發布時間：2010年03月（yuè）18 摘要：噴霧烘幹機設備中的熱風分布器與幹燥（zào）的傳熱傳（chuán）質（zhì）密切相關。指出，幹燥的傳熱傳質係數與Re數有關並（bìng）呈0.8次方（fāng）關係。文中列出了工業中常見（jiàn）的（de）三種不正確的（de）分布形式，並提出三條設計熱風分布器的原則。
關鍵詞：噴霧幹燥；熱風；分布器
     由於（yú）噴霧幹燥具有（yǒu）流程簡短（duǎn）、可處理熱敏性物料、易大（dà）型化等優越性，已經在許多領域（yù）得到應（yīng）用（yòng）。改革開放以後，我（wǒ）國出現了一大批專業（yè）化的幹燥設備企業。近十年內噴霧幹燥技術（shù）已取得了長足進步，產品質量已可（kě）與世界著名廠商相媲美，不僅滿足了國內輕（qīng）化工、環保（bǎo）行業的需要，而且已向（xiàng）國外（wài）市場拓展（zhǎn）。
長期以來（lái），對噴霧幹燥裝置的注意，一般著力於：
⑴ 霧化器（機）的選（xuǎn）擇；
⑵ 足夠風（fēng）量（liàng）和熱量的配置；
⑶ 粉末回收及排放。
     王喜忠等指出：“一個成功的噴霧幹燥器的設計，應包括與霧化器相（xiàng）適應的熱風進出口的方式和熱風分（fèn）布（bù）裝置”[1]。K.Master’s也提到在幹燥塔內水分蒸發（fā）速率隨著（zhe）霧滴與（yǔ）熱風的相對速度增加而增加[2]。
唐金鑫等在熱風分布器（qì）設計要求中，提出三條重要的原則[3]，都強調了熱風分布對（duì）噴霧幹（gàn）燥的重要性。
在隨後出現的裝置中，發現大多（duō）數企業仍然（rán）沒有給予足夠的重視，隻是（shì）從結構上做到“形似”而
實（shí）質仍未掌握，以致出現以下情況：
⑴ 在塔內同（tóng）一截麵上溫度差較大，導致物料局部粘壁；
⑵ 由於氣液兩相接觸不合理，使幹燥強度大為下降，於是（shì）幹燥塔的體（tǐ）積越做越大；
⑶ 在一台比原設計（jì）處理量大為減小的幹燥塔中，未注意熱風分布的流（liú）速範圍（wéi），降低了幹燥強度，物料仍然大量粘壁；
⑷ 熱效率很低，出塔風溫（wēn）難以下（xià）降。
因此，羞羞影视認為熱風分（fèn）布器的設計正確與（yǔ）否，直接影響到幹燥（zào）係（xì）統運行的成（chéng）敗。本文擬在（zài）以前知識（shí）的基礎上，提出氣液兩相接觸的合理方式，以求對熱風分布器設計有正確的分析和指導（dǎo）。
作者簡介：王宗濂，男，研究員（yuán）。
1 理論依據
K.Masters[2]提出在有相對速度下霧滴（dī）的蒸發存在以下關係式：
傳質 Sh=2+K1RexScy （1）
傳熱 Nu=2+K2ReX’Pry’ （2）
式中：謝伍德數（shù）Sh =KgD/Dv，努塞特數Nu =hcD/Kd，施密特數Sc =μa/Dvρa，普（pǔ）朗特數Pr =Cpμa/Kd，雷諾數Re =Dvρa/μa。D為液滴直徑，ρa為（wéi）幹燥介質密度，μa為粘度（dù），Cp為定（dìng）壓比熱容，Kd為液（yè）滴周圍氣態膜的平均熱傳導率，hc為對流熱傳導（dǎo）係數，Kg為傳質係數，Dv為擴散係數（shù）。
（1）、（2）式中的x，y，x’，y’和K1，K2尚有爭論，多數（shù）人趨向於：
x=x’=0.5 （3）
y=y’=0.33 （4）
式（3）中的x為平均值，隨（suí）Re增加而增加（jiā）；Re由1增至104時，x從（cóng）0.4增加（jiā）到0.6。遺憾的是式（1）～（4）的試驗範圍其Re值均不超過1000。但從中已經可以看出（chū），幹燥的傳（chuán）質（zhì）和傳熱係數隨Re的增大而增大，即（jí）假設幹燥介質和被（bèi）幹燥物料的性質不變時，Re起（qǐ）著重要的影響。而對Re起（qǐ）直接影響的（de），可認為是相對速度v。
在傳統的液體無相變對流傳熱係數計算中，普遍應用Dittus和Boelter關聯（lián）式[4],
Nu=0.023Re0.8Pr0.4 （5）
或 （6）
α—給熱係數；
λ—液體熱導率；
d—粒徑；
v—氣液相對流速；
μ—液體動力粘度；
Cp—定壓比熱容（róng）；
ρ—液體密度。
式中（zhōng）的（de）Re值≥10000，　0.7＜Pr＜120。
式（1）與式（shì）(5)相比較可以看出（chū），Re數湍流層範圍內的冪值增加（jiā）可以從（cóng）0.4提高到0.8。這就可以理解K.Master’s等強調的“水份蒸（zhēng）發率隨霧滴與空（kōng）氣的相對速度增加而增加（jiā）”了。在 Re值處於湍流範圍時，大約呈0.8次（cì）方（fāng）關係。
2 常見的熱風分布器（qì）的性（xìng）能比較
在噴霧幹燥所（suǒ）選用的熱風分布器形式中，曾經（jīng）出現過以下形式：
（1）平均（jun1）地自塔頂天花板分布向下流（liú）
這種形式認為隻要均勻地進風，有足夠的熱量就能達到（dào）幹燥的目的，幹燥塔的空塔速（sù）率隻有0.5～0.8m/s,即（jí）使塔頂縮小，出口風速也隻有10m/s，大體處於層流狀（zhuàng）態。熱風與霧化液滴沒有直（zhí）接的聯係。這種形式不僅國內有，在許多進口裝置中（zhōng）也有。其結果是塔體龐大，效率降低。
（2）為了防止粘壁，將熱風分為2股或3股
設計者認為隻要在塔壁上有熱風流動，就可以防止未幹液（yè）滴撞壁而出現粘壁現（xiàn）象（xiàng）。實際上，邊緣熱風流速是不可能大的，而（ér）且液滴達（dá）到塔壁上的流速（sù）也不會太大，因此這兩股（gǔ）流體的相對速度是非（fēi）常（cháng）低的，故而難以實現（xiàn）快速幹（gàn）燥，粘壁仍會出現。塔壁的熱風形同虛設，或者作用不大。
著名的MD型塔采用了冷風吹塔，對保證物料質量（liàng）有利。實際（jì）上，這時液滴已經完（wán）成“恒速段”幹燥（至少顆粒表麵已（yǐ）經幹燥），這與粘壁並無直接的聯係（xì）[5]。
當然粘（zhān）壁的形式還要聯係到霧化機的噴距、幹燥塔的設計以及物料的玻璃態轉（zhuǎn）變溫度等。這些問題已在[1]中有詳細的介紹。將熱風分散處理會減少中央區的熱（rè）風量，從而降低流速，導致熱風的利用率（lǜ）降（jiàng）低（dī）。
(3)熱風分布器與霧化（huà）器不配套
在噴（pēn）嘴式霧化器上配旋轉風，而在旋轉式霧化器上配直流風。這兩種形式在生產中都有看（kàn）到，其結果隻能是出現粘壁或者熱效率大幅度下降，這顯（xiǎn）然是錯誤的。
3 塔頂中央熱風的重要性
在所（suǒ）有的霧（wù）化器工作時，液滴剛剛離開霧化器出口時的流速是最（zuì）高的，隨著液滴在空氣中的流動，由於空氣的阻力，液滴流速迅速衰減，初速能達到130m/s，而終速可接近於零，這就要求羞羞影视從式（1）到式（4）中去準確掌握熱風應當在何處與液滴接（jiē）觸，從而可（kě）以得到最佳的傳質、傳熱速率。
既然霧（wù）化器（qì）（大多數）是設計在塔頂的中央處的，就應當將（jiāng）熱風集中到中央，以相當於湍流形式的氣流向液滴群急（jí）速衝擊（jī）；其（qí）風量和熱量依可幹燥顆粒表麵水分（fèn）所需的數量而定。其（qí）餘部分可以在塔（tǎ）內均勻分布，以完成其它降速段的幹燥。隻要顆粒表麵的水分能夠快速幹燥，就能（néng）夠在很大程度上防止塔的粘（zhān）壁。
高速氣流（liú）與霧化（huà）器噴出口越接近，其幹燥效率就越高。但在考慮（lǜ）氣流流速時，也應同時考慮阻（zǔ）力降與流速平方成正比的關係，並非風速越高就越好。況且風速越高，會使霧滴群向下降，喪失了部分有（yǒu）效的幹燥空間。
具體的參數涉及（jí）各種物料的特性。但總的趨勢是利用氣液兩相的高速（sù）區，迅速幹燥（zào）液滴表麵，從而實現大部分水分（fèn）的蒸發，這才是（shì）真正（zhèng）發（fā）揮噴霧幹（gàn）燥（zào）的優勢。
4 良好的熱風分布器的要素
⑴ 使氣液兩相接（jiē）觸，混合良好，首先應當使氣體分布均勻。為使分（fèn）布（bù）均勻，已經（jīng）有人介紹過兩（liǎng）種方（fāng）法：①在旋轉霧化器（qì）的配套設計中，必（bì）須用對數螺旋蝸殼[3]，使一邊（biān）進入蝸（wō）殼的熱風經蝸（wō）殼及內部的導風板均勻地進入塔內。② 直流霧化器中的熱風分布可采用各種（zhǒng）導向直流板 [1]，但必須配置（zhì）噴嘴直流式霧化器（qì）。
⑵ 熱風分布器出口與霧化器噴液出口盡量靠近，並（bìng）在兩個方向夾角接近90°，以加大剪切力。應利用湍流（liú）階段的優勢，縮短（duǎn）幹燥時間。
⑶ 當熱風分布器出（chū）口流速過大時，阻力會呈平方關係增加，故應考慮“係統（tǒng）內的阻力降”，氣速選擇要慎重。
5 結束語
近年來在噴霧幹燥裝置的設計和製造（zào）上，發現有盲目（mù）加大幹燥塔體積（jī）的趨（qū）勢（shì），這不僅（jǐn）會失去噴霧幹燥時間短的優（yōu）勢，而且還增加了（le）造（zào）價和設備占用的廠房麵積（或（huò）體積），對用戶不利。
當熱風分（fèn）布器和霧化器合理配置時，幹燥塔（tǎ）的體積應當有一（yī）個合理的範圍，不會相差很大。大的不一定（dìng）好（hǎo）。隨（suí）著科技的進步和（hé）各種強化（huà）措施的（de）應用，幹燥塔勢必（bì）會（huì）越做越小。
熱風分配器是（shì）一個重要的方麵，並不代表全部（bù）。所以在噴霧幹燥器的設計（jì）中，選（xuǎn）型要根據各種物料的特性，綜合各種參數，以期獲得一個係統的最（zuì）佳狀態。
參考文獻：
[1] 王喜忠，等.現代幹燥技術.噴霧幹燥章[M].北京：化學工業出版社，1998，326-342.
[2] K.Master’s.spray drying handbook[M].Longman Scientific and Technial Copublished in the United States with John Wiley and sons,lnc.,New Youk.1991.311-326.
[3] 唐金鑫,等.噴霧幹燥工程的（de）研究進展及應用[J].南京（jīng）林業大學學（xué）報,第21卷增刊,1997.
[4] 天津大學化工原理教研組.化工（gōng）原理[M].天津：天津（jīn）科（kē）學出版社.1989,300-305.
[5] 持田隆,等（děng）.噴霧幹燥（譯文集）[M].南京：江蘇科學技術出版社.392-982.
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