离心喷雾干燥热风分布器的设计原则

由于喷雾干燥具有流程简短、可处理热敏性物料、易大型化等优越性，已经在许多领域得到应用。改革开放以后，我国出现了一大批专业化的干燥设备企业。近十年内喷雾干燥技术已取得了长足进步，产品质量已可与世界著名厂商相媲美，不仅满足了国内轻化工、环保行业的需要，而且已向国外市场拓展。

长期以来，对喷雾干燥装置的注意，一般着力于：

⑴ 雾化器（机）的选择；

 ⑵ 足够风量和热量的配置；

⑶ 粉末回收及排放。

王喜忠等指出：“一个成功的喷雾干燥机的设计，应包括与雾化器相适应的热风进出口的方式和热风分布装置”[1]。K.Master’s也提到在干燥塔内水分蒸发速率随着雾滴与热风的相对速度增加而增加[2]。

唐金鑫等在热风分布器设计要求中，提出三条重要的原则[3]，都强调了热风分布对喷雾干燥的重要性。在随后出现的装置中，发现大多数企业仍然没有给予足够的重视，只是从结构上做到“形似”而实质仍未掌握，以致出现以下情况：

 ⑴ 在塔内同一截面上温度差较大，导致物料局部粘壁；

⑵ 由于气液两相接触不合理，使干燥强度大为下降，于是干燥塔的体积越做越大；

 ⑶ 在一台比原设计处理量大为减小的干燥塔中，未注意热风分布的流速范围，降低了干燥强度，物料仍然大量粘壁；

⑷ 热效率很低，出塔风温难以下降。

因此，我们认为热风分布器的设计正确与否，直接影响到干燥系统运行的成败。本文拟在以前知识的基础上，提出气液两相接触的合理方式，以求对热风分布器设计有正确的分析和指导。

1 理论依据

 K.Masters[2]提出在有相对速度下雾滴的蒸发存在以下关系式：

传质                   Sh=2+K1RexScy                         （1）

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

式中：谢伍德数Sh =KgD/Dv，努塞特数Nu =hcD/Kd，施密特数Sc =μa/Dvρa，普朗特数Pr =Cpμa/Kd，雷诺数Re =Dvρa/μa。D为液滴直径，ρa为干燥介质密度，μa为粘度，Cp为定压比热容，Kd为液滴周围气态膜的平均热传导率，hc为对流热传导系数，Kg为传质系数，Dv为扩散系数。（1）、（2）式中的x，y，x’，y’和K1，K2尚有争论，多数人趋向于：

 x=x’=0.5                               （3）

y=y’=0.33                              （4）

式（3）中的x为平均值，随Re增加而增加；Re由1增至104时，x从0.4增加到0.6。遗憾的是式（1）～（4）的试验范围其Re值均不超过1000。但从中已经可以看出，喷雾干燥机干燥的传质和传热系数随Re的增大而增大，即假设干燥介质和被干燥物料的性质不变时，Re起着重要的影响。而对Re起直接影响的，可认为是相对速度v。在传统的液体无相变对流传热系数计算中，普遍应用Dittus和Boelter关联式[4],

 Nu=0.023Re0.8Pr0.4   （5）

或          （6）

α—给热系数；

 λ—液体热导率；

d—粒径；

v—气液相对流速；

μ—液体动力粘度；

Cp—定压比热容；

ρ—液体密度。

式中的Re值≥10000，　0.7＜Pr＜120。

式（1）与式（5）相比较可以看出，Re数湍流层范围内的幂值增加可以从0.4提高到0.8。这就可以理解K.Master’s等强调的“水份蒸发率随雾滴与空气的相对速度增加而增加”了。在 Re值处于湍流范围时，大约呈0.8次方关系。