噴動(dòng)流化床造粒實(shí)驗(yàn)研究（圖）

    1 前言
    造粒過(guò)程即將各類粉狀、塊狀、溶液或熔融狀原料制成具有一定形狀和強(qiáng)度的固體顆粒[1-3]。通過(guò)改變物料群體的物理性質(zhì)，達(dá)到美化外觀，減少粉塵污染，提高加工工藝性能，增強(qiáng)效用等目的。從工藝上說(shuō)，根據(jù)原始微細(xì)顆粒團(tuán)聚方式的不同可分為壓力造粒，滾動(dòng)造粒，噴霧造粒，熱融造粒，流化造粒。
    壓力造粒法是將粉末限定在一定空間中通過(guò)施加外力而壓緊為密實(shí)狀態(tài)。可分為兩大類，一類是模壓造粒法，物料裝在封閉模槽中，通過(guò)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的沖頭進(jìn)行模塑。另一類是擠壓造粒法，在擠壓造粒過(guò)程中，物料承受一定的剪切和混合作用，在螺旋或輥?zhàn)拥耐苿?dòng)下，通過(guò)一開(kāi)口?；蜾J孔而固結(jié)成型。
    滾動(dòng)造粒是粘結(jié)劑滲入固態(tài)細(xì)粉末，形成微核。團(tuán)聚的微核經(jīng)過(guò)多次滾動(dòng)，最后成為一定大小的球形顆粒。滾動(dòng)造粒設(shè)備常見(jiàn)的有成球盤和攪拌混和造粒機(jī)。
    噴霧造粒是借助于蒸發(fā)直接從溶液或漿體制取細(xì)小顆粒的方法。漿料被霧化器霧化，水分被熱空氣蒸發(fā)后，液滴內(nèi)固相物聚集成干燥的微粒。
    熱造粒法是通過(guò)熱量傳遞將小顆粒形成較大的實(shí)體的造粒方法。熱法團(tuán)聚過(guò)程中可能起作用的團(tuán)聚機(jī)理包括濃泥漿或濕細(xì)物料的干燥、熔融、高溫化學(xué)反應(yīng)、熔融物或濃泥漿冷卻固化或結(jié)晶。根據(jù)熱傳遞的方式不同可將熱法造粒分為燒結(jié)、熱硬化、造球、以及干燥固化等處理方法。
    流化造粒是利用熱空氣將物料流化，再把霧化后的粘結(jié)劑噴入床層中，粉料經(jīng)過(guò)沸騰翻滾逐漸形成較大顆粒。流化造粒技術(shù)作為一種新的造粒技術(shù)，正在食品、醫(yī)藥、化工、種子處理、肥料生產(chǎn)等行業(yè)中得到普及推廣。
    噴動(dòng)流化床造粒過(guò)程是流化造粒與滾動(dòng)造粒相結(jié)合的一種新型造粒方法。粘結(jié)劑由噴嘴噴入床中，粉料在噴動(dòng)流化床中翻滾長(zhǎng)大，最終形成顆粒。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，設(shè)備投資小等諸多優(yōu)點(diǎn)。噴嘴的結(jié)構(gòu)是噴動(dòng)流化床造粒裝置的核心部件，選用合理的噴嘴結(jié)構(gòu)對(duì)霧化效果的提高具有重要意義。
2 噴動(dòng)流化床造粒機(jī)理
    粉料在流化氣的作用下產(chǎn)生流態(tài)化，噴動(dòng)氣將粘結(jié)劑霧化由底部中心孔噴入，粉料表面沉積一薄層粘結(jié)劑，以氣－液－固三相的界面能作為原動(dòng)力團(tuán)聚成微核。在流化氣和噴動(dòng)氣的共同作用下攪拌、混和，微核通過(guò)聚并、包層逐漸形成較大的顆粒。
    噴動(dòng)流化床是在原始流化床的基礎(chǔ)上改型得到的，結(jié)合了流化床及標(biāo)準(zhǔn)噴動(dòng)床的優(yōu)點(diǎn), 克服流化床容易起泡的缺點(diǎn)，增強(qiáng)了氣固接觸和混合，具有較高的傳熱、傳質(zhì)速率，更加適用于大顆粒的生產(chǎn)。整個(gè)造粒系統(tǒng)集混和、捏合、造粒、干燥等工序于一體，系統(tǒng)密閉，操作安全、無(wú)粉塵污染。
    采用噴動(dòng)流化床造粒，根據(jù)不同粉料特性及成品顆粒要求，可采用底部霧化或者側(cè)部霧化。
3 實(shí)驗(yàn)裝置流程
3.1 底部霧化實(shí)驗(yàn)流程
    底部霧化造粒實(shí)驗(yàn)流程如圖1 所示[4]。噴嘴霧化氣由空氣壓縮機(jī)1提供，經(jīng)氣流霧化噴嘴3將粘結(jié)劑2霧化后進(jìn)入噴動(dòng)流化床主體4底部； 空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)5，使流化床中粉料產(chǎn)生流態(tài)化；在流化氣和噴動(dòng)氣的共同作用下粉料逐漸形成較大的顆粒，通過(guò)出料口卸料。
              
                  
3.2 側(cè)部霧化實(shí)驗(yàn)流程
    側(cè)部霧化造粒實(shí)驗(yàn)流程如圖2 所示。霧化氣體由噴動(dòng)流化床主體側(cè)部旋流噴入，操作過(guò)程與底部霧化造粒實(shí)驗(yàn)流程基本相同。
4 氣流霧化器－噴嘴
    噴動(dòng)流化床造粒裝置中能否將粘結(jié)劑均勻霧化成細(xì)小液滴，提供良好相間接觸面積，氣流霧化是重要的單元操作。氣流霧化噴嘴結(jié)構(gòu)如圖3所示。    
                        
    噴嘴主要設(shè)計(jì)參數(shù)依據(jù)如下：
   （1）空氣噴射壓力。噴射壓力越大，噴霧錐角越大，反之相反。實(shí)驗(yàn)觀察到，隨著實(shí)驗(yàn)壓力的增加，噴霧的液核越細(xì)小，粘結(jié)劑的霧化效果越好，一般取0.2～0.5MPa。
   （2）噴嘴噴孔直徑（d）。當(dāng)空氣壓力一定時(shí)，噴孔直徑越小，霧化形成的微粒子粒徑越小，噴霧的液核就越細(xì)。一般取1～2 mm。
   （3）噴嘴的噴孔長(zhǎng)徑比（L/d）。L/d =2時(shí)，霧化效果較好。從實(shí)驗(yàn)觀察可見(jiàn)，隨L/d變小，霧化效果更好。
    （4）噴嘴的入口角度（α）。=60，可觀察到煙霧狀細(xì)霧，液核區(qū)霧滴較細(xì)。
    （5）噴嘴的出口擴(kuò)散角（β）。如果出口擴(kuò)散角過(guò)小，在噴射過(guò)程中將產(chǎn)生一定的附壁現(xiàn)象（噴嘴出口容易堵塞），對(duì)噴射有一定的擾動(dòng)，因而射流的不穩(wěn)定性增加，操作困難。
5 小結(jié)
    本文研制的氣流霧化噴嘴，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、零部件少，經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。已在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用，效果良好?？捎糜趪妱?dòng)流化床造粒裝置中，為噴動(dòng)流化造粒裝置的推廣應(yīng)用發(fā)揮重要作用。