压力式喷雾干燥机设备改造与出料效率的提升

纪龙成

（辽宁省轻工科学研究院，辽宁 沈阳 110036）

精细的工业陶瓷原料大部分为粉料，需要将粉料实施造粒程序。造粒的方法有多种，最常见的就是喷雾造粒。在喷雾造粒过程中，雾化器的使用能够将原料液雾化。然后在雾气中使用热气体，进行干燥化，将这些雾滴干燥而得到颗粒。这些原料液体能够被雾化，其主要成为分乳浊液、悬浮液、膏糊液等。通过喷雾干燥机将这些液体雾化干燥，得到粉状、颗粒状、空心球团状等形式的颗粒。制作优质合格的粉料是非常重要的，主要能够影响到生坯的强度，所产成品的外观、材料的理化性能等方面。在进行生产过程中，喷雾干燥机设备的使用至关重要，因为其影响着喷雾造粒粉料的水分含量、粒度分布、松装密度等方面的性质。所以，工业陶瓷的生产需要对喷雾干燥机设备进行改造和改良，不断完善生产工艺，提升喷雾造粒的效率已经是当前研究的重要课题。

1 喷雾造粒设备组成及其工作原理

喷雾造粒设备将悬浮液或黏滞的液体喷成雾状，与热空气之间发生热量和质量传递而进行干燥的过程。成品以粉末状态沉陷于干燥室底部，连续或间断地从卸料器排出，适用于不能借结晶方法得到固体产品的生物制品生产中。

1.1 喷雾造粒设备的基本组成

喷雾造粒机是由多个部分组成的。其中包括了料浆的供应系统，即料浆池和泵；还有干燥塔、热风系统、雾化器、气固分离系统等。喷雾造粒系统包括了传热交换的功能。在这一工作流程中，有四种气液流向。其中较为常用的是逆流式和混流式。由于逆流式的用途较广，能够高效利用资源，得到了众多使用者的青睐，其中压力式喷雾造粒机就是其中典型的代表。

1.2 雾化器种类与工艺

雾化器的种类有三种，包括了压力喷嘴雾化器、离心盘式雾化器和气流式雾化器。气流雾化器的利用之所以越来越少的原因是由于其过大的能源消耗，得到的产品的粒度过细。离心盘式雾化器的工作原理如下：离心力的影响下，逐渐向圆盘的周围转动，在不停的转动后，薄膜逐步形成。在甩出的那一刻，形成了液滴。这中方法的工作结果较为理想，能够减少堵喷枪的机率，然而这种方式需要较高的物质条件，比如高速运转中的精密设备，需要付出高成本。

压力式雾化器的工作中，喷嘴雾化器安装在塔的中上部，料浆用泵以较高的压力沿切线槽送入旋流室，在旋流室内料浆高速旋转形成近似的自由涡流，越靠近喷嘴中心旋转速度越大而压力越小，结果在喷嘴的中心孔附近料浆破裂，料浆在喷嘴内壁与喷片之间的横截面中心以薄膜的形式向上喷雾，最后细丝断裂而成为液滴，小液滴与塔顶流入的热空气接触后，水分迅速蒸发，完成干燥。

1.3 喷雾干燥辅助设备及喷雾干燥特点

喷雾干燥辅助设备一般包括空气加热器、热风分配器和布袋除尘器。其中空气加热器中应用比较广的有三种加热器，区别的方式主要是按照加热的原料不同为依据的，三种加热器的加热原料分别为电、天然气与液化气。通过对温度的设定，空气加热器能够迅速得到需要的温度，然后，经热风管和热风分配器流入喷塔内与下部喷出的雾化小液滴进行热交换。热风分配器能够实现热风的均匀吹送热气，实现浆料的全面和均匀地加热。

布袋除尘器的原理如下：上层将空气抽去，中层的两侧进风。通过运用小颗粒遮挡布网的功能，实现粉尘的内部遮挡。然后，再通过压缩空气，进行空气的反吹。这样除尘器就能够顺势脱落，而且通过烟囱能够将热量与水蒸气排除。

2 造粒粉料的工艺性能

粉料的工艺性能是造粒时重要的参考标准。改善造粒粉料的工艺性能，能够提高造粒的效率和质量。

2.1 粒度和粒度分布

胚体的致密度和收缩度与粉料的性质有着密切的关系。粉料的粒径大小也是有很多影响因素的，包括粉料中包含的水、气体以及粘合剂等物质。

颗粒级配，每一个陶瓷产品各有不同的选择。因为工艺和产品性质的不同，所需要的粉料堆积孔隙也会有所不同，这不容易导致孔隙拱桥的产生，松装密度有所提升，能够提升胚体致密度。

圆球状的粉料是非常合适的，能够赋予其表面较小的摩擦力，实现各个颗粒之间的较小的摩擦，从而保证其流动性的提升。同时，还应注意，不同类型的分散剂及造粒的粘合剂对料球的形状有一定影响。

2.2 粉料的含水率

粉料的含水率不但能够影响粉料的质量，还会导致胚体密度产生变化，从而影响其弹性、强度和收缩性。通过造粒得到的粉料一般水分较少，然而还会存在一定的水分。水分的存在是否均匀，是胚体质量好坏的重要影响因素。当水分太多，可能出现粘膜的状况，当水分较少时，则容易产生裂纹。所以，要利用粉料的特征和性质，并根据产品的形状来推算含水率。

2.3 粉料的松装密度

粉料松装密度大小能够影响压力大小。通过对成型时压力的影响，对胚体进行密度的干扰。为保证坯体体积密度的稳定，松装密度大时，压制压力减小；松装密度小时，压制压力要增大。粉料的松装密度对产品的最终外形尺寸有很大影响。所以应当改善松装密度大小并按照坯体体积密度要求作一定调整。

3 干燥塔干燥效率的影响因素及改善途径

溶液状态的物料喷入喷雾干燥塔中，物料干燥后呈固体粉末状态出料，按工艺要求可以调节料液泵的压力、流量、喷孔的大小，得到所需的按一定大小比例的球形颗粒，多数用于生物农药、医药、食品微生物的干燥。

作用原理：在进行加热与过滤之后，得到了温度较高的热空气。热空气螺旋上升，直到干燥器顶部。在空气分配器的作用下，热空气能够比较均衡的进入干燥室内。通过顶部的离心雾化器的作用，料液能够在极快的速度下实现雾化，形成细微的雾状液体，通过和空气的接触能够迅速干燥。在形成了干燥的成品后，微尘物料能够被收集器进行收集，产品成品能够得到保障和不断地输出。

喷雾干燥塔的特点：（1）能够在数秒内迅速干燥。（2）更适合热敏性物料的干燥。（3）具有更为广阔的使用范围：比如热风干燥、离心造粒与冷风造粒。（4）产品能够保持良好的流动性与分散性，能够瞬间实现干燥化。（5）在生产的过程中，能够更加便捷的控制。喷雾干燥通常用于固含量60%以下的溶液，并能够简便生产流程，优化生产的工艺。能够通过变更生产条件等来控制产品的粒径、密度与水分，更加有利于管理。（6）为了使物料不受污染和延长设备寿命，凡是与物料接触部分，均可以采用不锈钢材料制造。

高速离心喷雾干燥是液体工艺成形和干燥工业中最广泛应用的工艺。当成品的颗粒大小分布、残留水分含量、堆积密度和颗粒形状必须符合精确的标准时，喷雾干燥是一道十分理想的工艺。

以下是干燥塔干燥效率的改善途径：（1）保证浆料黏度稳定性同时提高料浆浓度，浆料雾化均匀会提高造粒粉料的质量和产量。（2）在满足后续成型工艺要求的前提下，适当增加喷枪压力，可以提高单位时间出料率。（3）在满足后续成型工艺要求的前提下，尽量减少造粒粘结剂、润滑剂等在浆料中的含量，以降低浆料黏度，提高喷雾效率。（4）在冬季喷料时，需做好料浆池及管路的保温工作，或者采用加热料浆，或者在料浆中加入能促进PVA胶液溶解的添加剂降低黏度，提高喷雾造粒效率。

4 结语

本文分析了当前喷雾造粒设备的构成、喷雾造粒设备及其工艺，分析了影响造粒粉料工艺性能的因素，并对干燥塔的效率影响因素进行了分析和研究，结合多年工作经验，希望得到提升压力式喷雾干燥机出料效率的方法。

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