多噴頭壓力噴霧干燥塔噴嘴的設計及注意事項

劉殿宇

（華禹乳品機械制造有限公司，黑龍江安達 151400）

1 前言

壓力噴霧干燥塔的生產能力達到一定量時，如蒸發量大于或等于1 000kg/h 時就不宜采用單噴頭進行噴霧干燥，采用單噴頭噴霧干燥易產生如下不良效果：霧滴變大，（正常的霧滴直徑在20μm～60μm 之間）[1-2]，易產生線狀流；粉易結塊或產生夾心粉；受單噴頭霧化角約束霧化料液與熱空氣熱交換不夠充分，干燥塔內溫度升高，排風溫度升高；塔壁結垢嚴重；如果采用小孔徑單噴頭進行噴霧生產，粉塵過細，還會影響沖調。因此，大蒸發量的壓力噴霧干燥塔應該考慮采用多噴頭進行噴霧干燥。其設計過程與單噴頭有所不同。僅以RGYP03-1000 型壓力噴霧干燥塔在奶粉生產中的應用為例加以闡述。

2 主要技術參數及結構特點

（1）物料介質：牛奶

（2）生產能力：1 000kg/h

（3）進料質量分數：38%～40%

（4）進料溫度：48℃～51℃

（5）進風風量：40 000 m3/h～45 000 m3/h

（6）進風溫度：150℃～160℃

（7）排風風量：52 000 m3/h～58 500 m3/h

（8）排風溫度：75℃～85℃

（9）出粉質量分數：97.5%

（10）噴頭只數：3

結構特點：本噴霧干燥塔采用三噴頭進行噴霧干燥，采用兩級捕粉即旋風加布袋捕集并回收噴霧干燥塔排風中攜帶的粉塵，旋風捕集下來的粉塵經由旋轉出料閥卸料，在由羅茨風機將其送入干燥塔的霧化區內重新聚結造粒。塔下出粉口接臥式振動流化床對粉進行團?；?、整形、二次干燥并冷卻，使粉的溫度降至38℃～40℃，然后進入下一道工序。

3 多噴頭的結構設計

3.1 多噴頭噴嘴孔徑的設計

壓力噴嘴的形式較多，目前比較常用的是切線旋渦型噴嘴。

噴嘴的孔徑按下式計算：

式中：S — 噴嘴孔截面積，m2；

V — 流體流量，m3/s。

這 里V=1 695.6÷1 100÷3 600=4.28×10-4m3/s（濃縮后濃奶量為：W=（1 000×97.5）/（97.5-40）=1 695.6kg/h，密度按1 100 kg/m3計算。）

C0— 噴嘴流量系數，這里C0=0.52（霧化角為55o）

g — 重力加速度，m/s2，g=9.81 m/s2

ΔP — 噴嘴進出口壓力之差，Pa這里ΔP=（1.5×107+1×105）-1×105=1.5×107Pa

r — 流體的密度，kg/m3，r=1 100 kg/m3

3.2 多噴頭的結構設計

多噴頭噴槍的結構及其在熱風分布器上的分布與單噴頭噴槍略所不同。單噴頭噴槍是在熱風分布器的中心進入干燥塔進行噴霧，而多噴槍則是圍繞熱風分布器中心對稱分布，如圖1所示。本例三噴槍均勻分布于分度圓直徑為380mm的圓周上。多噴頭噴霧時每個噴嘴與噴槍軸線成一定夾角（根據干燥塔直徑確定）本例夾角為150o，而單噴頭沒有夾角。多噴頭噴槍可根據噴嘴在噴霧干燥塔中噴霧情況進行轉動可改變噴嘴噴霧的位置，而單噴頭則不能。多噴頭具體轉動做法是：根據物料的濃度首先確定高壓泵的合適壓力，調節依據是:根據粉的顆粒、水分含量及三噴嘴在干燥塔中霧化狀態即霧距交匯狀態轉動噴槍刻度盤的位置（噴槍與上刻度盤為一體結構，下刻度盤固定于熱風分布器上）調定好并鎖緊。然后檢查出粉的顆粒及水分含量，確定是否更換噴嘴的孔徑。

圖1 多噴頭熱風分布器

3.3 多噴頭噴霧干燥的熱風分布器的設計

多噴頭噴霧干燥的熱風分布器與單噴頭熱風分布器的結構形式基本相同。目前，壓力噴霧干燥塔的熱風分布器有兩種：一種為分風筒式，一種為小分布孔式的結構。分風筒式的熱分布器在國內應用比較普遍。工作原理是：進入的熱風先經由幾個或多個分風筒將熱風較為均勻進行分配，然后再進入熱風總管中，由主熱風管道把熱風較為均勻地導入干燥塔中與霧化物料進行熱與質的交換。

熱風分布器的結構尺寸確定：

進入熱風分布器的風速一般按9m/s～13m/s 計算[3-6]。

本例進風管的截面積：

F=40 000/(13×3 600)=0.855 m2

本例采用6 個分風筒，每個分風筒的直徑為：

進入干燥塔主管道直徑與進風管道直徑相等效果已很好。每個分風筒根據熱風在塔內的風速情況可在熱風分布器中固定的分布板上進行上下調整。

4 多噴頭噴霧適應范圍及設計注意事項

由生產能力的大小、料液濃度的高低、高壓泵的壓力幾個參數確定出合適的噴嘴孔徑進行生產。噴霧干燥塔生產能力越大，進風量，干燥塔的直徑也越大，一個生產能力為1 000kg/h 干燥塔其直徑都在4 500mm～5 500mm 之間，如果采用單噴頭進行噴霧干燥，就可能產生兩種情況：一是霧化效果不佳；二是霧滴過細。大生產能力的干燥塔噴嘴的孔徑也增大，如果壓力不變霧滴就會變大，還可能會出現線狀流。如果提高高壓泵壓力就會造成潮粉出現。如果選擇過小噴嘴噴霧，霧滴直徑就會變小，生產出的粉顆粒變細，對有顆粒要求的奶粉等來說感官不好，沖調也受到影響。最重要的是隨著干燥塔生產能力的加大，塔徑加大，受單噴嘴霧化角（通常霧化角在50o～60o之間）的約束，霧滴不能與熱空氣在最佳的熱交換區域內瞬間進行充分的熱交換，有剩余熱空氣沒有來的及參與有效熱交換，從而導致塔內及排風溫度升高，也是能源的浪費。所以，大型干燥塔應考慮采用多噴嘴噴霧干燥。蒸發量在1 000kg/h的塔就應采用多噴頭，如本例采用3 噴頭噴霧在實際應用中效果已經比較好。

多噴頭噴霧噴槍隨刻度盤可轉動，轉動盤上刻有數值。通常采用高壓軟管與噴槍聯接，與之相連的另一端為分料缸，分料缸要求設計成便于清洗或清理的可拆卸式的結構。此外，高壓噴槍必須做可進行清洗的并可構成清洗回路的清洗管線，其殺菌通常采用蒸汽進行殺菌。噴槍套管中吹入室內空氣防止插入熱風分布器段的噴槍由于高溫作用產生結焦。熱風分布器內溫度高，其保溫絕熱厚度不低于100mm。

5 結束語

不同行業不同物料的噴霧干燥生產應用都證明，大蒸發量如水分蒸發量大于或等于1 000kg/h的干燥塔如果采用單噴頭進行噴霧干燥則會引發諸如上述生產上的一些問題，產品質量也隨之下降。采用多噴頭噴霧干燥可克服上述的弊端，產品質量也好。采用多噴頭噴霧干燥要注意的是：噴頭噴霧的交匯處料液的霧化狀態，三噴槍霧滴交匯過多會導致霧滴變大或霧滴變得密集，甚至產生現狀流，出現潮粉，即水分含量超標。出現塊狀或粘條狀。每一次更換噴嘴時，調節后要做好最佳生產狀態的記錄。作為下個生產的依據。

[1]夏青，陳常貴.化工原理.上冊（M）.天津.天津科學技術出版社，2005.

[2]天津輕工業學院輕化工機械教研室編.乳品機械,[M].天津.天津輕工業學院，1985.

[3]劉殿宇.噴霧干燥系統捕粉結構形式的發展及其應用效果[J].中國乳業,2010(1):45-47

[4]劉殿宇，脈沖反吹捕粉裝置在奶粉噴霧干燥生產中的設計及應用[J].乳業科學與技術,2006(3):123-124.

[5]劉殿宇，噴霧干燥系統捕粉結構形式的發展及其應用效果[J].乳業導刊,2005(2):24-26.

[6]劉殿宇，壓力噴霧干燥系統在速溶茶粉生產的應用[J].中國茶葉,2009(7):21-22.