离心式喷雾干燥机的特质

         摘要：

          离心式喷雾干燥机配备有离心式雾化器,因此而得名。离心式喷雾干燥机是目前工业生产中使用zui广泛的干燥机之一，通过高速旋转的分散盘上加入料液，液体受离心力作用被甩成雾滴后在干燥机中干燥。在分散盘的表面，液体呈薄膜状扩散，并且在圆周处以高速甩出，雾化效果取决于圆周线速度和加料速率，还与料液的某些物理特性等因素有关。

     特性：

　　离心式喷雾干燥机有如下缺点：
　　⑴雾滴与气体的接触方式基本属于并流形式，分散盘不能垂直放置；
　　⑵分散盘的加工精度要求较高，要有良好的动平衡性能，如平衡状态不佳,主轴及轴承容易被损坏；
　　⑶产品的堆密度压力式喷雾干燥低一些。
 

　　（一）离心式雾化器的雾化机理
　　当向高速旋转的分散盘上注入液体时，液体受离心力和重力作用，在两种力的作用下得到加速分裂雾化，同时在液体和周围空气的接触面处，由于存在摩擦力也促使形成雾滴。为此，前者称为离心雾化，以离心力起主要作用。后者称为速度雾化，离心力只起给液体加速作用。这两种雾化作用只是在研究雾化基理时有意识分开介绍，实际操作中，两种雾化现象同时存在很难区分。当进料量较小而且转速较低时，以离心雾化为主，采用离心式雾化产生的产品粒度分布要比压力式和气流式都窄一些。
　　一般情况下，旋转分散盘表面上液滴的形成取决于许多条件，如料液的粘度、表面张力、分散盘上液体的惯性以及液体释放时与空气界面的相互摩擦作用等。分散盘在较低转速的情况下，液体的性质，特别是粘度和表面张力是主要因素。在工业生产中雾化器的转速往往较高，此时的惯性和摩擦作用是形成液滴的主要因素。当料液的粘度和表面张力占主要地位时，液滴会单独形成，并从分散盘边缘释放以产生均匀的雾滴群。因料液的粘度产生较强的内力，而该内力阻止液体在分散盘边缘的破裂，因而需要较大的能量才能获得较高的分散度。较高的表面张力会产生大的颗粒，由分散盘边缘较厚的液膜中产生，低表面张力会使液丝拉长，断裂时产生较小的液滴。对于高粘度、高表面张力料液通常产生球形颗粒，并且通过改变操作条件比较容易控制雾滴直径。离心式雾化器产生的雾群基本在同一水平面上，而不象另外两种雾化器喷出液体时有一定的角度。
　　离心式雾化基本可以归纳为料液直接分裂成液滴、丝状割裂成液滴和膜状分裂成液滴三种情况。
　　1.料液直接分裂成液滴
　　当料液的进料量较少时，料液受离心力作用，迅速向分散盘的边缘移动，分散盘周边上隆起半球状液体环，形状取决于料液的粘度、表面张力、离心力及分散盘的形状和光滑程度。当离心力大于表面张力时，分散盘边缘的球状液滴立即被抛出而分裂雾化，液滴中伴随有少量大液滴。
　　2．丝状割裂成液滴
　　当料液流量较大而且转速加快时，半球状料液被拉成许多丝状液体线。流量增加，分散盘周边的液丝数量也在增加。如果达到一定数量后，液丝就会变粗，而液丝的数量不再增加，抛出的液丝也不稳定。液丝运动的波动和不均匀性，在分散盘边缘附近使之断裂，受表面张力的作用收缩成球状。
　　3．膜状分裂成液滴
　　当液体的流量继续增加时，液丝数量与丝径都不再增加，液丝间相互粘合形成薄膜。离心力将液膜抛出分散盘周边一定距离后，被分裂成分布较广的液滴。若再进一步提高转速，液膜便向分散盘周边收缩，液膜带变窄。若液体在分散盘表面上的滑动能减到zui小，可使液体以高速度喷出，在分散盘周边与空气发生摩擦而分裂雾化。
　　从上面的分析可以看出，三种雾化机理可能出现在不同的操作阶段，也可能同时出现，但总有一种是主要的雾化形式。以哪一种雾化为主则与分散盘的形状、直径、转速、进料量、料液的表面张力和粘度有关。
 

　　（二）雾化器的结构型式
　　１．气动式
　　气动式驱动方式主要是在主轴上安装一个透平轮，通过压缩空气驱动透平轮带动主轴转动，以带动雾化分散盘高速旋转。这种雾化器的特点是通过调节压缩空气的压力和气量实现无级变速,几乎没有机械磨损问题。雾化器结构简单，不需要维修，压缩空气的压力在0.2～1.0MPa，主要适用于小型实验装置。
　　２．机电一体式
　　机电一体式雾化器采用高速电机直接驱动分散盘，省去了较复杂的机械传动结构，减少了机械磨损，而且输入功率随着处理量的变化而自行调整，因此，能耗是机械传动的50%～60%，比气动式也要节省30%。这种结构是把电机的线圈安装在雾化器的壳体内，分散盘安装在相当于电机的主轴上，通过调节电机的频率以改变主轴的转速，也是无级调节变速。
　　３．机械传动式
　　机械传动式有两种结构，一种是齿轮传动，另一种是皮带传动。齿轮传动是电机带动大齿轮，大齿轮与主轴上的小齿轮啮合。齿轮的传动比不同，主轴的转速也不同，这种结构在物料进料量波动时，转速恒定，机械效率较高。但齿轮传动结构会产生热量，齿轮箱需要润滑并用油泵强制循环冷却，设备抗冲击能力较弱。
　　皮带传动是通过电机带动大皮带轮，再通过皮带带动主轴上的小皮带轮工作。理论上，转速比等于大、小皮带轮直径的反比。皮带传动的优点是传动系统不需要冷却和润滑，抗冲击能力较强。缺点是主轴转速会随进料量的变化有一定波动。
　　对于大型的机械传动雾化器，因工作环境的关系，必须采用冷却系统以排出雾化器因机械传动和干燥过程传入的热量。目前，冷却方式主要有水冷和气冷。水冷的结构要求有良好的密闭性，通过水泵打循环水。风冷是通过风机进行通风强制冷却。一个口进入冷风，另一个口排出，结构比较简单。
 

　　（三）雾化器分散盘的型式
　　分散盘的高速旋转还产生如下三个作用：
　　① 分散盘对空气产生的压力；
　　② 由于分散盘表面与空气之间摩擦而形成的吸引力；
　　③ 雾化时传给空气的动量。
　　前面已经提到，离心式雾化器基本原理就是通过动力驱动主轴，主轴带动固定在其上的分散盘高速旋转。分散盘的型式主要有转杯分散盘、多管分散盘、直线翼型分散盘和曲线翼型分散盘。
　　１．转杯分散盘
　　转杯分散盘如倒置的杯子，表面光滑，具有锐利的周边。进料管设置在中心处，料液首先落到液体分配器上，使之均匀地沿杯状体向下流动，当到达杯口处，料液受离心力的作用被甩出雾化，这种结构适用于获得较细颗粒的场合。主要由进料管、主轴、液体分配盘和转杯组成。
　　２．多管分散盘
　　在分散盘上均匀布置若干个喷管，这些喷管多以耐磨材料制成，可以在分散盘转速不高时获得较大的线速度。孔径的大小和伸出的长短可以控制产品的粒度，目前在食品干燥中被广泛采用。
　　3.直线翼型分散盘
　　直线翼型分散盘是在分散盘周向均匀分布若干个液体通道，通道口中心线是以分散盘为中心的放射线形状，通道有圆形、方形和长圆形。这种分散盘的加工费用较低，料液不易堵塞通道，但通道内有时能进入空气。
　　为了降低加工难度，常把分散盘分体加工后再进行组装，在盘盖和分散盘间形成许多直线通道，喷雾时周边影响小。这种结构比较合理，料液的滑动根据液膜在盘面上的运动速度而定。离盘中心较近的地方运动速度不大，因此滑动也不大。在离轴中心一定距离设置通道，目的是防止料液滑动，增加润湿面的周边，使薄膜沿通道垂直移动。这种结构可以在不改变分散盘直径的情况下，通过改变通道的截面积提高处理量，而产生的雾距基本相同。有研究表明，通道的截面积越小，产生的雾滴越小，反之雾滴就大。
　　4．曲线翼分散盘
　　曲线翼型分散盘的基本结构与直线翼型基本相同，不同的是曲线翼型的通道是曲线的沟槽，在这种分散盘中，又分为高曲线型、低曲线型和双曲线型等多种。与直线翼型相比，加工费用略高一些，但产品的堆密度约比前者高7％～10％。