離心噴霧干燥熱風分布器的設計原則

由于噴霧干燥具有流程簡短、可處理熱敏性物料、易大型化等優(yōu)越性，已經在許多領域得到應用。改革開放以后，我國出現(xiàn)了一大批專業(yè)化的干燥設備企業(yè)。近十年內噴霧干燥技術已取得了長足進步，產品質量已可與世界著名廠商相媲美，不僅滿足了國內輕化工、環(huán)保行業(yè)的需要，而且已向國外市場拓展。

長期以來，對噴霧干燥裝置的注意，一般著力于：

⑴ 霧化器（機）的選擇；

 ⑵ 足夠風量和熱量的配置；

⑶ 粉末回收及排放。

王喜忠等指出：“一個成功的噴霧干燥機的設計，應包括與霧化器相適應的熱風進出口的方式和熱風分布裝置”[1]。K.Master’s也提到在干燥塔內水分蒸發(fā)速率隨著霧滴與熱風的相對速度增加而增加[2]。

唐金鑫等在熱風分布器設計要求中，提出三條重要的原則[3]，都強調了熱風分布對噴霧干燥的重要性。在隨后出現(xiàn)的裝置中，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)企業(yè)仍然沒有給予足夠的重視，只是從結構上做到“形似”而實質仍未掌握，以致出現(xiàn)以下情況：

 ⑴ 在塔內同一截面上溫度差較大，導致物料局部粘壁；

⑵ 由于氣液兩相接觸不合理，使干燥強度大為下降，于是干燥塔的體積越做越大；

 ⑶ 在一臺比原設計處理量大為減小的干燥塔中，未注意熱風分布的流速范圍，降低了干燥強度，物料仍然大量粘壁；

⑷ 熱效率很低，出塔風溫難以下降。

因此，我們認為熱風分布器的設計正確與否，直接影響到干燥系統(tǒng)運行的成敗。本文擬在以前知識的基礎上，提出氣液兩相接觸的合理方式，以求對熱風分布器設計有正確的分析和指導。

1 理論依據(jù)

 K.Masters[2]提出在有相對速度下霧滴的蒸發(fā)存在以下關系式：

傳質                   Sh=2+K1RexScy                         （1）

傳熱                   Nu=2+K2ReX’Pry’                     （2）

式中：謝伍德數(shù)Sh =KgD/Dv，努塞特數(shù)Nu =hcD/Kd，施密特數(shù)Sc =μa/Dvρa，普朗特數(shù)Pr =Cpμa/Kd，雷諾數(shù)Re =Dvρa/μa。D為液滴直徑，ρa為干燥介質密度，μa為粘度，Cp為定壓比熱容，Kd為液滴周圍氣態(tài)膜的平均熱傳導率，hc為對流熱傳導系數(shù)，Kg為傳質系數(shù)，Dv為擴散系數(shù)。（1）、（2）式中的x，y，x’，y’和K1，K2尚有爭論，多數(shù)人趨向于：

 x=x’=0.5                               （3）

y=y’=0.33                              （4）

式（3）中的x為平均值，隨Re增加而增加；Re由1增至104時，x從0.4增加到0.6。遺憾的是式（1）～（4）的試驗范圍其Re值均不超過1000。但從中已經可以看出，噴霧干燥機干燥的傳質和傳熱系數(shù)隨Re的增大而增大，即假設干燥介質和被干燥物料的性質不變時，Re起著重要的影響。而對Re起直接影響的，可認為是相對速度v。在傳統(tǒng)的液體無相變對流傳熱系數(shù)計算中，普遍應用Dittus和Boelter關聯(lián)式[4],

 Nu=0.023Re0.8Pr0.4   （5）

或          （6）

α—給熱系數(shù)；

 λ—液體熱導率；

d—粒徑；

v—氣液相對流速；

μ—液體動力粘度；

Cp—定壓比熱容；

ρ—液體密度。

式中的Re值≥10000，　0.7＜Pr＜120。

式（1）與式（5）相比較可以看出，Re數(shù)湍流層范圍內的冪值增加可以從0.4提高到0.8。這就可以理解K.Master’s等強調的“水份蒸發(fā)率隨霧滴與空氣的相對速度增加而增加”了。在 Re值處于湍流范圍時，大約呈0.8次方關系。