喷动流化床造粒过程实验研究

前言 　　造粒过程即将各类粉状、块状、溶液或熔融状原料制成具有一定形状和强度的固体颗粒。通过改变物料群体的物理性质，达到美化外观，减少粉尘污染，提高加工工艺性能，增强效用等目的。从工艺上说，根据原始微细颗粒团聚方式的不同可分为压力造粒，滚动造粒，喷雾造粒，热融造粒，流化造粒。 　　压力造粒法是将粉末限定在一定空间中通过施加外力而压紧为密实状态。可分为两大类，一类是模压造粒法，物料装在封闭模槽中，通过往复运动的冲头进行模塑。另一类是挤压造粒法，在挤压造粒过程中，物料承受一定的剪切和混合作用，在螺旋或辊子的推动下，通过一开口模或锐孔而固结成型。 　　滚动造粒是粘结剂渗入固态细粉末，形成微核。团聚的微核经过多次滚动，最后成为一定大小的球形颗粒。滚动造粒设备常见的有成球盘和搅拌混和造粒机。 　　喷雾造粒是借助于蒸发直接从溶液或浆体制取细小颗粒的方法。浆料被雾化器雾化，水分被热空气蒸发后，液滴内固相物聚集成干燥的微粒。 　　热造粒法是通过热量传递将小颗粒形成较大的实体的造粒方法。热法团聚过程中可能起作用的团聚机理包括浓泥浆或湿细物料的干燥、熔融、高温化学反应、熔融物或浓泥浆冷却固化或结晶。根据热传递的方式不同可将热法造粒分为烧结、热硬化、造球、以及干燥固化等处理方法。 　　流化造粒是利用热空气将物料流化，再把雾化后的粘结剂喷入床层中，粉料经过沸腾翻滚逐渐形成较大颗粒。流化造粒技术作为一种新的造粒技术，正在食品、医药、化工、种子处理、肥料生产等行业中得到普及推广。 　　喷动流化床造粒过程是流化造粒与滚动造粒相结合的一种新型造粒方法。粘结剂由喷嘴喷入床中，粉料在喷动流化床中翻滚长大，最终形成颗粒。该装置具有结构简单，操作方便，设备投资小等诸多优点。喷嘴的结构是喷动流化床造粒装置的核心部件，选用合理的喷嘴结构对雾化效果的提高具有重要意义。 　　喷动流化床造粒机理 　　粉料在流化气的作用下产生流态化，喷动气将粘结剂雾化由底部中心孔喷入，粉料表面沉积一薄层粘结剂，以气－液－固三相的界面能作为原动力团聚成微核。在流化气和喷动气的共同作用下搅拌、混和，微核通过聚并、包层逐渐形成较大的颗粒。 　　喷动流化床是在原始流化床的基础上改型得到的，结合了流化床及标准喷动床的优点, 克服流化床容易起泡的缺点，增强了气固接触和混合，具有较高的传热、传质速率，更加适用于大颗粒的生产。整个造粒系统集混和、捏合、造粒、干燥等工序于一体，系统密闭，操作安全、无粉尘污染。 　　采用喷动流化床造粒，根据不同粉料特性及成品颗粒要求，可采用底部雾化或者侧部雾化。 　　实验装置流程 　　底部雾化实验流程 　　喷嘴雾化气由空气压缩机1提供，经气流雾化喷嘴3将粘结剂2雾化后进入喷动流化床主体4底部； 空气经风机5，使流化床中粉料产生流态化；在流化气和喷动气的共同作用下粉料逐渐形成较大的颗粒，通过出料口卸料。 　　侧部雾化实验流程 　　侧部雾化造粒实验流程如图2 所示。雾化气体由喷动流化床主体侧部旋流喷入，操作过程与底部雾化造粒实验流程基本相同。 　　气流雾化器－喷嘴 　　喷动流化床造粒装置中能否将粘结剂均匀雾化成细小液滴，提供良好相间接触面积，气流雾化是重要的单元操作。 　　喷嘴主要设计参数依据如下： 　　（1）空气喷射压力。喷射压力越大，喷雾锥角越大，反之相反。实验观察到，随着实验压力的增加，喷雾的液核越细小，粘结剂的雾化效果越好，一般取0.2～0.5MPa。 　　（2）喷嘴喷孔直径（d）。当空气压力一定时，喷孔直径越小，雾化形成的微粒子粒径越小，喷雾的液核就越细。一般取1～2 mm。 　　（3）喷嘴的喷孔长径比（L/d）。L/d =2时，雾化效果较好。从实验观察可见，随L/d变小，雾化效果更好。 　　（4）喷嘴的入口角度（α）。a=60°，可观察到烟雾状细雾，液核区雾滴较细。 　　（5）喷嘴的出口扩散角（β）。如果出口扩散角过小，在喷射过程中将产生一定的附壁现象（喷嘴出口容易堵塞），对喷射有一定的扰动，因而射流的不稳定性增加，操作困难。 　　小结 　　本文研制的气流雾化喷嘴，具有结构简单、紧凑、零部件少，经济实用等优点。已在实验中应用，效果良好。可用于喷动流化床造粒装置中，为喷动流化造粒装置的推广应用发挥重要作用。 · 行业聚焦：  　　在诸多糟渣类干燥方案中，螺旋式干燥机被普遍认为是一种较为理想的解决方案，但是由于受机构限制，单台装置的处理量还不够理想。 　　多级螺旋式干燥机是根据我国糟渣类物料处理的目的和目标，结合目前处理厂的规模所排出的糟渣量，在原螺旋式干燥机的基础上，开发出的一种新型干燥装置，整套装置移植了螺旋式干燥机干燥糟渣类物料的成熟技术，另配套热泵热能回收技术，多效蒸发节能技术，通过多层结构将三种技术结合在一起，同时实现了螺旋式干燥机的大型化制造。是一种可以大量处理物料的干燥装置。 　　结构原理：多级螺旋式干燥机每一层可以认为是空心桨国内干燥设备企业没有一个技术人员，设备生产过程中甚至没有图纸，仅凭机械加工人员的估算和经验来生产价值几十万、上百万元的设备———这种现象在干燥设备行业并不鲜见。专家提醒，提高管理和技术水平是该行业头等大事。 　　随着中国经济的迅速发展，干燥设备生产企业如雨后春笋般蓬勃发展，干燥设备在中国市场也逐步占据了一定的地位。据统计，目前国内干燥设备生产企业达500 余家，年市场需求量超过30亿元。但多数干燥设备生产企业技术水平不高，有的甚至没有技术可言。一批投资少、技术含量低的“杂我国传统的名贵海产品加工制品，如干贝海参鱼翅海米等，几乎都是采用干制的方法加工而成的。研究表明，采用传统的自然风干或人工热风干燥加工上述海产品时，水溶性及热敏性等营养活性物质有一定损失，同时，制品的体积缩小严重，复水较难，还易出现表面结壳龟裂，脂肪氧化，导致产品表面变色等质量缺陷，影响了制品质量的均一性和耐藏性。如果采用真空冷冻干燥设备技术代替传统方法来加工海珍品，将会有效克服上述不足，不仅可以保证制成品品质的均一性，还可改善其外观和内在品质，提高经济效益。 　　真空冷冻干燥设备技术可以明显提高制品的质量和档次，但在水产品目前我国制药设备行业企业已达800余家，年产值约150亿元，我国已成为名副其实的制药设备生产大国。但与生产大国地位不相匹配的是，目前中国还不是制药设备生产强国。产品创新能力不强，行业整体生产工艺水平不高，制药设备企业低价、低水平竞争影响到出口信誉等等，拖住了我国向制药设备强国前进的步伐。 　　如何从量的积累实现向质的转变，如何实现从制药设备大国向制药设备强国的跨越，是困扰产业进一步发展的难题，更是亟待业内外人士共同破解的课题。 　　行业现状 　　从历史上看，我国制药设备工业虽然起步较早，但底子薄，发展速度缓慢。直到1978年，生产制药设备的厂%，产品档次普遍偏低、雷同。但如今，高科技含量产品正在催生干燥设备制造业骨干企业的涌现。这很可能是该领域摆脱恶性价格竞争，改变企业规模小而分散的现状，进行行业自然整合的信号。通过技术竞争，走强强联合、优胜劣汰的道路，培育出业内实力雄厚的领袖型企业，也许指日可待了。 　　此外，技术进步还将扭转目前国内干燥设备的出口局面。目前我国干燥设备尚未形成出口规模，出口量还不及总量的5%，且主要销往东南亚。但据权威预测，随着技术发展，未来几年内我国出口干燥设备占总产量的比例将由5%提升至10%，外销市场也将由东南亚拓展到欧美。国内大型干燥设备制造与国际水平存在较大差距的局面由此可望改善。

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