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噴霧乾燥爲什麼會粘壁?到底該如何解決?

噴霧乾燥是利用霧化器將料液分散爲細小的霧滴 ,並在熱乾燥介質中迅速蒸發溶劑形成乾粉產品的乾燥技術。噴霧乾燥具有蒸發面積大、 乾燥時間短 (數秒至數十秒 )、 對有效成分破壞少等優點 ,已越來越多地應用於熱敏性材料的乾燥。在噴霧乾燥過程中 ,被幹燥的物料粘在乾燥塔內壁上 ,稱之爲粘壁。粘壁後的物料由於長時間停留在熱的內壁上 ,有可能被燒焦或變質 ,影響產品質量。粘壁物料由於不能被引風及時帶出乾燥塔 ,會造成產品收率降低 ,當粘壁現象嚴重時 ,爲了清除粘壁物料,不得不中途停止噴霧乾燥 ,使操作週期延長 ,生產能力下降。因此 ,粘壁現象一直是困擾噴霧乾燥設計者和操作者的一大技術難題。本文對粘壁原因作出分析 ,並針對性地提出瞭解決措施。

 
1.粘壁類型與產生的原因
料液噴霧乾燥粘壁可劃分爲 3種類型:半溼物料粘壁、低熔點物料的熱熔性粘壁和乾粉表面粘附。
  1. 1.1    半溼物料粘壁: 
噴出的液滴在沒有達到表面乾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 ,而內部含溼量卻超標的現象 ,影響正常生產。半溼物料粘壁產生的原因較爲複雜 ,主要與噴霧乾燥塔結構、霧化器結構、安裝、操作以及熱風在塔內的運動狀態有關。
  1. 1.2    低熔點物料的熱熔性粘壁
顆粒在乾燥溫度下熔融發粘 ,導致粘附在熱壁上。其產生的主要原因 ,是由於乾燥物料的軟化點低於乾燥溫度 ,造成粘壁。
  1. 1.3    乾粉表面粘附 
噴霧乾粉由於顆粒細小,比表面積大,在噴霧塔這個有限的空間內運動 ,總有些顆粒碰到器壁而粘附其上。乾粉粘附程度與塔壁的幾何形狀、粗糙程度、 空氣流速、 靜電力等有關。

以上分類是粗略的,實際操作過程中可能以一種粘壁類型爲主,也可能幾種類型的粘壁都比較嚴重。在生產中要根據具體情況,有針對性的加以解決。

 

2.噴霧乾燥粘壁的解決途徑
2.1半溼物料粘壁的解決途徑
2.1.1改良乾燥塔的結構與材質:在塔體設計時,若塔徑小於噴霧錐最大直徑 ,就會在對着霧滴運動最大軌跡平面上產生嚴重的粘壁。爲了防止物料粘壁,可以有意識地適當加大塔壁直徑,使半乾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,否則不僅增加設備材料費和設備佔地面積,還會降低熱風在塔內的運行速度,影響乾燥質量。立式圓錐形噴霧乾燥塔容易在錐體部位粘壁,採用立式圓柱體結構能夠克服上述缺點。
噴霧乾燥塔塔體多由不鏽鋼、碳鋼或鋼筋混凝土製成,這些材料均有親水性,易被溼物料粘附而結疤。如在噴霧乾燥塔易結疤的區域內襯接觸角大於90℃的疏水性材料,特別是高分子材料,可有效地減少噴霧乾燥塔結疤的機率,內襯材料的選擇要根據噴霧乾燥塔工作溫度來確定,如果工作溫度低於100℃,可選擇聚丙烯、聚苯乙烯等作爲內襯材料,而對於工作溫度在100~200℃的情況,應選用聚四氟乙烯。採用高分子材料作爲噴塔內襯,設計上要充分考慮內襯層與塔體熱膨脹係數的差異。
2.1.2合理選擇霧化器:霧化器又稱噴嘴 ,是噴霧乾燥設備的關鍵部件 ,其結構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。膏狀物料粘附性極強,不易分散,易於使已分散的物料重新粘結成團,導致來不及乾燥而粘壁。同時膏狀物料中的水份和物料的結合狀態屬毛細管水、滲透水、吸附水和結構水,故水份在物料中的傳遞阻力大,如不能設法將物料分散成很小的顆粒以減少傳熱傳質阻力 ,乾燥時間的延長也是造成粘壁的重要原因。汪建文等採用在一個噴嘴內實現一次物料三次氣流的二內一外旋轉混合的霧化器,便於拆卸安裝,直徑不超過 10 mm的雜物不會受堵,達到比較理想的霧化效果,避免膏狀物料噴霧乾燥的粘壁問題。
鑑於粘度高的物料難以霧化,王開潤在研究中藥桔梗浸膏噴霧乾燥時,主張採用三流體式噴嘴代替二流體式噴嘴,並通過提高料液溫度以降低其粘度、增大氣液比等手段提高霧化效果,達到減輕粘壁的目的。採用四流式霧化噴嘴可使霧滴的比表面積增加10倍,提高霧滴尺寸分佈均勻度,提高霧化效果,具有連續調節轉速功能的變頻離心霧化器非常適宜食用菌多糖噴霧乾燥,可以根據多糖的品種、濃縮液的含固量調節轉速,以改變霧滴大小,達果到少粘或不粘塔壁的效果。
2.1.3霧化器的正確安裝:氣流式噴嘴和壓力式噴嘴產生的標準噴霧圖形是一個和噴嘴軸線對稱的空心錐 ,霧滴應均勻分佈在噴霧錐中。當氣流式噴嘴的氣體通道與液體通道軸心不重合,或壓力式噴嘴孔不圓時,產生的霧錐就不對稱了,霧錐的偏離將導致局部嚴重粘壁。

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,通過調節噴射角度使霧滴不要直接噴射到對面的壁上。噴嘴的振動也是產生粘壁的一個原因,對於旋轉式霧化器,運轉時特別要防止振動。

 

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