 否则，不仅会增加设备材料费和设备占地面积，而且会降低塔内热风的运行速度，影响干燥质量。 立式圆锥形喷雾干燥塔容易在锥体部粘结墙，采用立式圆柱结构可以克服上述缺点3 . 喷雾干燥塔体多由不锈钢、碳钢、钢筋的凝聚土组成，这些材料具有亲水性，容易附着在湿材料上受伤。 在喷雾干燥塔的易损伤区域加衬接触角为90以上的疏水性材料，特别是高分子材料，可以有效地降低喷雾干燥塔的损伤概率4 . 疏水性材料的选择取决于喷雾干燥塔的工作温度，工作温度不足100时选择聚丙烯、聚苯乙烯等作为衬料，工作温度为100200时选择聚四氟乙烯。 采用高分子材料作为喷雾干燥塔的内衬，充分考虑内衬层和塔体热膨胀系数的不同而设计。 2. 1. 2合理选择喷雾器的喷雾器又称喷嘴，是喷雾干燥设备的重要部件，其结构差异直接影响液体雾化分散效果，影响微粒的粒径和性能。 糊状材料紧密贴合性很强，不易分散，分散的材料容易再粘接，干燥不及时，墙壁就粘住了。 同时，浆料中水分与材料的结合状态为毛细管水、渗透水、吸附水与结构水，因此，材料中水分的传递阻力大，如果材料不能分散在小颗粒中减少传热阻力，延长干燥时间也是粘壁的重要原因。 汪建文等5 在一个喷嘴内采用实现一次材料三次气流的二内外旋转混合雾化器，易拆卸安装，直径10 mm以下的异物不堵塞，达到较理想的雾化效果，避免糊材料喷雾干燥的粘壁问题。 由于粘度高的材料难以雾化，王开润在研究中药桔梗提取物的喷雾干燥时，主张采用三流体式喷嘴代替双流体式喷嘴，通过提高材料液温度降低粘度、增大气液比等手段提高雾化效果，减轻粘壁。 采用四流式雾化喷嘴，可使雾的比表面积增加10倍，提高雾的尺寸分布均匀度，提高雾化效果627 。 具有连续调节转速功能的变频离心喷雾器非常适合食用菌多糖的喷雾干燥，可根据多糖品种、浓缩液的固体含量调节转速，改变喷雾大小，达到少粘度或无粘度的塔壁效果。 2. 1. 3喷雾器气流式喷嘴和压力式喷嘴正确安装产生的标准喷雾模式是与喷嘴轴线对称的中空锥形，喷雾滴应均匀分布在喷雾锥形上。 气流式喷嘴的气体流路与液体流路的轴心不一致或压力式喷嘴的孔不圆的情况下，产生的雾锥变得不对称，雾锥的偏移局部变得严重。 在喷雾塔上只安装了一个喷嘴的情况下，喷嘴的轴线必须安装在塔的中心线上，即两者一致。 在需要安装多个喷嘴的情况下，通过调节喷射角度以使各喷嘴的喷雾彼此不重叠，使喷雾不会直接喷射到相反侧的壁上。喷嘴的振动也是粘壁的原因之一，旋转式喷雾器在运转时特别能防止振动。 2. 1. 4选择适当的操作工艺条件，对于气流式喷雾干燥塔，操作工艺参数主要与干燥温度、供给速度和喷头压力有关。 喷雾干燥塔温度分为吸气口温度和吹出口温度。 提高风口温度，液滴蒸发强度增大，液滴接触塔壁前表面固化，有效减少粘壁损失，提高产品产率。 另外，温度对粒子的粒径影响很大，温度低时，溶液雾达到饱和的时间变长，瞬间成核速度降低，成核数减少，因此得到的粒子的粒径变大，干燥时间变长。 当进气口温度保持恒定时，提高进气口温度可减小进气口温度差，提高热空气在塔内的平均温度，加快干燥速度，有效防止粘塔现象8 。 因此，以材料不活和没有低熔点粘壁为前提，适当提高干燥温度是有利的。 供给速度对干燥的影响主要表现在蒸发负荷和雾粒子变化两方面。 另一方面，随着供给速度的增加，蒸发负荷增加，吸气口温度不变化时，吹出口006第6期周学永等：喷雾干燥粘壁的原因和解决途径温度降低，喷雾滴和空气的对数平均温度差tm变小，产品含水量增加，引起粘壁， 供给速度的增加使雾粒子变大9 ，干燥所需要的时间与液滴直径d的关系由下式表示10 : =1. 0410 - 4 d 1. 87 (1)式(1)可知，雾直径变大，干燥时间变长时容易产生材料的粘壁。 因此，供应速度应从小到大逐渐控制在合理的范围内。 在其他条件不变的情况下，提高喷雾压力与喷雾压力的平方根成反比，有利于喷雾滴的微细化11 . dptg 2=常数(2)式中d -雾径、m； p喷雾压力，Pa； -雾锥角，rad。 雾的直径越小蒸发速度越快，干燥时间越短，从这个角度有助于避免材料的粘连。 但是，喷雾压力的上升可以提高喷雾的初始速度12 ，引起飞程的增加，一些喷雾还未干燥前就贴在塔壁上13。 u0=B p L (3)式中u0-喷雾速度、m /s； B 常数p-喷雾压力，Pa； L 材料液密度，kg/m 3。 综上所述，喷头压力也有适当的范围，应根据材料性质、干燥塔的特征参数合理设置。 对于离心式喷雾干燥器，请选择旋转盘的转速。 2. 1. 5热风在塔内的运动状态热风在塔内的运行状态直接影响粘壁状况。 佛明义等14 在解决石油化工产品喷雾干燥粘壁问题时，采用顺流风结合少量团粒的旋风方法，当两者的流量分别为180 m 3 /h和120 m 3 /h时，即两者的比率为1. 5时，塔壁被清洗干净，取得了满意的效果。 实践证明，总入塔热风量一定时，保护层使用的风量和干燥使用的风量，两者的比例影响雾的干燥效果。 保护层的风量过大时，反而塔的粘壁增加，是因为发挥干燥作用的风量减少，雾在不完全干燥之前与内壁接触并附着。 采用多级气幕封壁法对解决乳品黏壁有较好的效果。 该方法的原理是改造常规干燥塔结构，采用自上而下直径逐渐增大的塔壁，在各段上部沿周向开几个小孔，在塔外添加直径不变的外壁，形成一个夹层。 冷气从鼓风机导入三明治，通过各段圆周方向的孔进入塔内，射流垂直向下形成气幕。 喷流速度、空气流量适当时，各段气幕可顺利接触。 这等于用气流堵塞塔的内壁，防止半干燥物附着在塔的墙壁上。 该方案塔体结构比普通干燥塔复杂，增加了一定的加工量。 引风量对粘壁有影响。由于喷雾干燥过程是在微负压下操作的，所以喷雾滴能否达到干燥效果，快速吸引干燥材料取决于风量。 适度增加诱导风量能够提高喷雾干燥的收率15 ，但诱导风量过大时，雾在塔内滞留的时间过短时，雾有时附着在塔底部(塔锥体)而吸引风量过小时，雾在塔内滞留的时间变长，但能够迅速吸引干燥材料2. 2低熔点材料粘结壁的解决途径低熔点材料的热熔性粘结壁可以在干燥温度下决定粒子的性质，根据被干燥材料的熔点进行判断。 这种胶合墙采取了以下措施： 2. 2. 1控制热风温度的材料的熔点不低的话，塔内的最高温度分布区域不超过材料的熔点就能克服粘接壁。 根据这一特点，最好采用并行流操作1 。 2. 2. 2夹套冷却法是冷空气冷却塔的内壁，可以保持墙壁温度低于材料熔点，避免低熔点材料的热熔性粘结墙壁。 2. 2. 3辅助材料添加法低熔点材料的粘壁常见于中药浸泡的喷雾干燥过程中，但浸泡中添加糊精、淀粉等适当的辅助材料可以顺利进行喷雾干燥16 。 濮存海等17研究了益肾灵颗