喷雾干燥器在陶瓷工业中的应用及工作原理

1.定义及优缺点

在干燥塔内将泥浆通过雾化器分散成细滴，并使它与热空气充分接触，快速脱水并连续获得粉料的操作称为喷雾干燥。用于喷雾干燥的设备称为喷雾干燥器（图2.59）。

使用喷雾干燥脱水的优点：

图2.59　喷雾干燥器实物图

⑴可以简化粉料的处理工艺，缩短生产周期，提高生产能力。

⑵所生产的粉料呈球形颗粒，水分均匀，质量稳定，有利于提高制品的质量。

⑶可以改变操作条件来及时地改变干燥产品的质量指标。

⑷由于均匀的雾化和高速率地蒸发水分，干燥产品比离开干燥塔的热风温度要低得多，因而产品不会因过热而变质，不会破坏泥浆中的有机添加料。

⑸可以避免粉尘飞扬和中间运输，改善了劳动条件，大大减轻劳动强度。

⑹由于减少了工序，减少了运输过程及其他工序中铁质磨损物污染的可能性，也有利于提高陶瓷产品的质量。

⑺可以实现操作过程的自动化、连续化。操作可靠。

⑻生产设备向空中发展，减少了占地面积。

其缺点是：

⑴喷雾干燥用物理方法脱水，需要提供热能用于蒸发水分，同时泥浆雾化还要消耗能量。因此，产品单位质量的能耗大。

⑵要有较好的气固分离装置，以免产品损失和污染环境。

⑶溶剂中的所有杂质都保留在产品中。

⑷设备也比较复杂和庞大，而且一次投资费用较高。

尽管如此，对于大规模生产，如果使用得当，特别是用于生产干压粉料，总的说来还是比较经济合理的。

2.分类

喷雾干燥器一般按雾化形式不同分为：离心式、压力式和气流式。

离心式喷雾干燥器泥浆的雾化是靠离心机离心盘而分散成雾滴的，需配用高速离心机；压力式喷雾干燥器泥浆的雾化是靠具有较大压力能（2MPa）的泥浆通过喷嘴而分散成雾滴的，需配用压力泥浆泵；气流式喷雾干燥器泥浆的雾化是靠压缩空气（2～7大气压）通过喷嘴而分散成雾滴的，需配用压缩空气源。由于离心式干燥器造粒较细，在建陶行业不多用，最普遍采用的是压力式喷雾干燥器，气流式干燥器多用于产量较小的工业陶瓷和特种陶瓷工业生产。

3.组成和工作原理

图2.60（a）所示为喷雾干燥器及其附属设备示意图，其组成如下：

图2.60（a）　采用离心盘式雾化器的喷雾干燥器及其附属设备

1-泥桨泵　2-风机　3-空气加热器　4-泥桨管　5-进气管　6-干燥塔　7-高位槽　8-雾化器9-热空气分配器　10-放空气管　11-袋式收尘器　12-排风风机　13-旋风收尘器　14-排气管　15-格轮卸料器(www.xing528.com)

（1）雾化器其作用是将泥浆雾化。

（2）泥浆供给系统包括泥浆池、泥浆泵、管道、泥浆筛、高位槽和流量计等。其作用是向雾化器供给泥浆。

（3）干燥塔是液滴和热风混合完成干燥过程的场所。

（4）热风系统包括空气加热器（如热风炉）、调温冷风机、分风器、热风管道等。其作用是为干燥塔提供干燥介质。

（5）气固分离系统包括除尘器、排风机、废气烟囱等。其作用是把粉料从废气中分离出来并排出废气。

（6）卸料及运输系统其作用是把粉料从塔中卸出、过筛和输送到料仓。

工作时，泥浆经管道4、高位糟7送入干燥塔6，通过雾化器8，泥浆被分散成许多细小的液滴。热空气从顶上经进气管5和热空气分配器进入干燥塔，当热空气与液滴相遇时，彼此之间产生强烈的热量和质量的传递，液滴中的水分迅速蒸发，很快成为干燥的粉料，最后沉降到干燥塔底部，从粉料出口排出。带有少量细粉的干燥尾气则经过旋风分离器等收尘设备把其中的细粉收集后放入大气中。整个系统在负压下操作，可以防止粉尘外逸。

图2.60（b）所示为采用另一种泥浆雾化器的喷雾干燥器及其附属设备示意图，其工作原理与上述基本相同。

图2.60（b）采用压力喷嘴式雾化器的喷雾干燥器及其附属设备

1-泥桨泵　2-雾化风机　3-配温风机　4-烧嘴　5-空气加热器　6-热风管　7-废气烟囱　8-升降阀门　9-干燥塔　10-压力喷嘴雾化器　11-排风机　12-循环水泵　13-沉淀池　14-水封器　15-洗涤塔　16-旋风分离器　17-格轮卸料器　18-振动筛

4.气液两相的流向

根据热空气与液滴在干燥塔内的流向不同，可分为下列四种类型：

（1）并流式向下的喷雾干燥（图2.61a所示）

热空气进口和料浆雾化都在干燥塔的顶部，热空气和雾状料浆一同沿塔向下流动。气液两相在塔的上部接触，水分迅速蒸发，液滴大量吸收热空气中的热量，导致体积急剧膨胀，甚至破裂，因而产生容重较小的非球形多孔性产品。在塔的下部，料浆成为干粉，同时热空气的温度也已降低，故干燥产品的温度一般不会很高。

这种流向由于粗细颗粒的速度不同，粗颗粒的下降速度快，在塔内停留时间短，需要较长的干燥时间；而细颗粒速度慢，在塔内停留时间较长，反而只需要较短的干燥时间，结果造成粗细颗粒的干燥程度不均匀，含水量差别很大，甚至粘结成团，效果不好。

图2.61　气液两相的流向

（2）并流式向上的喷雾干燥（图2.61b所示）

热气从塔底进入，雾状料浆从塔的底部向上喷出，这种流向与由上而下的并流操作在原理上相同，只是由于较大的颗粒不会被气流带出，所以产品粒度较均匀。

（3）逆流式喷雾干燥（图2.61c所示）

热空气向上流动，雾状料浆从塔的上部喷下，气液两相反向流动。由于干燥后的产品与进口的高温热气相接触，液滴在蒸发过程中体积膨胀和破裂的趋势减少，因此产品的孔隙率降低，容重较大，温度较高，含水量较低。这种流向，传热和传质的推动力都较大，热的利用率也较好。

（4）混流式喷雾干燥（图2.61d所示）

雾化器安装在塔的中下部，向上喷雾。液滴在与塔顶流入的热空气接触的过程中，水分迅速蒸发，在逆流运动中基本上完成干燥过程。物料到达一定高度后，即开始向下沉降，此时与热空气同向而行，继续完成干燥。由于在干燥的开始阶段采用了逆流式的流向，故热利用率高。

【信息提示】

上述四种气液两相的流向在陶姿生产中的具体应用。