1、喷雾干燥中不同粒径产品的成因分析及分离简述 摘 要：喷雾干燥是使液态物料经过喷雾进入热的干燥介质中转变成干粉的过程，现在已经广泛应用于工业生产中。随着技术的发展，其产品的粒径大小和分离也越来越受到人们的关注。文章从喷雾干燥的研究现状入手，介绍了不同大小的产品粒径的形成原因，并简要提出了不同粒径颗粒的分离方法。 关键词：喷雾干燥；产品粒径；成因；分离 喷雾干燥造粒是现在工业中较为常见的一种将液体干燥成粉末产品的干燥技术，从最早的奶粉喷雾干燥至今已经有一百多年的历史。但随着技术研究的不断发展，人们对于产品颗粒的要求也越来越高，如不同粒径产品的形成原因。本文试图从掌握的近年来国内外关于喷雾干燥产品粒
2、径研究的主要成果入手，介绍不同粒径的产品颗粒形成原因，并对不同粒径颗粒的分离作简要分析。 1、不同粒径的产品颗粒形成原因分析 1.1 雾滴粒径的产品粒径大小影响 料液雾化形成的雾滴对于后期产品颗粒的大小有着重要的影响。蔡飞虎等以 墙地砖的生产过程为例，提出了雾滴粒径的大小直接影响喷雾干燥粉料颗粒的大小和分布。雾滴粒度的大小，与雾化器的运行参数密切相关，此外还与料液的性能相关，如粘度等。生产中要根据产品种类的不同需要，确定喷雾干燥的各项参数。 1.1.1 压力对雾滴粒度的影响 喷雾干燥设备中的压力喷头是与喷雾压力直接相关的部件，李勇等人实验中发现在固定好了喷嘴的形状特性后，压力增大雾滴减小，雾滴
3、粒度与压力的 -0.47 次方成比例，其粒径的实验式如下： （ 1） 赵改清等认为在其它条件不变的情况下， 将 溶剂蒸发至干，随着压力的增大溶剂蒸发干燥的速度增加。另一个原因是在喷嘴的压力降由于变大会增加气流冲击能量，因此雾化的液滴尺寸变小，气液接触面积会增大，之间的气液传质得到了增强，从而使液滴干燥速率增加。根据这两个原因的综合作用，液滴很快达到饱和，成核速度变快，随着成核的数量增多，颗粒均匀的沉积。因此，最终产品所得颗粒大小降低，颗粒粒径尺寸分布变窄。 1.1.2 粘度对粒度的影响 粉料的粒度与泥浆粘度的 0.17 0.2 次方成比例。料浆粘度提高，将产生粗颗粒的雾滴，当粘度很大时使用压力
4、喷嘴雾化比 较麻烦，一般不采用。 1.1.3 喷嘴孔径对雾滴粒径的影响 在其他参数不变时，雾滴尺寸随喷嘴直径的平方而增加。上述李勇等人研究压力对雾滴大小的影响时，是固定了喷嘴的形状系数的。这足以说明喷嘴孔径这一因素对雾滴粒径影响非常大，因而生产中常用此法调节粒径，按照产品的不同用途配置不同的喷嘴口径以满足人们的要求。 1.2 喷雾干燥温度的影响 进口温度的设定及出口温度的调控， Brki等以 -半乳糖苷酶作为模型蛋白和海藻糖作为稳定剂，通过完全析因研究通过入口温度、喷射帽孔和乙醇浓度 等参数，对纳米粒子的大小，间距，外观，颗粒产率，酶的活性以及稳定的影响。结果表明，在入口温度和喷射帽孔可以显著
5、影响的活性，其中所述颗粒大小是由喷射帽孔和乙醇的溶液的浓度确定。 1.3 料液浓度的影响 Reverchon 等的研究结论显示，由于该料液的的浓度变大，微粒尺寸也变大。溶液浓度的增加，所产生的高固体含量，粘度也越大，形成的液滴所需的能量也高。因此，高浓度的液体形成雾滴是较大的，在气液接触面积减少，降低质量传递，液滴到达过饱和时间变长，在成核的数量的减少，颗粒的沉积以生长为主要机理，因 此粒径的形成是比较大的。 另外，浓度高的溶液所得颗粒易出现团聚现象。 Taki 等还发现，料液浓度的增加存在一个上限，如果超过此上限则不能得到颗粒。 1.4 进料速率的影响 赵改清的试验结果表明，粒度增加的进料速
6、率增加而增加。他认为可能是由于在相同的条件下，在进料速率的增加，雾化液滴的直径增加时，较大雾滴包含较多的溶质，因此形成的粉体颗粒粒径就相应较大。此外，进料速率的增加，同时增加了未干燥的液滴的数量，相互碰撞的液滴发生聚并，该产品的聚集体增加。进料速度过快，不利于液体雾化，会影响 干燥作用。 2、不同粒径的颗粒的分离 1.1 回收装置 旋风分离器 黄立新的调查显示国内对于旋风分离器的进口风速一般大于 20m/s，圆简直径为进口直径的 5 倍，圆筒的径高比为 0.6 0.8，按上述模型制造的旋风分离器经实测，压力降为 1.42 1.87kPa 对于石英砂（ D20u m）的回收率为 98%，淀粉（
7、D20m ）的回收率 94.6%。 夏兴祥通过旋风分离器分离理论的研究，建立了简单的数学模型，提出了模拟计算程序。其中邵国兴等研制的 R-S型旋风分离器是由返流式旋 风分离器和直流式旋风分离器优化组合的新结构 ，用于漂粉精生产装置，捕集效率为 98%，压降为 1.51kPa。 1.2 不同粒径的分离 胡洪通过数值模拟建立了颗粒轨道的数学模型，模拟了旋风分离器内三维流场，运用雷诺应力模型（ RSM）对其进行了三维数值模拟。从而得到了旋风分离器内的三维气体流场以及颗粒的运动轨迹，在不同进口风速下获得了旋风分离器的进出口压降和不同粒径下的分离效率。 其中，旋风分离器临界直径的计算公式 （ 2） 式中
8、 B为进气口宽度， m； N为旋转圈数；颗粒 密度 s ， kg/m3； 为颗粒粘度， Pa ?s； dc 为颗粒临界直径， m。 由此可见，在其他条件不改变的条件下，进气口宽度 B 越大， dc 越大；进气口速度 u 越大， dc 越小；旋转圈数 N 越大，则 dc 越小；颗粒密度 s 越大， dc 越小；颗粒的物性粘度 越大，则临界直径 dc 越小。以上仅仅是从公式的角度去理论分析，具体实际结果，还应根据相应实验去分析。 参考文献 Maters K. Spray Drying in Practice2 蔡飞虎， 冯国娟 . 喷雾干燥技术基本原理与生产控制 J. 佛山陶瓷， 2010（ 01
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10、d isolvent precipitationBadens E， Charbit G. Contrlled release system formed by Supercritical and isolvent coprecipitation of a her-bicide and a biodegradable polymer 黄立新， 王宗濂， 唐金鑫 . 我国喷雾 干燥技术研究及进展 J. 化学工程， 2001（ 02） . 夏兴祥 . 旋风分离器的设计计算及在化工装置中的应用 C. 第三届全国干燥技术交流会干燥佳话论文集， ： 225. 邵国兴 . R-S 型旋风分离器的开发及在干燥过程中的应用 J. 化工装备技术， 1998（ 05） . 胡洪， 黄虎， 宋倩倩， 张忠斌， 等 . 喷雾干燥用旋风分离器内部流动与分离特性数值模拟 J. 南京师范大学学报， 2010（ 02） 通讯作者：刘培启
