干燥技术第二节雾化器

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1、3.2雾化器前已指岀，雾化器是喷雾干燥装置的关键部件，常 用的雾化器有气流式、压力式和旋转式。321气流式雾化器3.2.1.1气流式雾化器的操作原理；气流式雾化器通常称气流式喷嘴，是实验室和中间 工厂常用的一种形式。气流式喷嘴主要用于雾化高黏度料液。流化床喷雾 造粒干燥中，主要用气流喷嘴雾化料液，如尿素、药 品等。(1)操作原理现以二流式喷嘴为例说明其 操作原理。如图所示：料液走中心管,液体流岀的速度不大(一般不超过2m/s)；压缩空气经气体分布器后从环隙喷出，速度很高，一般为200340m/s,也可以达到 超声速；当气液二流体在喷嘴岀口端 面接触时，之间存在着很大 的相对速度，从而产生相当

2、大的摩擦力，使料液雾化。 喷雾用_压缩空气压力一般为0.3 0.7MPa。图5-10 二流式喷嘴示意图图5-11空心锥喷雾原理示意图(2)雾化机理气流式喷嘴的雾化机理有三种类 型：滴状、丝状和膜状分裂。在一般情况下，气流式喷嘴属膜 状雾化，这种膜的形成方式如图 511所示。当雾滴群离开喷嘴时，其形状是 一个被空气心充满的锥形薄膜， 因而也称空心锥喷雾。空心锥的锥角6 般称为喷雾 角或雾化角(20-30 ) o此锥 形薄膜雾滴群称为雾炬或喷雾锥。雾化机理和喷雾角有关。一般来说，膜状分裂时的 喷雾角要比单纯丝状分裂大一些。喷雾角取决于气 液间的相对速度、喷嘴结构及物料性质。当液体流量很小时，喷雾角

3、与气流速度无关。当气 流速度超过300m/s时，喷雾角则与液体流量无关。 一般而言，气流式喷嘴的喷雾角通常为2030。o液体喷嘴与气体喷嘴的环形通道必须是同心的。若 喷嘴结构设计正确时，雾滴应均匀地分布在喷雾锥 中，喷雾锥是对称的。如二者不同心时，雾化角就偏离中心线而不对称， 有时出现液线，这时喷雾锥包含部分大雾滴，这是 由于雾化空气分配不均匀的缘故。当气液两相的相对速度足够大时，一个正常的雾化 状态应是一个充满牢气的锥形薄膜,薄膜不断地膨 胀扩大，然后分裂成极细雾滴。如下表所示。薄膜的残余周边则分裂为较大的雾滴。表5-2二流体喷嘴的黠（或殖）尺寸范围空气/液体（质量比）平均尺寸仙空气滋体（质

4、量比）平均尺寸伽5：150-20（1.5： 1）-（2.5 H）30 50（2.5： 1）-（5 U）20 30（0.5：1）-（1.5：1）50 200注：低芻度，牛顿型流体。(3) 气流式喷嘴的优点 喷嘴结构简单，磨损小；; 对低黏度或高黏度料液(包括膏状物、糊状物及滤饼等)均可雾化，因此，适用范围很广；:; 操作压力低，不需要高压泵； 此种喷嘴所得雾滴较细，可以获得滴径约为530pm； 气流式喷嘴操作弹性大，即处理量有一定的伸缩性，调节 气液比也可控制雾滴大小，因而也就控制了产品粒度。(4) 气流式喷嘴的主要缺点用于雾化的压缩空气的动力消耗较大，约为压力式及旋转式 雾化器的58倍。3.2

5、.1.2气流式喷嘴的结构(1) 二流体内混合喷嘴指气一液两相在喷嘴内部的混合室接触、混合(即雾化)，如 图512所示。空气经旋转叶片5变成旋转运动进入混合室， 雾化后的雾滴群从喷出口3高速喷出。实践证明，旋转的气 体与液体接触有利于雾化。(2) 二流体外混合喷嘴指气一液两相在喷嘴出口外部接触、混合，液体被雾化为小 雾滴。其结构如图510所示，此种结构是气体和液体喷嘴出 口在同一水平面上。图513所示为液体喷嘴高出气体喷嘴12mm,此处接近气体流的缩径，气体速度最大，静压最 小(一般情况，此处为负压，其值大小决定于气体喷射速度), 使液体获得较大的吸力。5-13二流体外混合喷嘴（液体喷嘴凸出12

6、mm）图5-12内混合喷嘴1液体通道；2混合室；3喷出口;W連遭5导 向叶片内混合与外混合的雾化原理是相同的。它们的主要区别有两点： 内混合喷嘴要求在气一液接触的平面处，气体必须保持足够大 的速度，以形成负压，将液体吸人，否则液体要加压输入； 和外混合比，内混合能较好地利用气体能量来雾化液体。下面介绍一些实际使用的二流体喷嘴结构类型, 供设计、研究及实验者参考。图514所示为用螺纹直接连接而固定的用于干燥 活性黄K-6G的喷嘴，这种喷嘴，因经常拆卸，螺 纹变松而偏心。图5-15所示为螺帽压紧式的用于干燥士林蓝的气流 式喷嘴，可以克服图514所示结构上的缺点。24_5-14干燥活性黄K-6G喷嘴

7、5-15干燥士林蓝的气流式喷嘴1 一液体喷嘴；2气体喷嘴；3,5螺帽;4,6垫片；7喷嘴主体IS转叶片后旋转喷出，其喷雾炬比较短。 图5-17所示为实验室用的气流式喷嘴。空气图5-17实验室用气流式喷嘴1锁紧帽；2空气通道；3液体通道图5-18所示为雾化糊状物或滤饼的喷嘴及输料系统。空气(a)系统示意图(b)喷嘴尺寸图(c)局部放大图5-18雾化糊状物的喷嘴及输料系统600 800C泥浆34256冷 却 剂冷却剂高温气体图5-20所示是一个特殊结构 的雾化器，它 是利用高温气 流将料液雾化。 进料管设置夹 套，用水或空 气冷却。从扩 散器的周围吹 入空气或烟道 气。图 5-20温气流的管式雾化

8、器1圆柱形喷嘴；2圆锥形连接管;4冷却夹套；5供料管；6由多孔陶瓷或金属制的扩散器也称三流体喷嘴，有三个 流体通道，即一个液体通 道，两个气体通道。当某种高黏度料液，二流体喷嘴不能雾化时，采用 三流式喷嘴就有可能使料 液雾化。如图523所示。物料在第 一混合室与一次气体接触, 初步被雾化，雾化后的雾 滴再进入第二混合室，与 二次气体接触，被第二次 雾化。图5-23 三流式内喷嘴示意图图5-25所示为先内混合 而后外混,内混、外混结 合式三流式喷嘴原理示 意图。物料在内混合室被一次 空气雾化，当气一液混 合物离开混合室出口时, 又被二次气体雾化，二 次气体是旋转的。此型是国内应用较多的 一种形式

9、。5-25一次气体内混合室内混、外混结合式三流式喷嘴原理示图527所示为先内混后外混的三流式喷嘴结构。最长147最短142最长183最短177图5-27先内混后外混的三流式喷嘴结构(G1/,即 Gl/2in, lin=O. 0254m)(4)四流式喷嘴它特别适用于高粘度 物料的雾化。料液被旋转喷出的一次 压缩空气初次雾化，形 成气一雾混合物，此混 合物在岀口处又被干燥 热风及旋转喷出二次压 缩空气雾化一次，此混 合物受两面摩擦，雾化 效果较好。热风的引用还有利于 干燥。AA6图 5-28四流式喷嘴结构1一干燥用空气；2, 4压缩空气;3液体$ 5. 6导向叶片（5）喷嘴的设计、制造及操作应注意

10、的问题用于工业生产的气流式喷嘴，液体出口管径（内径）应尽 量大一些，这样能增加气一液接触周边，使液膜变薄，更有 利于雾化。在气一液质量比相同的条件下，液体喷嘴内径越大（以不产 生液体脉冲现象为极限），雾滴越细。若雾滴大小保持一定, 则液体喷嘴内径越大，越省压缩空气。大喷嘴另一个突出优点是不易被料块或杂质堵塞。小喷嘴（喷 嘴直径35mm）由于经常堵塞，给操作者带来许多麻烦，并 影响产品质量及产量。目前采用的喷嘴内径可达二十多毫米, 只用粗过滤即可，几乎不存在堵塞问题，操作比较稳定。因 此，设计工业用喷嘴时，采用大直径为宜。 喷嘴的结构有的喷嘴岀口壁太厚，约45mm,影响气液接触，进而影响雾化。同

11、时，在岀口管厚 壁的端面上，黏附湿物料，产生湿料块脱落， 影响产品质量。 适宜的壁厚为0.50.6mm。B若气体和液体喷嘴的同心度偏差较大时，会 岀现大雾滴，严重时会产生局部粘壁现象。因 此，在加工制造时，必须保证同心度要求。 喷嘴的保养与维护在安装和拆卸喷嘴时，必须小心地操作。机械 加工的金属零件，具有较高的加工精度，必 须防止任何轻微的损坏。喷雾操作停止时，； 要拆下喷嘴，进行清洗，以备再用。I 雾化用压缩空气的压力要保持恒定。过大的 波动，会引起雾化不均匀，特别是压力突然 下降时，会产生严重粘壁现象。因此，压缩 空气最好由专门设备供给。322压力式雾化器利用高压泵强制使物 料通过特制的喷

12、嘴， 使之分散成雾滴。3.2.2.1压力式雾化器的 操作原理及其优缺点(1)操作原理是广泛应用的雾化器形式之一。它主要由液体切线入 口、液体旋转室、 喷嘴孔等组成，如 图536所示。利用高压泵使液体获得 很高的压力(2 20MPa),液体在 旋转室获得旋转运 动AA图5-36喷嘴的工作原理示意图根据旋转动量矩守恒定律，旋 转速度与旋涡半径成反比， 因此，愈靠近轴心，旋转速 度愈大，其静压力亦愈小 （见图 5-37）,结果在喷嘴中央形成一股压力等 于大气压的空气旋流，而液 体则形成绕空气心旋转的环 形薄膜，液体静压能转变为 向前运动的液膜的动能，从 喷嘴高速喷出。液膜伸长变薄，最后分裂为小雾 滴

13、。这样形成的雾滴群的形 状为空心圆锥形，又称空心 锥喷雾。5-37旋转室内压力分布压力式喷嘴的雾化机理，也是滴状、丝状及膜状分 裂，工业生产用的压力式喷嘴，通常是在膜状分裂 条件下操作。压力式喷嘴所形成的液膜厚度范围大致是0.5 4pm。压力式喷嘴的雾滴（或颗粒）的尺寸范围（低黏度、牛 顿型流体）如表55所示。表55压力式喷嘴的雾滴（或颗粒）的尺寸范围压力/MPa平均尺寸/m压力/MPa平均尺寸/pm1015 302. 5550 15051030 501.525150350：（2）压力式喷嘴的优点 结构简单，制造成本低；I I I鳥习1 全部零件，维修简单，拆装方便（图5-38所示为喷嘴在塔侧面 的一种安装方法）； 与气流式喷嘴相比，大大节省雾化用动力。缺点： 需要一台高压计量泵； 因为喷嘴孔径很小，必须严格地过滤，防止堵塞喷嘴；| 喷嘴磨损大，要釆用耐磨材料制造； 一个喷嘴的最佳操作范围较窄（即弹性小），大产量时需多个喷 嘴； 高黏度物料不易雾化。6-紧固球形垫；7弹簧；8-放松手柄，9-支架；10快速锁定装置5骨架$3.2.2.2压力式喷嘴的结构压力式喷嘴在结构上的共同点是使液体获 得旋转运动，即液体获得离心惯性力，然后 由喷嘴孔高速喷出。因此，通常把压力式喷 嘴统称为离心压力