離心噴霧干燥熱風(fēng)分布器的設(shè)計(jì)原則

由于噴霧干燥具有流程簡(jiǎn)短、可處理熱敏性物料、易大型化等優(yōu)越性，已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。改革開放以后，我國(guó)出現(xiàn)了一大批專業(yè)化的干燥設(shè)備企業(yè)。近十年內(nèi)噴霧干燥技術(shù)已取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，產(chǎn)品質(zhì)量已可與世界著名廠商相媲美，不僅滿足了國(guó)內(nèi)輕化工、環(huán)保行業(yè)的需要，而且已向國(guó)外市場(chǎng)拓展。

長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)噴霧干燥裝置的注意，一般著力于：

⑴ 霧化器（機(jī)）的選擇；

 ⑵ 足夠風(fēng)量和熱量的配置；

⑶ 粉末回收及排放。

王喜忠等指出：“一個(gè)成功的噴霧干燥機(jī)的設(shè)計(jì)，應(yīng)包括與霧化器相適應(yīng)的熱風(fēng)進(jìn)出口的方式和熱風(fēng)分布裝置”[1]。K.Master’s也提到在干燥塔內(nèi)水分蒸發(fā)速率隨著霧滴與熱風(fēng)的相對(duì)速度增加而增加[2]。

唐金鑫等在熱風(fēng)分布器設(shè)計(jì)要求中，提出三條重要的原則[3]，都強(qiáng)調(diào)了熱風(fēng)分布對(duì)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(méi)有給予足夠的重視，只是從結(jié)構(gòu)上做到“形似”而實(shí)質(zhì)仍未掌握，以致出現(xiàn)以下情況：

 ⑴ 在塔內(nèi)同一截面上溫度差較大，導(dǎo)致物料局部粘壁；

⑵ 由于氣液兩相接觸不合理，使干燥強(qiáng)度大為下降，于是干燥塔的體積越做越大；

 ⑶ 在一臺(tái)比原設(shè)計(jì)處理量大為減小的干燥塔中，未注意熱風(fēng)分布的流速范圍，降低了干燥強(qiáng)度，物料仍然大量粘壁；

⑷ 熱效率很低，出塔風(fēng)溫難以下降。

因此，我們認(rèn)為熱風(fēng)分布器的設(shè)計(jì)正確與否，直接影響到干燥系統(tǒng)運(yùn)行的成敗。本文擬在以前知識(shí)的基礎(chǔ)上，提出氣液兩相接觸的合理方式，以求對(duì)熱風(fēng)分布器設(shè)計(jì)有正確的分析和指導(dǎo)。

1 理論依據(jù)

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

傳質(zhì)                   Sh=2+K1RexScy                         （1）

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

式中：謝伍德數(shù)Sh =KgD/Dv，努塞特?cái)?shù)Nu =hcD/Kd，施密特?cái)?shù)Sc =μa/Dvρa，普朗特?cái)?shù)Pr =Cpμa/Kd，雷諾數(shù)Re =Dvρa/μa。D為液滴直徑，ρa為干燥介質(zhì)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(dǎo)率，hc為對(duì)流熱傳導(dǎo)系數(shù)，Kg為傳質(zhì)系數(shù)，Dv為擴(kuò)散系數(shù)。（1）、（2）式中的x，y，x’，y’和K1，K2尚有爭(zhēng)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(shí)，x從0.4增加到0.6。遺憾的是式（1）～（4）的試驗(yàn)范圍其Re值均不超過(guò)1000。但從中已經(jīng)可以看出，噴霧干燥機(jī)干燥的傳質(zhì)和傳熱系數(shù)隨Re的增大而增大，即假設(shè)干燥介質(zhì)和被干燥物料的性質(zhì)不變時(shí)，Re起著重要的影響。而對(duì)Re起直接影響的，可認(rèn)為是相對(duì)速度v。在傳統(tǒng)的液體無(wú)相變對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算中，普遍應(yīng)用Dittus和Boelter關(guān)聯(lián)式[4],

 Nu=0.023Re0.8Pr0.4   （5）

或          （6）

α—給熱系數(shù)；

 λ—液體熱導(dǎo)率；

d—粒徑；

v—氣液相對(duì)流速；

μ—液體動(dòng)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(nèi)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(qiáng)調(diào)的“水份蒸發(fā)率隨霧滴與空氣的相對(duì)速度增加而增加”了。在 Re值處于湍流范圍時(shí)，大約呈0.8次方關(guān)系。