鹰牌陶瓷 | 《鹰视界》(原《鹰之声》第120期)
建筑陶瓷基础知识讲堂之四:喷雾干燥
喷雾干燥是系统化技术应用于物料干燥的一种方法。于干燥室中将稀料经雾化后,在与热空气的接触中,水分迅速汽化,即得到干燥产品。
喷雾干燥原理
喷雾干燥原理是通过机械作用,将需干燥的物料,分散成像雾一样的微粒,与热空气接触,在瞬间将大部分水分除去,使物料中的固体物质干燥成粉末。
喷雾干燥一般可以分为四个阶段:泥浆雾化成雾滴、雾滴与空气接触、雾滴干燥、干燥产品与空气分离,其中最重要的是雾化与干燥。
泥浆雾化即将泥浆分散为微细的雾滴。雾滴大小和均匀度对产品的质量影响很大,其中雾化器是关键部件。
雾化器的种类
高压泵,将物料通过雾化器雾化器是喷雾干燥塔的核心,有3种类型:气流式雾化器、旋转式雾化器和压力式雾化器。陶瓷行业广泛使压力式雾化器,利用(喷枪),聚化成雾状微粒与热空气直接接触,进行热交换,短时间完成干燥。
雾滴粒径的影响因素
雾滴料径的大小直接影响喷雾干燥粉料颗粒的大小和分布。它与雾化器的运行参数密切相关,此外还与泥浆的性能相关。生产中要根据产品种类需要,确定喷雾干燥的各项参数。雾滴粒度与黏度成正相关,当黏度很大时,不能用压力喷嘴雾化。生产过程中,可以通过适当控制和稳定泥浆的流动性来控制喷雾料的颗粒大小。为了改善坯体成型的排气效果,需要适当提高喷雾干燥粉料的粒径,这可以通过适当提高泥浆的黏度实现。在其他参数不变时,雾滴尺寸与喷嘴孔径的平方成正比。
影响粉料质量和产量的工艺参数
(一) 选择合适的雾化角和保证充分雾化
雾化角过大或过小都会产生黏壁料。若雾化不均,会有较大液滴存在,在运动过程中会形成许多孪生颗粒。若颗粒较大,来不及干燥而导致黏壁的可能性显著增大。另外,粉料颗粒粗细不均匀,分布不合理,影响粉料的流动性。在生产实际中,必须考虑雾化角、喷枪角度与喷射高度三者的关系。喷嘴在塔内沿周向分布间隔要合理,喷枪角度保持在110°~120°,以保证料雾与热风进行充分的热交换。
(二) 泥浆含水率对颗粒级配和产量的影响
在其他条件不变的情况下,随含水率增加,粉料中的细粉比例增加,成型困难。含水率越低,大颗粒越多,越利于成型。试验配方时,要让坯料泥浆含水率尽量低。
(三) 泥浆黏度对颗粒级配和产量的影响
在生产中,泥浆黏度过大容易造成塞枪,黏度过小容易导致黏塔和塌壁料产生。所以,生产中要按实际适当控制泥浆黏度,如果与泥浆的浓度一起考虑,则黏度偏大好一些,因为为了降低能耗,泥浆水分总是越低越好,对应的泥浆黏度就会偏大。
(四) 泥浆压力对颗粒级配和产量的影响
泥浆压力越大,粉料中细颗粒所占比例越大;泥浆压力越小,粉料中粗颗粒所占比例逐渐增多。但是泥浆压力过低,会导致喷雾干燥塔制粉能力下降,制粉成本大幅度上升;泥浆压力过大,则会导致泥浆雾化不好。因此,要根据喷雾干燥塔的大小决定泥浆的压力,同时考虑压机所需的粉料颗粒级配。
(五) 喷片孔径对颗粒级配和产量的影响
喷片孔径增大显著改变粉料的粒径分布。随孔径增大,粉料中粗颗粒所占比例明显增大,适合成型的粉料比例由80%~90%提高到92%以上。对于要增加大颗粒和产量,增大孔径最有效快捷。
(六) 热风流量及进塔风温对粉料质量和产量的影响
提高进塔风温,则热风带进热量增加,从热平衡来看,可以相应地加大进料量,从而提高喷雾干燥塔产量,但要适宜。实验结果表明,进塔风温控制在450~550℃比较适宜。
(七) 废气排出温度对粉料质量和产量的影响
在其他条件不变的情况下,降低排风温度可增加粉料产量,但同时粉料含水率也随之增加。降低废气排放温度可提高喷雾塔工作效率,但排气温度过低就会造成粉料太湿,影响压机成型,同时还会引起塔内积料,严重时湿料会堵塞塔体下料口,影响正常生产。
(八) 塔内负压对粉料质量和产量的影响
在不改变其他工艺参数的前提下,塔内负压增大,热风在塔内流速可提高,料浆雾滴和热风的接触时间缩短,在非常高的热风速度下,雾滴会发生变形,或在湍流运动中和其他液滴碰撞而合并,随着接触时间的缩短,蒸发时间变短,粉料中细颗粒增加,且易出现不规则形状的颗粒。
相反,降低塔内负压,可增大粉料粒径。但如果塔内负压过小,热风炉往外喷火,不好操作,出现供热风不足,干燥塔内水汽排不走,粉料较湿。一般负压保持在100~300Pa较合适。
(九) 粉料颗粒级配影响因素比较
比较上面几种影响因素,喷片孔径的影响最为直接明显。
黏壁料产生原因
黏壁是指被干燥的物料黏附在喷雾干燥塔的内壁上。黏壁问题是喷雾干燥塔操作中的一个大问题。
黏壁可分为3种类型:半湿物料黏壁、干粉表面吸附、低熔点物料的热熔性黏壁。陶瓷厂最常见的半湿物料黏壁。温度过低、喷枪堵塞和磨损是造成黏壁的主要原因。
喷雾干燥的质量指标
(一) 粉料含水率
粉料的含水率对压机的成型有很大影响。含水率是制粉的第一重要参数。含水率的调节主要依靠进风温度和泥浆泵压力。
(二) 杂质
使用水煤浆、煤粉、重油等作燃料都有可能结焦,在粉料中产生黑点,要定期抽查。
还有一种检测方法,即分别抽取泥浆池浆料和喷雾干燥后的粉料,检测其烧失量,如果喷雾干燥后的烧失量增加,则意味着喷雾干燥过程中有可燃性杂质混入,要检查热风炉的燃烧情况。
(三) 粉料流动性
粉料流动性好,能使压制成型布料时颗粒间的内摩擦力减小,粉料能在较短的时间内均匀地填满模具的各个角落,以保证坯体的致密度和加压速度,直接影响压机成型情况,进一步影响抛光砖的表面质量。
(四)粉料颗粒级配
粉料颗粒级配是喷雾塔干燥制粉工艺必须控制的一个参数。