由于噴霧干燥具有流程簡短、可處理熱敏性物料、易大型化等優(yōu)越性，已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。改革開放以后，我國出現(xiàn)了一大批專業(yè)化的干燥設(shè)備企業(yè)。近十年內(nèi)噴霧干燥技術(shù)已取得了長足進(jìn)步，產(chǎn)品質(zhì)量已可與世界著名廠商相媲美，不僅滿足了國內(nèi)輕化工、環(huán)保行業(yè)的需要，而且已向國外市場拓展。 　　 　　

長期以來，對噴霧干燥裝置的注意，一般著力于： 　　 　　

⑴霧化器（機）的選擇； 　　 　　

⑵足夠風(fēng)量和熱量的配置； 　　 　　

⑶粉末回收及排放。 　　 　　

王喜忠等指出：“一個成功的噴霧干燥器的設(shè)計，應(yīng)包括與霧化器相適應(yīng)的熱風(fēng)進(jìn)出口的方式和熱風(fēng)分布裝置”[1]。K.Master’s也提到在干燥塔內(nèi)水分蒸發(fā)速率隨著霧滴與熱風(fēng)的相對速度增加而增加[2]。 　　 　　唐金鑫等在熱風(fēng)分布器設(shè)計要求中，提出三條重要的原則[3]，都強調(diào)了熱風(fēng)分布對噴霧干燥的重要性。

在隨后出現(xiàn)的裝置中，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)企業(yè)仍然沒有給予足夠的重視，只是從結(jié)構(gòu)上做到“形似”而實質(zhì)仍未掌握，以致出現(xiàn)以下情況： 　　 　　

⑴在塔內(nèi)同一截面上溫度差較大，導(dǎo)致物料局部粘壁； 　　 　　

⑵由于氣液兩相接觸不合理，使干燥強度大為下降，于是干燥塔的體積越做越大； 　　 　

⑶在一臺比原設(shè)計處理量大為減小的干燥塔中，未注意熱風(fēng)分布的流速范圍，降低了干燥強度，物料仍然大量粘壁； 　　 　　

⑷熱效率很低，出塔風(fēng)溫難以下降。 　　 　　

因此，我們認(rèn)為熱風(fēng)分布器的設(shè)計正確與否，直接影響到干燥系統(tǒng)運行的成敗。本文擬在以前知識的基礎(chǔ)上，提出氣液兩相接觸的合理方式，以求對熱風(fēng)分布器設(shè)計有正確的分析和指導(dǎo)。 　　 　　

1理論依據(jù) 　　 　　K.Masters[2]提出在有相對速度下霧滴的蒸發(fā)存在以下關(guān)系式： 　　 　　

傳質(zhì)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(shù)Nu=hcD/Kd，施密特數(shù)Sc=μa/Dvρa，普朗特數(shù)Pr=Cpμa/Kd，雷諾數(shù)Re=Dvρa/μa。D為液滴直徑，ρa為干燥介質(zhì)密度，μa為粘度，Cp為定壓比熱容，Kd為液滴周圍氣態(tài)膜的平均熱傳導(dǎo)率，hc為對流熱傳導(dǎo)系數(shù)，Kg為傳質(zhì)系數(shù)，Dv為擴(kuò)散系數(shù)。

（1）、（2）式中的x，y，x’，y’和K1，K2尚有爭論，多數(shù)人趨向于： 　　 　　

x=x’=0.5（3） 　　 　　y=y’=0.33（4） 　　 　　

式（3）中的x為平均值，隨Re增加而增加；Re由1增至104時，x從0.4增加到0.6。遺憾的是式（1）～（4）的試驗范圍其Re值均不超過1000。但從中已經(jīng)可以看出，干燥的傳質(zhì)和傳熱系數(shù)隨Re的增大而增大，即假設(shè)干燥介質(zhì)和被干燥物料的性質(zhì)不變時，Re起著重要的影響。而對Re起直接影響的，可認(rèn)為是相對速度v。在傳統(tǒng)的液體無相變對流傳熱系數(shù)計算中，普遍應(yīng)用Dittus和Boelter關(guān)聯(lián)式[4], 　　 　　

Nu=0.023Re0.8Pr0.4（5） 　　 　　或（6） 　　 　　α—給熱系數(shù)； 　　 　　λ—液體熱導(dǎo)率； 　　 　　d—粒徑； 　　 　　v—氣液相對流速； 　　 　　μ—液體動力粘度； 　　 　　Cp—定壓比熱容； 　　 　　ρ—液體密度。 　　 　　式中的Re值≥10000，0.7＜Pr＜120。 　　 　　式（1）與式（5）相比較可以看出，Re數(shù)湍流層范圍內(nèi)的冪值增加可以從0.4提高到0.8。這就可以理解K.Master’s等強調(diào)的“水份蒸發(fā)率隨霧滴與空氣的相對速度增加而增加”了。在Re值處于湍流范圍時，大約呈0.8次方關(guān)系。 　　 　　

2常見的熱風(fēng)分布器的性能比較在噴霧干燥所選用的熱風(fēng)分布器形式中，曾經(jīng)出現(xiàn)過以下形式： （1）平均地自塔頂天花板分布向下流 　　 　　

這種形式認(rèn)為只要均勻地進(jìn)風(fēng)，有足夠的熱量就能達(dá)到干燥的目的，干燥塔的空塔速率只有0.5～0.8m/s,即使塔頂縮小，出口風(fēng)速也只有10m/s，大體處于層流狀態(tài)。熱風(fēng)與霧化液滴沒有直接的聯(lián)系。這種形式不僅國內(nèi)有，在許多進(jìn)口裝置中也有。其結(jié)果是塔體龐大，效率降低。 　　 　　

（2）為了防止粘壁，將熱風(fēng)分為2股或3股 　　 　　

設(shè)計者認(rèn)為只要在塔壁上有熱風(fēng)流動，就可以防止未干液滴撞壁而出現(xiàn)粘壁現(xiàn)象。實際上，邊緣熱風(fēng)流速是不可能大的，而且液滴達(dá)到塔壁上的流速也不會太大，因此這兩股流體的相對速度是非常低的，故而難以實現(xiàn)快速干燥，粘壁仍會出現(xiàn)。塔壁的熱風(fēng)形同虛設(shè)，或者作用不大。 　　 　　

著名的MD型塔采用了冷風(fēng)吹塔，對保證物料質(zhì)量有利。實際上，這時液滴已經(jīng)完成“恒速段”干燥（至少顆粒表面已經(jīng)干燥），這與粘壁并無直接的聯(lián)系[5]。 　　 　　

當(dāng)然粘壁的形式還要聯(lián)系到霧化機的噴距、干燥塔的設(shè)計以及物料的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度等。這些問題已在[1]中有詳細(xì)的介紹。將熱風(fēng)分散處理會減少中央?yún)^(qū)的熱風(fēng)量，從而降低流速，導(dǎo)致熱風(fēng)的利用率降低。 　　 　　

（3）熱風(fēng)分布器與霧化器不配套 　　 　　

在噴嘴式霧化器上配旋轉(zhuǎn)風(fēng)，而在旋轉(zhuǎn)式霧化器上配直流風(fēng)。這兩種形式在生產(chǎn)中都有看到，其結(jié)果只能是出現(xiàn)粘壁或者熱效率大幅度下降，這顯然是錯誤的。 　　 　　

3塔頂中央熱風(fēng)的重要性 　　 　　

在所有的霧化器工作時，液滴剛剛離開霧化器出口時的流速是最高的，隨著液滴在空氣中的流動，由于空氣的阻力，液滴流速迅速衰減，初速能達(dá)到130m/s，而終速可接近于零，這就要求我們從式（1）到式（4）中去準(zhǔn)確掌握熱風(fēng)應(yīng)當(dāng)在何處與液滴接觸，從而可以得到最佳的傳質(zhì)、傳熱速率。 　　 　　

既然霧化器（大多數(shù)）是設(shè)計在塔頂?shù)闹醒胩幍模蛻?yīng)當(dāng)將熱風(fēng)集中到中央，以相當(dāng)于湍流形式的氣流向液滴群急速沖擊；其風(fēng)量和熱量依可干燥顆粒表面水分所需的數(shù)量而定。其余部分可以在塔內(nèi)均勻分布，以完成其它降速段的干燥。只要顆粒表面的水分能夠快速干燥，就能夠在很大程度上防止塔的粘壁。 　　 　　

高速氣流與霧化器噴出口越接近，其干燥效率就越高。但在考慮氣流流速時，也應(yīng)同時考慮阻力降與流速平方成正比的關(guān)系，并非風(fēng)速越高就越好。況且風(fēng)速越高，會使霧滴群向下降，喪失了部分有效的干燥空間。具體的參數(shù)涉及各種物料的特性。但總的趨勢是利用氣液兩相的高速區(qū)，迅速干燥液滴表面，從而實現(xiàn)大部分水分的蒸發(fā)，這才是真正發(fā)揮噴霧干燥的優(yōu)勢。 　　 　　

4良好的熱風(fēng)分布器的要素 　　 　　

⑴使氣液兩相接觸，混合良好，首先應(yīng)當(dāng)使氣體分布均勻。為使分布均勻，已經(jīng)有人介紹過兩種方法：

①在旋轉(zhuǎn)霧化器的配套設(shè)計中，必須用對數(shù)螺旋蝸殼[3]，使一邊進(jìn)入蝸殼的熱風(fēng)經(jīng)蝸殼及內(nèi)部的導(dǎo)風(fēng)板均勻地進(jìn)入塔內(nèi)。

②直流霧化器中的熱風(fēng)分布可采用各種導(dǎo)向直流板[1]，但必須配置噴嘴直流式霧化器。 　　 　　⑵熱風(fēng)分布器出口與霧化器噴液出口盡量靠近，并在兩個方向夾角接近90°，以加大剪切力。應(yīng)利用湍流階段的優(yōu)勢，縮短干燥時間。 　　 　　

⑶當(dāng)熱風(fēng)分布器出口流速過大時，阻力會呈平方關(guān)系增加，故應(yīng)考慮“系統(tǒng)內(nèi)的阻力降”，氣速選擇要慎重。 　　 　　

5結(jié)束語 　　 　　

近年來在噴霧干燥裝置的設(shè)計和制造上，發(fā)現(xiàn)有盲目加大干燥塔體積的趨勢，這不僅會失去噴霧干燥時間短的優(yōu)勢，而且還增加了造價和設(shè)備占用的廠房面積（或體積），對用戶不利。 　　 　　

當(dāng)熱風(fēng)分布器和霧化器合理配置時，干燥塔的體積應(yīng)當(dāng)有一個合理的范圍，不會相差很大。大的不一定好。隨著科技的進(jìn)步和各種強化措施的應(yīng)用，干燥塔勢必會越做越小。 　　 　　

熱風(fēng)分配器是一個重要的方面，并不代表全部。所以在噴霧干燥器的設(shè)計中，選型要根據(jù)各種物料的特性，綜合各種參數(shù)，以期獲得一個系統(tǒng)的最佳狀態(tài)。