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喷雾干燥为什么会粘壁?到底该如何解决?

喷雾干燥是利用雾化器将料液分散为细小的雾滴 ,并在热干燥介质中迅速蒸发溶剂形成干粉产品的干燥技术。喷雾干燥具有蒸发面积大、 干燥时间短 (数秒至数十秒 )、 对有效成分破坏少等优点 ,已越来越多地应用于热敏性材料的干燥。在喷雾干燥过程中 ,被干燥的物料粘在干燥塔内壁上 ,称之为粘壁。粘壁后的物料由于长时间停留在热的内壁上 ,有可能被烧焦或变质 ,影响产品质量。粘壁物料由于不能被引风及时带出干燥塔 ,会造成产品收率降低 ,当粘壁现象严重时 ,为了清除粘壁物料,不得不中途停止喷雾干燥 ,使操作周期延长 ,生产能力下降。因此 ,粘壁现象一直是困扰喷雾干燥设计者和操作者的一大技术难题。本文对粘壁原因作出分析 ,并针对性地提出了解决措施。

 
1.粘壁类型与产生的原因
料液喷雾干燥粘壁可划分为 3种类型:半湿物料粘壁、低熔点物料的热熔性粘壁和干粉表面粘附。
  1. 1.1    半湿物料粘壁: 
喷出的液滴在没有达到表面干燥之前就和塔壁接触,因而粘在热壁上。粘壁的物料越积越厚 ,在达到一定厚度时便以块状形式自由脱落。这种类型的粘壁往往造成块状物料表面被烧焦 ,而内部含湿量却超标的现象 ,影响正常生产。半湿物料粘壁产生的原因较为复杂 ,主要与喷雾干燥塔结构、雾化器结构、安装、操作以及热风在塔内的运动状态有关。
  1. 1.2    低熔点物料的热熔性粘壁
颗粒在干燥温度下熔融发粘 ,导致粘附在热壁上。其产生的主要原因 ,是由于干燥物料的软化点低于干燥温度 ,造成粘壁。
  1. 1.3    干粉表面粘附 
喷雾干粉由于颗粒细小,比表面积大,在喷雾塔这个有限的空间内运动 ,总有些颗粒碰到器壁而粘附其上。干粉粘附程度与塔壁的几何形状、粗糙程度、 空气流速、 静电力等有关。

以上分类是粗略的,实际操作过程中可能以一种粘壁类型为主,也可能几种类型的粘壁都比较严重。在生产中要根据具体情况,有针对性的加以解决。

 

2.喷雾干燥粘壁的解决途径
2.1半湿物料粘壁的解决途径
2.1.1改良干燥塔的结构与材质:在塔体设计时,若塔径小于喷雾锥最大直径 ,就会在对着雾滴运动最大轨迹平面上产生严重的粘壁。为了防止物料粘壁,可以有意识地适当加大塔壁直径,使半干物料碰不到壁面就向下掉落。这个办法有缓解粘壁的作用,但塔径不宜过大,否则不仅增加设备材料费和设备占地面积,还会降低热风在塔内的运行速度,影响干燥质量。立式圆锥形喷雾干燥塔容易在锥体部位粘壁,采用立式圆柱体结构能够克服上述缺点。
喷雾干燥塔塔体多由不锈钢、碳钢或钢筋混凝土制成,这些材料均有亲水性,易被湿物料粘附而结疤。如在喷雾干燥塔易结疤的区域内衬接触角大于90℃的疏水性材料,特别是高分子材料,可有效地减少喷雾干燥塔结疤的机率,内衬材料的选择要根据喷雾干燥塔工作温度来确定,如果工作温度低于100℃,可选择聚丙烯、聚苯乙烯等作为内衬材料,而对于工作温度在100~200℃的情况,应选用聚四氟乙烯。采用高分子材料作为喷塔内衬,设计上要充分考虑内衬层与塔体热膨胀系数的差异。
2.1.2合理选择雾化器:雾化器又称喷嘴 ,是喷雾干燥设备的关键部件 ,其结构的不同直接影响液体雾化分散效果,进而影响微粒的粒径和性能。膏状物料粘附性极强,不易分散,易于使已分散的物料重新粘结成团,导致来不及干燥而粘壁。同时膏状物料中的水份和物料的结合状态属毛细管水、渗透水、吸附水和结构水,故水份在物料中的传递阻力大,如不能设法将物料分散成很小的颗粒以减少传热传质阻力 ,干燥时间的延长也是造成粘壁的重要原因。汪建文等采用在一个喷嘴内实现一次物料三次气流的二内一外旋转混合的雾化器,便于拆卸安装,直径不超过 10 mm的杂物不会受堵,达到比较理想的雾化效果,避免膏状物料喷雾干燥的粘壁问题。
鉴于粘度高的物料难以雾化,王开润在研究中药桔梗浸膏喷雾干燥时,主张采用三流体式喷嘴代替二流体式喷嘴,并通过提高料液温度以降低其粘度、增大气液比等手段提高雾化效果,达到减轻粘壁的目的。采用四流式雾化喷嘴可使雾滴的比表面积增加10倍,提高雾滴尺寸分布均匀度,提高雾化效果,具有连续调节转速功能的变频离心雾化器非常适宜食用菌多糖喷雾干燥,可以根据多糖的品种、浓缩液的含固量调节转速,以改变雾滴大小,达果到少粘或不粘塔壁的效果。
2.1.3雾化器的正确安装:气流式喷嘴和压力式喷嘴产生的标准喷雾图形是一个和喷嘴轴线对称的空心锥 ,雾滴应均匀分布在喷雾锥中。当气流式喷嘴的气体通道与液体通道轴心不重合,或压力式喷嘴孔不圆时,产生的雾锥就不对称了,雾锥的偏离将导致局部严重粘壁。

如果喷雾塔中只安装一个喷嘴,则喷嘴的轴线要安装在塔的中心线上,即二者重合。如果需要安装多个喷嘴,则各喷嘴雾矩间不能重叠,通过调节喷射角度使雾滴不要直接喷射到对面的壁上。喷嘴的振动也是产生粘壁的一个原因,对于旋转式雾化器,运转时特别要防止振动。

 

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