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(huì)使操作周期延長，生產(chǎn)能力下降。所以，本文對(duì)噴霧干燥粘壁的類型和原因進(jìn)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(shí)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(jìn)展，并且對(duì)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(jìn)行歸納總結(jié)，希望對(duì)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(diǎn)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(shí)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(shí)，這時(shí)噴霧錐是不對(duì)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(shí)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(shí)間操作而磨損及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(duì)面塔壁，都將要產(chǎn)生局部嚴(yán)重粘壁情況。1.1.3、對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)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(jì)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(jì)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(jìn)塔后偏流，造成塔局部位置粘壁。2、低熔點(diǎn)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(diǎn)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(gè)有限的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng),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(jiān)固層，并且厚度很薄。粉塵很容易地用空氣吹掉。或者輕微的敲打震掉。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(shí)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(duì)性的加以分析，對(duì)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(duì)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(jìn)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(qiáng)度與粘壁關(guān)系[9]，從噴霧干燥技術(shù)方面對(duì)粘壁進(jìn)行展望[10]，針對(duì)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(bào)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(jì)時(shí)，為了防止物料粘壁，可以有意識(shí)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(gè)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(fèi)和設(shè)備占地面積，還會(huì)降低熱風(fēng)在塔內(nèi)的運(yùn)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(jī)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(jìn)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(gè)和噴嘴軸線對(duì)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(gè)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(gè)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(duì)面的壁上。噴嘴的振動(dòng)也是產(chǎn)生粘壁的一個(gè)原因,對(duì)于旋轉(zhuǎn)式霧化器，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)特別要防止振動(dòng)。1.4、選用適宜的操作工藝條件　提高進(jìn)風(fēng)口溫度可以增大液滴的蒸發(fā)強(qiáng)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(duì)顆粒粒徑有較大影響，溫度較低時(shí)，溶液霧滴達(dá)到過飽和的時(shí)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(shí)間延長。進(jìn)風(fēng)口溫度維持不變時(shí)，提高出風(fēng)口溫度可以縮小進(jìn)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)熱風(fēng)在塔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)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(jìn)入干燥塔時(shí)，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(dòng)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(shí)，采用了順流風(fēng)和夾帶少量團(tuán)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(shí)，即二者比值為1.5時(shí)，塔壁沖刷干凈，取得了滿意效果。2、低熔點(diǎn)物料粘壁的解決途徑2.1、控制熱風(fēng)溫度　如果物料熔點(diǎn)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(diǎn)的辦法克服粘壁。根據(jù)這一特點(diǎn)，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(diǎn)，可以避免低熔點(diǎn)物料的熱熔性粘壁。2.3、添加輔料法　低熔點(diǎn)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(jìn)行[16]。2.4、低溫噴霧干燥法　在實(shí)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(jī)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(shí)上下運(yùn)動(dòng)進(jìn)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(dòng)性好的填料可以減輕粘壁。休止角﹤ 30°的干粉物料流動(dòng)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(duì)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(dòng)法(同歇的手動(dòng),間歇或連續(xù)的電動(dòng)或氣動(dòng))、空氣吹掃法、轉(zhuǎn)動(dòng)刮刀連續(xù)清除法、轉(zhuǎn)動(dòng)的鏈條清除法、針對(duì)粘壁部位,特設(shè)置電動(dòng)或氣動(dòng)刷子間歇清除法[5]。三、結(jié)論　噴霧干燥粘壁是一個(gè)常見現(xiàn)象，對(duì)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(diǎn)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(duì)性地提出了解決措施。不過，針對(duì)每一種物料性質(zhì)更有差異、運(yùn)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(jì)實(shí)用的方式。