壓力式噴霧干燥機設備改造與出料效率的提升

紀龍成

（遼寧省輕工科學研究院，遼寧 沈陽 110036）

精細的工業陶瓷原料大部分為粉料，需要將粉料實施造粒程序。造粒的方法有多種，最常見的就是噴霧造粒。在噴霧造粒過程中，霧化器的使用能夠將原料液霧化。然后在霧氣中使用熱氣體，進行干燥化，將這些霧滴干燥而得到顆粒。這些原料液體能夠被霧化，其主要成為分乳濁液、懸浮液、膏糊液等。通過噴霧干燥機將這些液體霧化干燥，得到粉狀、顆粒狀、空心球團狀等形式的顆粒。制作優質合格的粉料是非常重要的，主要能夠影響到生坯的強度，所產成品的外觀、材料的理化性能等方面。在進行生產過程中，噴霧干燥機設備的使用至關重要，因為其影響著噴霧造粒粉料的水分含量、粒度分布、松裝密度等方面的性質。所以，工業陶瓷的生產需要對噴霧干燥機設備進行改造和改良，不斷完善生產工藝，提升噴霧造粒的效率已經是當前研究的重要課題。

1 噴霧造粒設備組成及其工作原理

噴霧造粒設備將懸浮液或黏滯的液體噴成霧狀，與熱空氣之間發生熱量和質量傳遞而進行干燥的過程。成品以粉末狀態沉陷于干燥室底部，連續或間斷地從卸料器排出，適用于不能借結晶方法得到固體產品的生物制品生產中。

1.1 噴霧造粒設備的基本組成

噴霧造粒機是由多個部分組成的。其中包括了料漿的供應系統，即料漿池和泵；還有干燥塔、熱風系統、霧化器、氣固分離系統等。噴霧造粒系統包括了傳熱交換的功能。在這一工作流程中，有四種氣液流向。其中較為常用的是逆流式和混流式。由于逆流式的用途較廣，能夠高效利用資源，得到了眾多使用者的青睞，其中壓力式噴霧造粒機就是其中典型的代表。

1.2 霧化器種類與工藝

霧化器的種類有三種，包括了壓力噴嘴霧化器、離心盤式霧化器和氣流式霧化器。氣流霧化器的利用之所以越來越少的原因是由于其過大的能源消耗，得到的產品的粒度過細。離心盤式霧化器的工作原理如下：離心力的影響下，逐漸向圓盤的周圍轉動，在不停的轉動后，薄膜逐步形成。在甩出的那一刻，形成了液滴。這中方法的工作結果較為理想，能夠減少堵噴槍的機率，然而這種方式需要較高的物質條件，比如高速運轉中的精密設備，需要付出高成本。

壓力式霧化器的工作中，噴嘴霧化器安裝在塔的中上部，料漿用泵以較高的壓力沿切線槽送入旋流室，在旋流室內料漿高速旋轉形成近似的自由渦流，越靠近噴嘴中心旋轉速度越大而壓力越小，結果在噴嘴的中心孔附近料漿破裂，料漿在噴嘴內壁與噴片之間的橫截面中心以薄膜的形式向上噴霧，最后細絲斷裂而成為液滴，小液滴與塔頂流入的熱空氣接觸后，水分迅速蒸發，完成干燥。

1.3 噴霧干燥輔助設備及噴霧干燥特點

噴霧干燥輔助設備一般包括空氣加熱器、熱風分配器和布袋除塵器。其中空氣加熱器中應用比較廣的有三種加熱器，區別的方式主要是按照加熱的原料不同為依據的，三種加熱器的加熱原料分別為電、天然氣與液化氣。通過對溫度的設定，空氣加熱器能夠迅速得到需要的溫度，然后，經熱風管和熱風分配器流入噴塔內與下部噴出的霧化小液滴進行熱交換。熱風分配器能夠實現熱風的均勻吹送熱氣，實現漿料的全面和均勻地加熱。

布袋除塵器的原理如下：上層將空氣抽去，中層的兩側進風。通過運用小顆粒遮擋布網的功能，實現粉塵的內部遮擋。然后，再通過壓縮空氣，進行空氣的反吹。這樣除塵器就能夠順勢脫落，而且通過煙囪能夠將熱量與水蒸氣排除。

2 造粒粉料的工藝性能

粉料的工藝性能是造粒時重要的參考標準。改善造粒粉料的工藝性能，能夠提高造粒的效率和質量。

2.1 粒度和粒度分布

胚體的致密度和收縮度與粉料的性質有著密切的關系。粉料的粒徑大小也是有很多影響因素的，包括粉料中包含的水、氣體以及粘合劑等物質。

顆粒級配，每一個陶瓷產品各有不同的選擇。因為工藝和產品性質的不同，所需要的粉料堆積孔隙也會有所不同，這不容易導致孔隙拱橋的產生，松裝密度有所提升，能夠提升胚體致密度。

圓球狀的粉料是非常合適的，能夠賦予其表面較小的摩擦力，實現各個顆粒之間的較小的摩擦，從而保證其流動性的提升。同時，還應注意，不同類型的分散劑及造粒的粘合劑對料球的形狀有一定影響。

2.2 粉料的含水率

粉料的含水率不但能夠影響粉料的質量，還會導致胚體密度產生變化，從而影響其彈性、強度和收縮性。通過造粒得到的粉料一般水分較少，然而還會存在一定的水分。水分的存在是否均勻，是胚體質量好壞的重要影響因素。當水分太多，可能出現粘膜的狀況，當水分較少時，則容易產生裂紋。所以，要利用粉料的特征和性質，并根據產品的形狀來推算含水率。

2.3 粉料的松裝密度

粉料松裝密度大小能夠影響壓力大小。通過對成型時壓力的影響，對胚體進行密度的干擾。為保證坯體體積密度的穩定，松裝密度大時，壓制壓力減小；松裝密度小時，壓制壓力要增大。粉料的松裝密度對產品的最終外形尺寸有很大影響。所以應當改善松裝密度大小并按照坯體體積密度要求作一定調整。

3 干燥塔干燥效率的影響因素及改善途徑

溶液狀態的物料噴入噴霧干燥塔中，物料干燥后呈固體粉末狀態出料，按工藝要求可以調節料液泵的壓力、流量、噴孔的大小，得到所需的按一定大小比例的球形顆粒，多數用于生物農藥、醫藥、食品微生物的干燥。

作用原理：在進行加熱與過濾之后，得到了溫度較高的熱空氣。熱空氣螺旋上升，直到干燥器頂部。在空氣分配器的作用下，熱空氣能夠比較均衡的進入干燥室內。通過頂部的離心霧化器的作用，料液能夠在極快的速度下實現霧化，形成細微的霧狀液體，通過和空氣的接觸能夠迅速干燥。在形成了干燥的成品后，微塵物料能夠被收集器進行收集，產品成品能夠得到保障和不斷地輸出。

噴霧干燥塔的特點：（1）能夠在數秒內迅速干燥。（2）更適合熱敏性物料的干燥。（3）具有更為廣闊的使用范圍：比如熱風干燥、離心造粒與冷風造粒。（4）產品能夠保持良好的流動性與分散性，能夠瞬間實現干燥化。（5）在生產的過程中，能夠更加便捷的控制。噴霧干燥通常用于固含量60%以下的溶液，并能夠簡便生產流程，優化生產的工藝。能夠通過變更生產條件等來控制產品的粒徑、密度與水分，更加有利于管理。（6）為了使物料不受污染和延長設備壽命，凡是與物料接觸部分，均可以采用不銹鋼材料制造。

高速離心噴霧干燥是液體工藝成形和干燥工業中最廣泛應用的工藝。當成品的顆粒大小分布、殘留水分含量、堆積密度和顆粒形狀必須符合精確的標準時，噴霧干燥是一道十分理想的工藝。

以下是干燥塔干燥效率的改善途徑：（1）保證漿料黏度穩定性同時提高料漿濃度，漿料霧化均勻會提高造粒粉料的質量和產量。（2）在滿足后續成型工藝要求的前提下，適當增加噴槍壓力，可以提高單位時間出料率。（3）在滿足后續成型工藝要求的前提下，盡量減少造粒粘結劑、潤滑劑等在漿料中的含量，以降低漿料黏度，提高噴霧效率。（4）在冬季噴料時，需做好料漿池及管路的保溫工作，或者采用加熱料漿，或者在料漿中加入能促進PVA膠液溶解的添加劑降低黏度，提高噴霧造粒效率。

4 結語

本文分析了當前噴霧造粒設備的構成、噴霧造粒設備及其工藝，分析了影響造粒粉料工藝性能的因素，并對干燥塔的效率影響因素進行了分析和研究，結合多年工作經驗，希望得到提升壓力式噴霧干燥機出料效率的方法。

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