大型压力喷雾干燥塔喷头的布置问题

文/刘殿宇

（华禹乳品机械制造有限公司）

压力喷雾干燥是靠高压泵通过高压喷嘴将物料撕扯成雾滴再与塔内热空气进行热与质交换，将雾化物料干燥成所需的粉末，然后进入下一道工序。蒸发量小的干燥塔，如蒸发量小于1 000 kg/h的干燥塔采用1 个喷头便能完成物料的雾化工作。但随着蒸发量的增大，采用1 个喷头无法满足生产需要，主要原因是雾滴粒径增大，容易变成线状流，出现干不透，夹心粉的情况。这时往往需要采用多个喷头进行喷雾干燥，而喷头布置不好可能造成受热不均，粉的水分含量偏高，严重时还会出现块状粉。因此，本文以蒸发量3 000 kg/h的大型压力喷雾干燥塔为例阐述如何布置喷头位置。

1 主要技术参数及结构特点

1.1 主要技术参数

物料介质：牛奶；生产能力：3 000 kg/h；进料质量分数：38%～40%；进料温度：48～51 ℃；进风风量：104 067 m3/h；进风温度：185～190 ℃；排风风量：135 287 m3/h；排风温度：75～85℃；出粉质量分数：97.5%；喷头支数：9。

1.2 结构特点

本喷雾干燥系统采用9 支喷头，上出风的型式进行喷雾干燥。采用单级独立脉冲反吹袋滤器捕集并回收喷雾干燥塔排风中携带的粉尘，袋滤器捕集下来的粉尘经由旋转出料阀卸料，再由罗茨风机将其送入到干燥塔内的雾化区与正在雾化的物料进行黏结、附聚再造粒。塔下出粉口接卧式振动流化床对粉进行团粒化、整形、二次加热干燥并冷却。使粉的温度降至38～40 ℃，然后进入下一道工序进行暂存待包装。其工艺流程如图1所示。

2 热风分布器的计算

本例热风分布器采用6调风筒式热风分布器，如图2所示。热风分布器进排风管道的风速一般按9～18 m/s[1，2]进行计算。进排风管道截面风速按13 m/s选取。进风管道截面积为： F=104 067/（13×3 600）=2.22（m2）

进风管道（采用正方形）边长： a2=2.22 ，a=1.491（m）

本例采用6个分风筒，每个分风筒的直径为：104 067÷3 600=6×d2/4 π×13，d=0.687（m）

3 高压喷头在喷雾干燥塔中的布置

目前多喷头进料，在干燥塔顶存在的主要问题是喷头间距过小，喷嘴与喷枪杆的夹角过小，导致雾滴重叠交汇，促使雾滴变大，出现线状流，有块状粉或夹心粉出现，从而导致干燥困难。排布情况介绍如下。

高压喷头在喷雾干燥中的布置直接关系到喷雾干燥的效果。对于蒸发量小的喷雾干燥塔，如蒸发量1 000 kg/h，只需3 个喷头便能完成喷雾干燥任务，且粉的颗粒均匀，无块状粉出现。三喷头的中心圆直径一般在450 mm左右，喷头与喷杆一般呈105°夹角，且角度在水平面方位可调。蒸发量1 000 kg/h的干燥塔若是下排风，一般塔径在4 500～5 500 mm之间。喷头做上述分布便能满足喷雾干燥要求。本例干燥塔蒸发量为3 000 kg/h，为上排风。热风分布器大小发生了改变，喷头在热风分布器上的分布情况也随之改变。本例干燥塔直径更大，在6 500～8 000 mm之间，采用3 组喷头，每组喷头为3 个，3 个喷头在直径为500 mm的分度圆上作正三角形均布，且每个喷头与喷管成105°夹角，在圆周上角度可调。3 组喷头在直径为2 236 mm[2]的分度圆上作正三角形均布。喷枪在干燥塔中的排列主要依据是喷雾干燥塔的生产能力大小，即根据干燥塔直径大小作相应排布，排列的原则是喷雾时尽量使每个喷头的雾滴不交叉，不使雾滴变大。喷雾角度的大小与采用的喷嘴形式有关。目前比较常采用的喷嘴是“M”型与“S”两种，一般雾化角度在55°～60°[3，4]之间，也有的雾化角度较大。喷嘴的选择应根据具体情况进行，有条件的必要时可通过实验获取喷枪在干燥塔顶的最佳位置。

4 小结

图1 上排风干燥塔工艺流程

上述只是根据实际应用问题提出看法，原则是采用多喷头进行雾化干燥时不能相互干涉，力求分布均匀，以最佳的雾化状态与热空气接触。除此之外，多喷头在使用过程中要便于更换和清洗，高压喷枪在生产结束后除清洗之外，还要通入蒸汽进行杀菌。因此，在设计高压喷枪时还须考虑构成喷枪单独清洗杀菌的回路。

图2 多喷头在热风分布器上的分布