1、噴霧枯燥技術(shù)中霧化方式對產(chǎn)品質(zhì)量和形態(tài)的影響Peter Walzel噴霧系統(tǒng)主要用于微粒的形成和噴霧模式的選擇。我們爭辯過不同噴霧器形成最重要的 霧化特性。就氣動(dòng)噴霧器來言，其夾帶很低而且均勻混合噴射，噴射時(shí)會(huì)帶有細(xì)小顆粒與大顆粒少量分別現(xiàn)象的發(fā)生。用旋轉(zhuǎn)式霧化器在消滅較大噴霧傾角時(shí)會(huì)產(chǎn)生氣體與噴霧之間強(qiáng) 烈的相互作用。我們了解到，霧化顆粒的形態(tài)在肯定程度上主要取決于枯燥速度以及霧沫量。關(guān)鍵詞：顆粒形態(tài)， 噴霧枯燥，噴霧形式，噴霧過程1、前言噴霧枯燥是一種廣為人知并廣泛應(yīng)用在將液體霧化枯燥成自由流淌的粉狀或顆粒狀制 品的處理加工技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)已得到較好的方案制定，技術(shù)根底也為人們所承受。Mas

2、ters 的知名著作噴霧枯燥技術(shù)手冊始終以來都是任何關(guān)于噴霧枯燥技術(shù)和特別觀點(diǎn)的問題的標(biāo)準(zhǔn)解答信息。與之相比在此技術(shù)上的擴(kuò)展學(xué)問就表達(dá)在 Mujumdar 所著的工業(yè)枯燥技術(shù)手冊一書中。近幾年來，在世界方位內(nèi)相當(dāng)大量的技術(shù)作業(yè)都需要微粒制造技術(shù)的應(yīng)用。霧化枯燥后微粒的構(gòu)造、還有制造出應(yīng)用于各種不同用途的粉末都受到很多因素的影響，例如，參與霧化枯燥物料的屬性不同、霧化設(shè)備操作的不同以及噴霧枯燥塔中的枯燥條件不同等。經(jīng)過噴霧枯燥塔處理后顆粒的大小、活動(dòng)狀態(tài)以及與熱空氣的接觸程度都由物料的性質(zhì) 以及枯燥率來打算。霧化加工中首先表現(xiàn)出技術(shù)操作結(jié)果的就是顆粒的大小。當(dāng)料液由液體 轉(zhuǎn)化為固態(tài)顆粒狀態(tài)時(shí)，就

3、是對在液料泵中形成操作結(jié)果所要求的固體濃縮物的枯燥處理。依據(jù)經(jīng)過枯燥步驟的固態(tài)顆粒的孔隙度 、質(zhì)量以及平衡量，我們可以得到微粒的大小：其中，1 代表液體密度，s 代表純固體原料的密度，s 是參加裝置的固體質(zhì)量與體積， 。諸多嘗試都是去仿照已形成的固體構(gòu)造，這些爭辯的結(jié)果都格外有特點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果還沒有到達(dá)普遍性的認(rèn)知，進(jìn)入技術(shù)延長領(lǐng)域的可能性也是未知的。實(shí)際上，固體顆粒的孔隙度 的形成可以從微滴來推斷或經(jīng)過枯燥劑的試驗(yàn)來降低，通常應(yīng)在 0.40.7 的范圍中浮動(dòng)。在真空式懸浮爐中試驗(yàn)儀器是否起作用往往是取決于在枯燥處理過程中誰能洞察到一 些好玩的現(xiàn)象。質(zhì)量與熱量平衡在固定的枯燥過程中也是可能實(shí)現(xiàn)的

4、，在此過程中也可運(yùn)用懸滴法。液滴/顆粒大小的最小值一般限制在 d=0.4mm。由于必經(jīng)的操作程序要求將微滴放入霧化系統(tǒng)并且在僅僅幾秒的時(shí)間范圍內(nèi)將其霧化為更小的微滴。然而，小微滴與大微滴會(huì)消滅在任何霧化的過程中，它們由于自身的枯燥比率不一樣并形成不同的構(gòu)造形式。這種因素是很重要的在工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)運(yùn)中，這是主要是由于與處理過程相關(guān)的時(shí)間安排安排有所不同，影響因素包括管道傳輸、集中、結(jié)晶化以及熱量傳導(dǎo)。干燥比率的不同，一方面是由于小微滴會(huì)較快被枯燥處理。正如我們所知，枯燥所需時(shí)間由粒子外表所剩余的水分比例打算，公式為： t d2。另一方面，由于不同的拽力和慣性力，會(huì)d消滅不同的大小微滴軌跡，還有大小

5、微滴與熱空氣接觸的程度也不同。為了解在噴霧枯燥塔 內(nèi)微粒的變化規(guī)律，包括它們的原點(diǎn)、產(chǎn)生變化的條件，以及被爭辯過的 PSD粒度分布。噴霧枯燥后的產(chǎn)品質(zhì)量一般都要求擁有均質(zhì)性，也就是說，在粒度分布曲線中全部微粒也要 呈現(xiàn)一樣形態(tài)。無論是應(yīng)用于特別用途的個(gè)別取決于材料屬性的產(chǎn)品，均質(zhì)性都是區(qū)分各類產(chǎn)品性能的一把鑰匙，例如，顆粒孔隙度、散裝密度、壓縮率、流量特性以及溶解特性等等。2、噴霧方式/霧化方式顆粒的平均大小以及質(zhì)量參數(shù)都受到粒度分布的影響，在我們選擇噴霧方式時(shí)，霧化過程中的能量消耗也是一個(gè)主要參考參數(shù)。整個(gè)噴霧處理是受霧化模式、顆粒形成自適應(yīng)大小以及為枯燥微粒供給準(zhǔn)確阻滯時(shí)間的噴霧枯燥塔的外

6、形影響的。為了了解枯燥步驟中霧化起始與完畢的過程，我們接下來爭辯一些重要的噴霧方式。、簡潔壓力式噴嘴旋流噴嘴設(shè)計(jì)中不同的幾何配置會(huì)使得噴嘴的最小直徑比也不同，為了防止噴嘴堵塞， 一通常其直徑比不低于 D=1mm。在市面上目前有幾種不同的設(shè)計(jì)。常用的一種噴嘴是由一個(gè)金屬或陶瓷制成的偏平旋轉(zhuǎn)槽組成，參加料液的入口只有一個(gè)如Fig.1a。此種旋槽中 料液不會(huì)循環(huán)流淌，但是會(huì)產(chǎn)生氣體盤旋 spiral-like或橢圓形噴霧。我們經(jīng)常要求噴嘴的霧化角度要呈準(zhǔn)確的角度比例以供給軸向動(dòng)量。然而，由于需要更小的平均噴霧角度，我們有時(shí)在旋槽中會(huì)多設(shè)計(jì)一個(gè)料液入口，底部呈圓錐形，這種外形的設(shè)計(jì)也格外成功地運(yùn)用 在

7、實(shí)際應(yīng)用中如 Fig.1b and c。旋槽入口的寬度會(huì)到達(dá)一個(gè)最小的尺寸，經(jīng)常使用的機(jī)器也可能消滅噴嘴堵塞。在最近的一些技術(shù)運(yùn)用中，循環(huán)式旋槽也已到達(dá)能使料液流量相對 平均的狀態(tài)了。Fig1.噴霧枯燥技術(shù)中常使用的錐型空心旋流噴嘴的不同設(shè)計(jì)噴嘴傾角經(jīng)常在 401，還有他們在霧化過程中的整體活動(dòng)狀態(tài)。Fig.2pp0g/g注：雷諾數(shù)是一種可用來表征流體流淌狀況的無量綱數(shù)，外部條件幾何相像時(shí)(幾何相像的管子，流體流過幾何相像的物體等)，假設(shè)它們的雷諾數(shù)相等，則流體流淌狀態(tài)也是幾何相像的( 流體動(dòng)力學(xué)相像 )。這一相像規(guī)律正是流量測量節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)化的根底。雷諾數(shù)Reynolds number 一種

8、可用來表征流體流淌狀況的無量綱數(shù)，以 Re 表示，Re=vr/，其中 v、 分別為流體的流速、密度與黏性系數(shù)，r 為一特征線度。Fig.2 顆粒/霧滴的張弛距離與公式(3)中層流條件下的張弛距離影響的最初雷諾數(shù)有關(guān)。Fig.3 呈現(xiàn)的是空心錐噴嘴將水霧化的模式圖。左邊插圖中用了 40 巴壓強(qiáng)，出口噴出液體的流速為 v0=82ms-1 。液滴的平均直徑 dv.50=43m。盡管右邊插圖的噴出流速v0=100ms-1 相比更高，但噴霧虛化消滅較早，其張弛距離為 Lr=250mm，并且遠(yuǎn)場噴霧范圍較窄，這是由于此種霧化模式的液滴平均直徑 dv.50=31m。在圓錐裂開后，這噴霧流的外觀像一個(gè)單向自由

9、噴射，這種噴射的圓截面接近于一個(gè)高斯速率分布，而且其噴霧角度為 20左右。Fig.3 噴霧模式為噴嘴直徑 D=1mm。左圖：p=40bar，Lr=420mm；右圖：p=60bar， Lr=250mm，指定的噴嘴噴霧傾角為 =65。諸多實(shí)例中一些粉末材料能夠通過過濾裝置被回收至噴霧枯燥塔內(nèi)，除將料液容器中已枯燥處理過的顆粒進(jìn)展再分散，這些粉末還能經(jīng)由氣力輸送系統(tǒng)再霧化。Fig.4 就呈現(xiàn)了通過環(huán)狀導(dǎo)管回收的粉末進(jìn)展霧化的狀態(tài)。這種重分散及回收材料的方式應(yīng)用在行業(yè)內(nèi)也進(jìn)展了廣泛爭辯。Fig.4 通過氣力輸送系統(tǒng)經(jīng)由裝置的環(huán)狀口將回收的粉末轉(zhuǎn)為空心錐形霧化，圖中噴嘴內(nèi)部為錐形輪廓。氣流噴霧系統(tǒng)對較小

10、的霧滴、顆粒進(jìn)展霧化枯燥處理就必需承受如 Fig.5 中所示兩種流體導(dǎo)管或氣流式噴嘴。目前市面上有幾種不同設(shè)計(jì)的噴嘴，一種最常用的是外部混合型噴嘴，還有一種是內(nèi)部混合型噴嘴，后者在近段時(shí)間因其較低的能耗要求吸引了產(chǎn)業(yè)內(nèi)較高的關(guān)注。Fig.5 在噴霧枯燥技術(shù)中最常用的外部混合型噴嘴原理呈現(xiàn)。(a)簡易同心導(dǎo)管，外表有預(yù)膜，經(jīng)常成為制造商的選擇； (b)為削減噴嘴堵塞狀況消滅而設(shè)計(jì)的后退式排氣噴嘴Lechler 公司；(c) 為環(huán)狀氣體排出而設(shè)計(jì)的帶有可調(diào)整槽位的噴嘴，為很多供給商所選用；(d)內(nèi)部裝有旋球能對料液進(jìn)展高速剪切的噴嘴設(shè)計(jì)Schlick 公司；(e)為更多的氣體供給及較廣的噴霧范圍參

11、加旋流室設(shè)計(jì)的噴嘴Nubilosa 公司。對于形成格外小的霧滴的料液和氣體，我們經(jīng)常使用裝有同心導(dǎo)管的簡潔外部混合型噴嘴如 Fig.6。Fig.6 在噴霧枯燥技術(shù)中最常用的內(nèi)部混合型噴嘴原理呈現(xiàn)。(a)徑向排氣噴嘴Caldyn 公司/Lechler 公司；(b)斜孔式噴嘴Schlick 公司；(c)帶旋流室的噴嘴Delavan 公司。、旋轉(zhuǎn)霧化器這些格外結(jié)實(shí)的裝置可用來處理各種黏度及稠度的料液，旋轉(zhuǎn)霧化器以 50000 轉(zhuǎn)/分高速運(yùn)轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)輪直徑一般都為 0.5m 甚至更大，設(shè)計(jì)上有葉片狀的或帶孔的圓盤配有陶瓷襯墊組成。因借助轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)圓周加速度的慣性在進(jìn)展料液分別時(shí)只需供給較低的壓強(qiáng)即可完成作

12、業(yè)。帶有孔的轉(zhuǎn)輪工作時(shí)，料液通過裝置上的孔流出，形成紊動(dòng)射流。Fig.7 所呈現(xiàn)的就是帶孔轉(zhuǎn)輪作業(yè)產(chǎn)生的紊動(dòng)射流。Fig.7 帶有開孔的旋轉(zhuǎn)輪中料液呈射線型分散，射流形成是由于在紊亂流淌條件下轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力引起的。、超聲霧化器除了之前介紹的霧化方法，在一些特別制造中也有其他的霧化技術(shù)已承受測試并已經(jīng)投入實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中。為處理粘度較大的料液霧化枯燥而爭辯出了超聲霧化系統(tǒng)。系統(tǒng)中的聲場包括壓強(qiáng)設(shè)置與速度節(jié)點(diǎn)設(shè)置。被注射進(jìn)設(shè)備的料液會(huì)先形成薄薄的片狀物，之后被分解成霧滴，這些霧滴大小是不一樣的，區(qū)分可能有的很大為了測得比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)先得估算。然而，超聲霧化技術(shù)只是在噴霧枯燥處理上效率很高，但使用環(huán)境

13、與用途范圍受到限制，這使它很難成為主流的噴霧枯燥處理方式。3、特別操作條件就簡潔壓力式旋流噴嘴而言，在枯燥過程中過度加熱的料液已被測試在霧化過程中對能量平衡有肯定樂觀作用。在一樣的噴嘴經(jīng)過壓力霧化處理后，與常規(guī)霧化操作相比過度加熱的了解所產(chǎn)生的霧滴相對更小，從陶瓷料液霧化枯燥得到的顆粒擁有更高的密度，其內(nèi)部生成的空心也越小，這是由于在噴嘴出口處突然蒸發(fā)避開了顆粒外層硬殼的過早形成。在遠(yuǎn)低于沸點(diǎn)狀況下對料液進(jìn)展預(yù)熱也能有助于降低料液粘度、削減噴霧中霧滴自我形成不統(tǒng)一現(xiàn)象的消滅。除了過度加熱，不同種類的氣體都能在肯定壓力下被溶解，包括擁有特性的料液或枯燥處理后顆粒的不同構(gòu)造。最近，用咖啡提取物做的

14、試驗(yàn)說明，CO 或 N22在壓強(qiáng) p100 巴的條件下，料液在霧化前就被溶解了。特別是 CO2會(huì)產(chǎn)生泡沫，并對相對輕的顆粒進(jìn)展影響。簡潔壓力式噴嘴一般都用于這些試驗(yàn)。旋轉(zhuǎn)式霧化器運(yùn)用離心機(jī)移除料液中的氣泡，一般制作蓬松類的或絨毛產(chǎn)品就需要用到此霧化方式，如卡布奇諾咖啡粉等等。CO2在削減聚合物溶液及熔融物的黏度上的作用也是廣為人知的，當(dāng)CO2在肯定壓力下溶解于機(jī)器內(nèi)料液中，它就加大了材料霧化的可能。4、為準(zhǔn)確粒度分布而開發(fā)的噴霧系統(tǒng)顯而易見，準(zhǔn)確的粒度分布是制造高質(zhì)量產(chǎn)品的根底要求只有在比較周密條件下才能有 比較好的試驗(yàn)效果，這樣才能出更好的工作效率，來滿足工業(yè)上的需求，于此只有當(dāng)一樣的或是至

15、少類似的歷史枯燥記錄表達(dá)出來的時(shí)候全部的微粒霧化才能到達(dá)預(yù)期效果。我們?nèi)?的打算都是期望到達(dá)等量大小的微粒。但是在試驗(yàn)過程中，遇到的誤差是不行能排解的，所以要多向換化來滿足不同大小的分布要求，才能起到更好的效果和結(jié)論，在接下來的局部里， 有的是之前提到過的內(nèi)容，盡管在產(chǎn)業(yè)中它們的常規(guī)應(yīng)用已經(jīng)由于各種限制而停頓使用很久 了，但是還是存在著一些很大的問題，在進(jìn)一步的完善和。、孔盤與微管在其構(gòu)造中，其中一個(gè)選項(xiàng)就是在緩和的層流條件下大多數(shù)的微管在傳送過程中會(huì)形成雷利漫射衰弱現(xiàn)象。該系統(tǒng)的運(yùn)行離不開微管及料液的振動(dòng)，還有外界的震驚因素。形成的微滴大小是微管直徑的兩倍，也就是說，D=100m 的微管中

16、需要形成 d=200m 的微滴， 這樣才能符合也就是更近一步的接近構(gòu)件要求，以符合規(guī)格。在符合要求的狀況下，以及在這種被迫振動(dòng)的狀況下，微滴的排出輸送速度必需與振動(dòng)頻率相全都，這樣才能接近液體分解的頻率。實(shí)際中，僅僅是一點(diǎn)沉淀物在微管中存在，系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后就會(huì)導(dǎo)致微粒流動(dòng)頻率不全都，甚至造成系統(tǒng)紊亂失調(diào)。因此，在雷利漫射自然衰弱的狀況下不再承受微滴大小與微管大小不全都的方案是明智之舉。、射流切割系統(tǒng)為了單徑彌散微粒制造應(yīng)用，一個(gè)很好玩的系統(tǒng)在 1994 年被提出，并成功用于爭辯不同的高濃度料液在導(dǎo)向噴霧塔中的霧化形式和效果。以相對高速從噴嘴噴射出形成溶液射 流，這些射流將被輻輪切割或者阻礙。這種輪子上有像輻線一般的很細(xì)的線條，在實(shí)際狀況下完全可以識(shí)別。此系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于每個(gè)噴嘴都能有高流淌率并且能承受黏度較高的料液， 微滴直徑最小值受噴嘴直徑范圍的影響，因此該系統(tǒng)在形成較小的微粒上有諸多困難，所以 抱負(fù)化的狀態(tài)是不行能到達(dá)的，只能在