旋转式雾化器

旋转式雾化器

1.操作原理、类型及优缺点

(1)操作原理当料液被送到高速旋转的盘上时，由于旋转表面上伸展为薄膜，并以不断增长的速度向盘的边缘运动，离开盘边缘时，就使液体雾化，如图5-57所示。(2)雾化机理也是滴状、丝状及膜状分裂，如图5-58所示。以哪一种分裂状态为主，则与盘的形状、直径、转速、进料量及料液性质等因素有关。旋转式雾化器产生的雾滴尺寸范围，见表5-6。

旋转式雾化器的液滴大小和喷雾的均匀性，主要取决于旋转盘的圆周速度和液膜厚度，而液膜厚度又与溶液的处理量有关。当盘的圆周速度小于50m/s时，得到的雾滴很不均匀。喷雾的不均匀性，随盘的转速增加而减小。当盘的圆周速度为60m/s时，就不会出现上述不均匀现象。所以，这一圆周速度可以作为设计的最小值。通常采用的旋转盘的圆周速度为90～160m/s。(2)旋转式雾化器的类型及优缺点

①旋转式雾化器的类型

主要类型有光滑盘(无叶片盘)、叶片盘(雾化轮)及旋转一气流杯雾化器。工业生产上，通常采用雾化轮(叶片盘)。熔融液造粒通常采用光滑盘(无叶片盘)，可以制造大颗粒产品(喷雾冷却)。旋转式雾化器和压力式雾化器一样，被广泛地应用在工业生产上。离心转盘

②旋转式雾化器的优缺点

优点：a．塔内只安装一个雾化器便可完成生产任务，最小喷雾量为6kg/h以下，最大喷雾量为200t/h；b．在一定范围内，可以调节雾滴尺寸；c．生产能力调节范围大。缺点：雾化器结构较为复杂，需要传动装置、液体分布装置及雾化轮，对加工制造技术要求甚高。结构复杂，检修不便。图5-59所示为用透平盘带动的雾化轮(轮式雾化器)，盘径50mm。在350℃时蒸发纯水5kg／h。此型号为实验室常用的干燥设备之一。图5-60所示为用电动机经增速器带动的雾化轮(轮式雾化器)。此为工业上应用的主要形式。2.光滑盘(无叶片盘)旋转雾化器

(1)光滑盘的结构及操作状态分析

光滑盘系指无叶片的光滑表面所构成的圆板形(平板形)、盘形、碗形及杯形等，如图5-61所示。平板形结构最简单，如图5-61(a)所示，表面是一个加工得很平滑的圆板，当圆板高速旋转时，加到圆板中心的料液，由于离心力的作用，从圆板边缘甩出并雾化，参见图5-61(a)。

碗形、盘形及杯形[参见图5-61(b)、(c)、(d)]的结构相似，它们与平板形相比较，料液可以获得较大的离心力，雾化效果较平板形好一些。由于这四者雾化情况相似，故划分为一类。光滑盘，主要用于制造大颗粒的喷雾冷却。一个高速旋转的光滑盘，液体加到其表面上，液体和盘之间产生严重的滑动，液体离开盘边缘时的速度远低于盘的圆周速度。不发生滑动的条件，是在非常低的盘转速时，提供的离心能只允许很小的进料量，才能满意地雾化。液体在旋转盘上分裂为液滴，由下列因素控制：

①液体的黏性和表面张力；

②在圆盘上的液体的惯性；③在液滴离开盘的那一点上，液滴和周围空气的摩擦作用。

④液滴一旦悬浮在空气中，液滴内部的剪应力要重新调整。光滑盘操作时，应当使液体均匀分布在盘表面上。这就要求均匀地供给料液，无振动地旋转。为了有效地雾化，离心力必须比重力大l0倍。3.叶片盘(非光滑盘)旋转雾化器

(1)叶片盘的操作状态分析和结构

它的雾化机理类似于光滑盘(无叶片盘)。雾化轮在低圆周速度和低进料速率时，黏度和表面张力起支配作用，获得直接形成的液滴。在中等圆周速度时，由于受到离心力的作用，液体由盘边缘以丝状分裂形式扩展出去，受重力影响的程度较小。在工业条件范围内(在高雾化轮圆周速度及高液体流量时)，由于受到空气和液体表面之间的摩擦作用，液体在轮边缘直接产生膜状分裂。这种机理不适合于形成均匀的雾滴。

对于给定的进料速率，要获得最佳液滴尺寸的均匀性，保证下述6个条件是必需的：①雾化轮转动时无振动；②(和重力相比)离心力要大，即要有高的圆周速度；

③保持光滑的叶片表面；

④保持均匀的液体进料速度；

⑤要完全润湿叶片表面；

⑥液体在叶片上均匀分布。喷雾磨蚀和腐蚀性的溶液时，在盘的顶部和底部制作保护层，制成10～20mm的内衬。图5-63示出常用叶片盘的几种结构。其中M形用于食品和医药品的喷雾干燥。工业上应用最多的是矩形通道。4.雾化器的选择

雾化器的作用在于产生均匀的雾滴。对于给定的操作条件，应获得最佳的喷雾特性。下面给出选择的原则。(1)根据要求选择最理想的雾化器，应具有下列特征：

①结构简单，检修容易；

②既能生成大滴径，又能生成小滴径；

③调整雾化器的操作条件，可以控制滴径分布；

④可以采用标准抽吸设备、重力或虹吸进料系统；

⑤进料时无内部磨损。

有些雾化器，虽然具有上述的部分或全部特点，但由于还有不利的因素，因而仍不适合某些应用。这些不利因素为：

①所需的进料系统与雾化器的操作方法不相容；

②由雾化器产生的液滴特性与干燥室结构不相容；

③雾化器安装的空间不够。(2)根据喷雾特性来选择

在工业进料速率条件下，根据液滴-颗粒尺寸选：要求产生粗大颗粒时，一般采用离心压力式喷嘴。要求产生细的颗粒时，则常用旋转式雾化器。

(3)选择的依据

若已确定某物料适用于喷雾干燥法干燥，那么，要选择旋转式雾化器，还是喷嘴式(压力式及气流式)雾化器?在这两类之间进行选择时，应考虑下列条件。

①在雾化器进料量的范围内，能达到完全雾化。旋转式或喷嘴式雾化器，对于低、中、高的进料量范围，都是适用的。对于非常大的流量，尽管多喷嘴雾化器系统能够达到此能力，但采用旋转式雾化器却是最有利的。

②达到料液完全雾化时，雾化器所需的功率问题。

旋转式和压力式雾化器所需功率的数量级相同。在选择雾化器时，所需功率不是决定性因素。通常只要在额定流量下，能够满足所要求的喷雾特性就行了，而效率则是次要的。例如三流式喷嘴的效率是非常低的，但只有这样的喷嘴，才能够成功地使高黏度料液雾化，这时，效率问题就无关紧要了。

③在相同进料流量时，滴径分布情况。在低、中进料流量时，旋转式和喷嘴式雾化器的滴径分布，具有相同的特性。在高进料速率时，旋转式雾化器所产生的雾滴，一般具有较高的均匀性。

④最大和最小的液滴尺寸的要求。最大、最小或平均尺寸，通常有一个范围。而这个范围，是产品特性所要求的，必须满足。叶片盘和二流式喷嘴，适合于较细雾滴的要求。叶片盘和压力式喷嘴，适合于中等滴径范围。光滑盘或压力式喷嘴，适用于粗雾滴。例如，中国某催化剂厂引进旋转式雾化器的喷雾干燥塔，开车以后，不仅产生严重的粘壁现象(半湿物料粘壁)，而且粒度分布不符合设计要求，经过多次调整并更换旋转式雾化器结构，仍然存在上述两个问题，最终停产。后来，中国自己将旋转雾化器改为压力式雾化器(设置12只压力式喷嘴)后，解决了上述存在的问题，使干燥系统正常运行。

⑤操作的适应性问题。

旋转式雾化器可以在较宽的进料速率变化下操作，而产品粒度没有显著的变化，这时只需改变雾化轮转速，而其他操作条件保持不变。对于压力式喷嘴，要增加进料速率，就要增加进料压力，滴径分布也随着变化。对于要求严格的雾滴特性分布，需要采用多个相同的喷嘴。如果现有的泵压头受到限制，而对雾滴特性要求也不严格时，只需更换喷嘴孔径尺寸就能满足要求。⑥干燥塔结构要适应于雾化器的操作。喷嘴喷雾的细长特性，能够使其置于并流、逆流和混合流的干燥室中，用空气分布器产生旋转的或平行的空气流动。旋转式雾化器一般采用旋转的空气流动方式。

⑦物料的性质要适应于雾化器。旋转式和喷嘴式雾化器都适用于低黏度、非腐蚀性、非磨蚀的液体，具有相等的功效。轮式雾化器适于处理腐蚀性和磨蚀性的泥浆及各种粉末状物料。对于需要高压泵输送的产品，一般首选雾化轮(即使气流式喷嘴也能处里这样的物料)。通常，离心压力式喷嘴所需的压力太高了。一标准气流式喷嘴，在进料速率为270kg/h的条件下，操作压力为0.7MPa时，就能产生平均滴径为60μm的雾滴，产生同样雾滴的离心压力式喷嘴，却要在1～3.5MPa压力下操作。长链分子结构的液体，通常是高黏度的非牛顿型的物料，气流式喷嘴是一种最好的雾化技术。对于许多高黏度的牛顿型