顆粒干燥過程的兩個階段:
霧滴中的溶劑(通常是水)蒸發而形成干顆粒,它同時包含有傳熱和傳質過程。科研儀器非標霧滴和干燥空氣之間的接觸,其熱量以對流的方式,由空氣傳遞給霧滴,蒸發的濕分,以對流的方式,穿過圍繞各個霧滴的邊界層,進入到空氣中。
霧滴離開霧化器的速度,與周圍空氣的速度不同,因此除了同時進行熱量和質量傳遞之外,在霧滴和周圍空氣之間還有個動量傳遞。
熱量和質量傳遞速率,是溫度、濕度和圍繞每個液滴的傳遞特性的函數。它也是液滴直徑和液滴與空氣之間的相對速度的函數。
濕分在從接近恒速率下開始遷移,保持恒定的液滴表面積和恒定的液滴表面蒸氣壓,這是第一干燥階段,或稱恒速干燥階段。后面是濕分遷移速率下降,一直到完成干燥任務,這是第二干燥階段,或稱降速干燥階段。
在干燥第一階段,大部分濕分被蒸發掉。科研儀器非標在充分的速率下,濕分以毛細管和擴算的機理,由液滴內部遷移至表面,維持表面飽和狀態。遷移的控制,決定于溶液、懸浮液和乳濁液的液滴中的固體性質。濕球溫度代表液滴溫度。蒸發速率可以認為是恒定的。
在噴霧干燥操作中,液滴從一接觸干燥空氣就開始進行蒸發,濕分迅速進入到空氣中,使空氣溫度下降,這樣,就降低了傳熱推動力,即使維持表面飽和狀態,但蒸發速率開始下降。
濕分遷移降低了液滴的含濕量,當表面遷移速率變為干燥控制因素時,表面濕度不能維持,干燥速率下降,即進入降速干燥階段。濕分遷移速率,受到周圍空氣的溫度、濕度和液滴(溶液、乳濁液和懸浮液)組成的影響。
影響噴霧干燥產品性質(粒度和松密度)的因素:
⑴.操作參數對產品性質的影響
①.進料速率的影響。在恒定的霧化和干燥操作條件下,顆粒尺寸和干燥產品的松密度隨著進料速率的增加而增加;
②.料液中固含量的影響。料液中固含量增加時,干燥產品的顆粒尺寸也隨之增加。在恒定的干燥溫度和進料速率下,由于料液中固含量的增加,蒸發負荷將減少,因而得到濕含量較低的產品。由于水分蒸發很快,容易生成干燥的空心顆粒和松密度較低的產品。但是,有時由于較大的霧滴所含的水分量變化不大,上述影響在某種程度上被抵消了。例如肥皂、咖啡液等松密度并不隨著固含量的增加而減低。
③.進料溫度的影響。如果為了便于料液的輸送和霧化而需要降低粘度時,則增加進料溫度對干燥產品性質有一定的影響。對于在室溫下的低粘度液體,提高液料溫度的影響可以忽略不計。增加料液溫度,將降低霧滴蒸發所需要的總熱量。但是,繼續提高料液的熱含量,與氣化所需的熱量相比還是很小的。
④.表面張力的影響。表面張力對各種產品的影響很不相同,但是,這種影響非常不顯著。對大多數噴霧干燥的料液,其表面張力值的范圍很窄,因而不能對干燥產品的性質有很大的影響。表面張力是以影響干燥和霧化機理來影響干燥產品性質的。霧滴含有微細液滴的比例提高了,霧滴分布就更寬。表面張力低的料液,產生的霧滴較小。表面張力較大的料液產生較大的液滴,而尺寸分布也較窄。
⑤.干燥空氣進口溫度的影響。干燥空氣的進口溫度,取決于產品的干燥特性。科研儀器非標對于在干燥時膨脹的霧滴,升高干燥溫度,將產生松密度較低的大顆粒。然而,如果溫度升高到使蒸發速率快速提高,從而使液滴膨脹、破碎貨分裂,那么就會生成密集的碎片,而形成松密度較大的粉塵。
⑥.霧滴和空氣接觸速度的影響。增加霧滴和空氣之間的接觸速度,就會提高混合程度,從而提高傳熱傳質速率。在非常高的速度下,液滴要發生變形,可能破碎貨分裂,或在湍流運動中,和其它液滴碰撞而合并。隨著接觸速度的增加,蒸發時間變短,干燥產品顆粒呈現出不規則的形狀。由于產品的不同,松密度也有變化,但還得不出一般性結論。
⑵.空心顆粒形成機理
液滴膨脹的趨勢和空心顆粒的形成,對于干燥產品的最終松密度起著重要的作用。空心顆粒可由四種機理形成。
①.在液滴表面處,形成一層對氣流為半透性的表面層。隨著液滴溫度的升高,液滴就膨脹起來,并噴出其內部形成的蒸氣。
②.水分蒸發的速率,比固體擴散返回到液滴內部的速率要快一些。在蒸發完成時,就存在著許多氣孔,特別在結晶產品的情況下更是如此。
③.由于毛細管的作用,干燥時,其中的液體,通過固體顆粒間的微細空隙移動至液滴的表面。液體離開液滴中心而形成一個空隙。這個機理適用于黏土糊。
④.帶入料液中的空氣,科研儀器非標有助于在液滴中間形成空氣空間。
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