旋轉(zhuǎn)式霧化器

旋轉(zhuǎn)式霧化器

1.操作原理、類型及優(yōu)缺點

(1)操作原理當(dāng)料液被送到高速旋轉(zhuǎn)的盤上時，由于旋轉(zhuǎn)表面上伸展為薄膜，并以不斷增長的速度向盤的邊緣運動，離開盤邊緣時，就使液體霧化，如圖5-57所示。(2)霧化機理也是滴狀、絲狀及膜狀分裂，如圖5-58所示。以哪一種分裂狀態(tài)為主，則與盤的形狀、直徑、轉(zhuǎn)速、進料量及料液性質(zhì)等因素有關(guān)。旋轉(zhuǎn)式霧化器產(chǎn)生的霧滴尺寸范圍，見表5-6。

旋轉(zhuǎn)式霧化器的液滴大小和噴霧的均勻性，主要取決于旋轉(zhuǎn)盤的圓周速度和液膜厚度，而液膜厚度又與溶液的處理量有關(guān)。當(dāng)盤的圓周速度小于50m/s時，得到的霧滴很不均勻。噴霧的不均勻性，隨盤的轉(zhuǎn)速增加而減小。當(dāng)盤的圓周速度為60m/s時，就不會出現(xiàn)上述不均勻現(xiàn)象。所以，這一圓周速度可以作為設(shè)計的最小值。通常采用的旋轉(zhuǎn)盤的圓周速度為90～160m/s。(2)旋轉(zhuǎn)式霧化器的類型及優(yōu)缺點

①旋轉(zhuǎn)式霧化器的類型

主要類型有光滑盤(無葉片盤)、葉片盤(霧化輪)及旋轉(zhuǎn)一氣流杯霧化器。工業(yè)生產(chǎn)上，通常采用霧化輪(葉片盤)。熔融液造粒通常采用光滑盤(無葉片盤)，可以制造大顆粒產(chǎn)品(噴霧冷卻)。旋轉(zhuǎn)式霧化器和壓力式霧化器一樣，被廣泛地應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)上。離心轉(zhuǎn)盤

②旋轉(zhuǎn)式霧化器的優(yōu)缺點

優(yōu)點：a．塔內(nèi)只安裝一個霧化器便可完成生產(chǎn)任務(wù)，最小噴霧量為6kg/h以下，最大噴霧量為200t/h；b．在一定范圍內(nèi)，可以調(diào)節(jié)霧滴尺寸；c．生產(chǎn)能力調(diào)節(jié)范圍大。缺點：霧化器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要傳動裝置、液體分布裝置及霧化輪，對加工制造技術(shù)要求甚高。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修不便。圖5-59所示為用透平盤帶動的霧化輪(輪式霧化器)，盤徑50mm。在350℃時蒸發(fā)純水5kg／h。此型號為實驗室常用的干燥設(shè)備之一。圖5-60所示為用電動機經(jīng)增速器帶動的霧化輪(輪式霧化器)。此為工業(yè)上應(yīng)用的主要形式。2.光滑盤(無葉片盤)旋轉(zhuǎn)霧化器

(1)光滑盤的結(jié)構(gòu)及操作狀態(tài)分析

光滑盤系指無葉片的光滑表面所構(gòu)成的圓板形(平板形)、盤形、碗形及杯形等，如圖5-61所示。平板形結(jié)構(gòu)最簡單，如圖5-61(a)所示，表面是一個加工得很平滑的圓板，當(dāng)圓板高速旋轉(zhuǎn)時，加到圓板中心的料液，由于離心力的作用，從圓板邊緣甩出并霧化，參見圖5-61(a)。

碗形、盤形及杯形[參見圖5-61(b)、(c)、(d)]的結(jié)構(gòu)相似，它們與平板形相比較，料液可以獲得較大的離心力，霧化效果較平板形好一些。由于這四者霧化情況相似，故劃分為一類。光滑盤，主要用于制造大顆粒的噴霧冷卻。一個高速旋轉(zhuǎn)的光滑盤，液體加到其表面上，液體和盤之間產(chǎn)生嚴(yán)重的滑動，液體離開盤邊緣時的速度遠低于盤的圓周速度。不發(fā)生滑動的條件，是在非常低的盤轉(zhuǎn)速時，提供的離心能只允許很小的進料量，才能滿意地霧化。液體在旋轉(zhuǎn)盤上分裂為液滴，由下列因素控制：

①液體的黏性和表面張力；

②在圓盤上的液體的慣性；③在液滴離開盤的那一點上，液滴和周圍空氣的摩擦作用。

④液滴一旦懸浮在空氣中，液滴內(nèi)部的剪應(yīng)力要重新調(diào)整。光滑盤操作時，應(yīng)當(dāng)使液體均勻分布在盤表面上。這就要求均勻地供給料液，無振動地旋轉(zhuǎn)。為了有效地霧化，離心力必須比重力大l0倍。3.葉片盤(非光滑盤)旋轉(zhuǎn)霧化器

(1)葉片盤的操作狀態(tài)分析和結(jié)構(gòu)

它的霧化機理類似于光滑盤(無葉片盤)。霧化輪在低圓周速度和低進料速率時，黏度和表面張力起支配作用，獲得直接形成的液滴。在中等圓周速度時，由于受到離心力的作用，液體由盤邊緣以絲狀分裂形式擴展出去，受重力影響的程度較小。在工業(yè)條件范圍內(nèi)(在高霧化輪圓周速度及高液體流量時)，由于受到空氣和液體表面之間的摩擦作用，液體在輪邊緣直接產(chǎn)生膜狀分裂。這種機理不適合于形成均勻的霧滴。

對于給定的進料速率，要獲得最佳液滴尺寸的均勻性，保證下述6個條件是必需的：①霧化輪轉(zhuǎn)動時無振動；②(和重力相比)離心力要大，即要有高的圓周速度；

③保持光滑的葉片表面；

④保持均勻的液體進料速度；

⑤要完全潤濕葉片表面；

⑥液體在葉片上均勻分布。噴霧磨蝕和腐蝕性的溶液時，在盤的頂部和底部制作保護層，制成10～20mm的內(nèi)襯。圖5-63示出常用葉片盤的幾種結(jié)構(gòu)。其中M形用于食品和醫(yī)藥品的噴霧干燥。工業(yè)上應(yīng)用最多的是矩形通道。4.霧化器的選擇

霧化器的作用在于產(chǎn)生均勻的霧滴。對于給定的操作條件，應(yīng)獲得最佳的噴霧特性。下面給出選擇的原則。(1)根據(jù)要求選擇最理想的霧化器，應(yīng)具有下列特征：

①結(jié)構(gòu)簡單，檢修容易；

②既能生成大滴徑，又能生成小滴徑；

③調(diào)整霧化器的操作條件，可以控制滴徑分布；

④可以采用標(biāo)準(zhǔn)抽吸設(shè)備、重力或虹吸進料系統(tǒng)；

⑤進料時無內(nèi)部磨損。

有些霧化器，雖然具有上述的部分或全部特點，但由于還有不利的因素，因而仍不適合某些應(yīng)用。這些不利因素為：

①所需的進料系統(tǒng)與霧化器的操作方法不相容；

②由霧化器產(chǎn)生的液滴特性與干燥室結(jié)構(gòu)不相容；

③霧化器安裝的空間不夠。(2)根據(jù)噴霧特性來選擇

在工業(yè)進料速率條件下，根據(jù)液滴-顆粒尺寸選：要求產(chǎn)生粗大顆粒時，一般采用離心壓力式噴嘴。要求產(chǎn)生細的顆粒時，則常用旋轉(zhuǎn)式霧化器。

(3)選擇的依據(jù)

若已確定某物料適用于噴霧干燥法干燥，那么，要選擇旋轉(zhuǎn)式霧化器，還是噴嘴式(壓力式及氣流式)霧化器?在這兩類之間進行選擇時，應(yīng)考慮下列條件。

①在霧化器進料量的范圍內(nèi)，能達到完全霧化。旋轉(zhuǎn)式或噴嘴式霧化器，對于低、中、高的進料量范圍，都是適用的。對于非常大的流量，盡管多噴嘴霧化器系統(tǒng)能夠達到此能力，但采用旋轉(zhuǎn)式霧化器卻是最有利的。

②達到料液完全霧化時，霧化器所需的功率問題。

旋轉(zhuǎn)式和壓力式霧化器所需功率的數(shù)量級相同。在選擇霧化器時，所需功率不是決定性因素。通常只要在額定流量下，能夠滿足所要求的噴霧特性就行了，而效率則是次要的。例如三流式噴嘴的效率是非常低的，但只有這樣的噴嘴，才能夠成功地使高黏度料液霧化，這時，效率問題就無關(guān)緊要了。

③在相同進料流量時，滴徑分布情況。在低、中進料流量時，旋轉(zhuǎn)式和噴嘴式霧化器的滴徑分布，具有相同的特性。在高進料速率時，旋轉(zhuǎn)式霧化器所產(chǎn)生的霧滴，一般具有較高的均勻性。

④最大和最小的液滴尺寸的要求。最大、最小或平均尺寸，通常有一個范圍。而這個范圍，是產(chǎn)品特性所要求的，必須滿足。葉片盤和二流式噴嘴，適合于較細霧滴的要求。葉片盤和壓力式噴嘴，適合于中等滴徑范圍。光滑盤或壓力式噴嘴，適用于粗霧滴。例如，中國某催化劑廠引進旋轉(zhuǎn)式霧化器的噴霧干燥塔，開車以后，不僅產(chǎn)生嚴(yán)重的粘壁現(xiàn)象(半濕物料粘壁)，而且粒度分布不符合設(shè)計要求，經(jīng)過多次調(diào)整并更換旋轉(zhuǎn)式霧化器結(jié)構(gòu)，仍然存在上述兩個問題，最終停產(chǎn)。后來，中國自己將旋轉(zhuǎn)霧化器改為壓力式霧化器(設(shè)置12只壓力式噴嘴)后，解決了上述存在的問題，使干燥系統(tǒng)正常運行。

⑤操作的適應(yīng)性問題。

旋轉(zhuǎn)式霧化器可以在較寬的進料速率變化下操作，而產(chǎn)品粒度沒有顯著的變化，這時只需改變霧化輪轉(zhuǎn)速，而其他操作條件保持不變。對于壓力式噴嘴，要增加進料速率，就要增加進料壓力，滴徑分布也隨著變化。對于要求嚴(yán)格的霧滴特性分布，需要采用多個相同的噴嘴。如果現(xiàn)有的泵壓頭受到限制，而對霧滴特性要求也不嚴(yán)格時，只需更換噴嘴孔徑尺寸就能滿足要求。⑥干燥塔結(jié)構(gòu)要適應(yīng)于霧化器的操作。噴嘴噴霧的細長特性，能夠使其置于并流、逆流和混合流的干燥室中，用空氣分布器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的或平行的空氣流動。旋轉(zhuǎn)式霧化器一般采用旋轉(zhuǎn)的空氣流動方式。

⑦物料的性質(zhì)要適應(yīng)于霧化器。旋轉(zhuǎn)式和噴嘴式霧化器都適用于低黏度、非腐蝕性、非磨蝕的液體，具有相等的功效。輪式霧化器適于處理腐蝕性和磨蝕性的泥漿及各種粉末狀物料。對于需要高壓泵輸送的產(chǎn)品，一般首選霧化輪(即使氣流式噴嘴也能處里這樣的物料)。通常，離心壓力式噴嘴所需的壓力太高了。一標(biāo)準(zhǔn)氣流式噴嘴，在進料速率為270kg/h的條件下，操作壓力為0.7MPa時，就能產(chǎn)生平均滴徑為60μm的霧滴，產(chǎn)生同樣霧滴的離心壓力式噴嘴，卻要在1～3.5MPa壓力下操作。長鏈分子結(jié)構(gòu)的液體，通常是高黏度的非牛頓型的物料，氣流式噴嘴是一種最好的霧化技術(shù)。對于許多高黏度的牛頓型