干燥設(shè)備在速溶硅酸鈉生產(chǎn)中的應(yīng)用(一)
硅酸鈉用途非常廣泛，目前市場(chǎng)上的硅酸鈉產(chǎn)品多為固體或液體。液體硅酸鈉在包裝、運(yùn)輸及貯存等各個(gè)環(huán)節(jié)都存在一些問(wèn)題;固體硅酸鈉的溶解是一個(gè)非常復(fù)雜及漫長(zhǎng)的過(guò)程，需將固體碎粒放入滾筒化料機(jī)中，用蒸汽逐步溶解，整個(gè)過(guò)程包括水合、初步溶解、水解和膠溶等復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。而且溶解固粒硅酸鈉需用4-5h，溶解的水溶液需經(jīng)沉淀或過(guò)濾除去未熔化的石英砂等雜質(zhì)制成產(chǎn)品。這些因素對(duì)硅酸鈉產(chǎn)品的使用造成了許多不便，限制了工業(yè)化的應(yīng)用，因此新型硅酸鈉產(chǎn)品的研究迫在眉睫。
1生產(chǎn)工藝流程
粉狀硅酸鈉由于具有溶解速度快的特點(diǎn)又稱為速溶硅酸鈉，國(guó)內(nèi)已有幾家生產(chǎn)此類(lèi)產(chǎn)品，它的工藝流程主要是由液體硅酸鈉過(guò)濾后調(diào)整模數(shù)，通過(guò)噴霧干燥后得到產(chǎn)品，但由于各個(gè)廠家使用的噴霧干燥形式不一樣，產(chǎn)品質(zhì)量也有差別。青海三四一九干燥設(shè)備有限公司根據(jù)多年生產(chǎn)噴霧干燥設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)及生產(chǎn)工藝的試驗(yàn)，確定了生產(chǎn)粉狀硅酸鈉的工藝流程，見(jiàn)圖1。
噴霧干燥根據(jù)霧化器形式不同分為壓力式、離心式、氣流式等幾種干燥形式。
離心式霧化是以高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力把料液水平甩出，料液在氣流和重力作用下近似拋物線形，下落時(shí)同時(shí)被干燥，產(chǎn)品為大小均勻有孔、呈球狀的微粒。
壓力式霧化以供料泵產(chǎn)生的壓力為主要霧化動(dòng)力，由壓力能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能，干燥后的產(chǎn)品呈微粒狀，一般平均粒度可以達(dá)到100目以下，產(chǎn)品有良好的流動(dòng)性。
氣流式以高速氣流產(chǎn)生的動(dòng)能為主要霧化動(dòng)力，依靠霧化器出口處氣流與料液的速度差將料液分散，產(chǎn)品為細(xì)粉狀。
筆者分別應(yīng)用此3種形式的噴霧干燥設(shè)備干燥液體硅酸鈉，由于速溶硅酸鈉的主要技術(shù)指標(biāo)是溶解速度，所以對(duì)干燥后的粉狀硅酸鈉產(chǎn)品的溶解性進(jìn)行了溶解試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。
通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查顯示，許多行業(yè)都要求粉狀硅酸鈉的粒度小于200目，因此，筆者選擇噴霧干燥形式為離心式噴霧干燥。但液體硅酸鈉具有較高的粘度，干燥過(guò)程中極易粘壁，在很大程度上抑制了產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量。
2解決方案
由于液態(tài)硅酸鈉的特性，在使用噴霧干燥設(shè)備進(jìn)行干燥時(shí)，出現(xiàn)了粘壁現(xiàn)象，導(dǎo)致部分物料水分超標(biāo)，產(chǎn)品不合格，或產(chǎn)品中出現(xiàn)塊狀物料，還要進(jìn)一步粉碎和篩分。
針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，筆者對(duì)常規(guī)的干燥設(shè)備做了一些調(diào)整及改造。
2.1噴霧干燥塔塔徑
在設(shè)計(jì)離心式噴霧干燥塔塔徑時(shí)需要參考的數(shù)據(jù)是離心霧化器的噴距，可采用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
(R99)0.9=3.46D0.3G0.25N-0.16
式中：D為圓盤(pán)直徑，m；G為供料速度，kg/h；N為圓盤(pán)轉(zhuǎn)速，r/min。
實(shí)際噴距與理論值不能吻合，主要原因在于霧滴在噴出后因水分迅速蒸發(fā)而使霧滴密度減小，因此飛行距離也會(huì)減?。桓稍镬F滴的直徑收縮或因崩裂而減??；干燥器內(nèi)受熱風(fēng)流動(dòng)的影響，霧滴的飛行受到影響，一般認(rèn)為實(shí)際噴距要比理論噴距計(jì)算值減小約15%，因此在決定干燥器直徑時(shí)，近似為2R99是可以滿足要求的。
干燥設(shè)備在速溶硅酸鈉生產(chǎn)中的應(yīng)用(二)
2.2 離心霧化器
離心霧化器的工作機(jī)理是當(dāng)向一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的分散盤(pán)上注入液體時(shí)，液體受離心力和重力作用，在這兩種力的作用下得到加速分裂霧化，同時(shí)在液體和周?chē)諝獾慕佑|面處，由于存在摩擦力也促使形成霧滴。
霧化器是噴霧干燥的核心部件，它的性能好壞對(duì)噴霧干燥起決定性作用。試驗(yàn)初期選用了機(jī)械齒輪霧化器，連續(xù)運(yùn)行了10天后，粘壁現(xiàn)象已十分嚴(yán)重，無(wú)法繼續(xù)生產(chǎn)，后來(lái)改用高速電動(dòng)霧化器，情況得到緩解，生產(chǎn)一段時(shí)間后又出現(xiàn)干燥塔內(nèi)壁一側(cè)粘壁，而另一側(cè)未粘壁的現(xiàn)象，筆者分析研究后發(fā)現(xiàn)霧化器的料液噴灑盤(pán)結(jié)構(gòu)不完善，料液從一側(cè)進(jìn)入霧化器，尚未均勻分配就已在高速離心力的驅(qū)動(dòng)下被甩出霧化器，料液分布不均，從而造成干燥塔一側(cè)粘壁，筆者將噴灑盤(pán)的結(jié)構(gòu)略加更改后解決了這一問(wèn)題，更改后的噴灑盤(pán)結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖2。
2.3熱風(fēng)分配器
熱風(fēng)分配器的主要功能是將熱空氣等干燥介質(zhì)引入干燥塔內(nèi)，與被干燥霧滴充分均勻混合，達(dá)到較高的傳熱傳質(zhì)效率;最大限度地減少或避免物料的粘壁、粘頂或焦化現(xiàn)象的發(fā)生。因離心式噴霧干燥器只有一個(gè)霧化器，安裝在干燥室頂部中心處，所以熱風(fēng)總是從上部中心處進(jìn)入干燥室，這樣可以更好地使氣流分布均勻，減少粘壁。見(jiàn)圖3。
它的外形似同蝸殼，內(nèi)緣為圓形，離心霧化器安裝在中間，在錐體的內(nèi)外側(cè)各設(shè)有許多導(dǎo)風(fēng)板，導(dǎo)風(fēng)板的作用在于控制熱風(fēng)的方向，使霧滴與熱風(fēng)的混合達(dá)到設(shè)計(jì)并防止物料粘壁現(xiàn)象發(fā)生，保證干燥塔能達(dá)到良好的操作狀態(tài)。
3物料的終含水率
速溶硅酸鈉的溶解速度是用戶非常關(guān)心的問(wèn)題，在研制生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，速溶硅酸鈉的溶解速度不僅與物料的模數(shù)有關(guān)，還與干燥后產(chǎn)品的終水含率有密切關(guān)系，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制干燥溫度，以達(dá)到合格的終含水率。速溶硅酸鈉的具體指標(biāo)見(jiàn)表2。
干燥是速溶硅酸鈉生產(chǎn)中的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。硅酸鈉產(chǎn)品的質(zhì)量及特性與干燥環(huán)節(jié)有著密切的關(guān)系，對(duì)于這種產(chǎn)品的干燥方式易采用離心式干燥通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)筆者總結(jié)出如下幾點(diǎn)：
①干燥器直徑應(yīng)取為2R99；
②合理設(shè)計(jì)離心霧化器，噴灑盤(pán)的噴孔應(yīng)均勻避免料液分布不均；
③熱風(fēng)分配器應(yīng)安裝在干燥室頂部中心處，使熱風(fēng)氣流分布均勻。
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