5.压力雾化器的计算 1)通过喷嘴流量 Q?C0A02?P?(m3/s)C0??喷嘴的流量系数,与喷嘴的结构系数有关.。一般为0.35?0.55或用公式计算Kt??r0R2A1A0??喷嘴口的截面积,m2?P??喷嘴进口处溶液的压力与出口处容器的压力之差,Pa
???料液密度,Kg/m3r0??喷嘴直径,mR2??旋转室半径?1/2切线导管宽度A1??切线进口管截面积2)喷雾液滴直径
喷雾液滴直径大小可用下列经验公式计算:
d平均?1.13(d0?4.32)ed0??喷嘴孔径[mm](3.96?1?0.0308?T)[?m]式中:d平均——雾滴的平均直径[?m]?1—液体通过喷嘴的流速(m/s)?1?v1(m/s)20.785?d03 v1??液体流量(m/s)
A.n???旋转槽与水平线的倾角n??旋槽数?T??液体入旋流室的切线速度(m/s)Vcos??T?1A??旋转槽的截面积(mm2)雾滴和颗粒的形状和大小都是各不相同的,其变化直接影响到产品质量。如颜色、容重、溶解度、扩散性等物理性,通常用平均直径表示。 3)压力喷雾用高压泵所需功率:
N=V1ρ1H/102η [kw] 式中: V1----料液流量 m3/s
H----总压头 m液柱 η---泵效率 一般为:0.7-0.8 ρ1---料液密度(m/s)
4.特点 优点:
1)结构简单,操作时无噪音,制造成本低,维修方便,动力消耗较小。
2)改变了喷嘴的内部结构,容易得到所需要的喷矩形状。
3)大规模生产时可以采用多喷嘴喷雾。采用多喷嘴时,必须注意喷头分布的距离,相邻喷嘴距离过近,导致粒度不均。 4)适于逆流操作。 5)产品粒度粗大。 缺点:
1)生产过程中流量无法调节。喷嘴的喷雾量取决于喷嘴出口孔径和操作压力,而操作压力的改变会影响产品粒度,因此,即使在喷嘴前的管道中装有调节阀也无法达到目的。当阀门关小时,压力显著降低,喷雾的分散度受到影响。要调节流量,必须更换不同孔径的喷嘴。操作弹性很小。 2)喷孔在1mm以下的喷嘴,易堵塞。
3)不适宜用于黏度高的胶状料液及有固相分界面的悬浮液的喷雾。 4)喷嘴易磨损,需经常调换。 (二)离心式喷雾器
离心式喷雾器液是一种应用较广泛的喷雾器,它使将料液送到高速旋转的转盘上,由于离心力的作用,料液被甩成薄膜,由喷雾盘的边缘甩出同时受空气的摩擦以及本身表面张力作用而成雾滴。 1、 离心喷雾盘的结构
周边有喷嘴、叶片、沟槽。
离心喷雾盘的型式很多。常见的有喷枪式和圆盘式两大类。 喷雾器型式的选择主要取决于被干燥物料的性质,如粘度较小的料液可采用喷枪式和多叶片式,对粘度大的料液可采用光滑盘,如碟式。 较优良的离心盘的条件:
(1)润湿周边长,表面光滑; (2)能使溶液达到高转速; (3)喷雾均匀;
(4)离心盘本身结构要求坚固、质轻、结构简单、无死角、易拆洗、应有较大的生产能力。 碟式、碗式、僧帽式表面平滑,有较长的润湿周边,使溶液形成扁平的薄膜,有利于雾化,结构也较简单;但缺点是:表面平滑,溶液在盘内产生较大的滑动,使之不能得到较高的喷雾速度。另外,碟式离心盘在加料时,易发生液滴飞溅。碗式离心盘上的铆钉易脱落,造成危险。
为了防止上述各缺点 ,在设计中有许多改进,如防止滑动就设计成沟槽式,叶板式以及喷枪式等离心盘。沟槽式离心盘虽然可以保证溶液能达到离心盘的转速,但喷射出来的溶液呈现单独的细流,液膜较厚,雾化不均匀。液滴分散度较小,成品颗粒粗,若喷出孔改小,遇有污垢有堵塞的可能。喷枪式离心盘较沟槽式离心盘又有了改进,但若要提高处理量,则要增加喷枪数,才可能使液膜减薄,调节不方便。目前这类设备多用于中小型工厂。叶板式离心盘具有较好的润湿周边,当溶液在离心盘的中心较近的地方,运动速度不大。因此滑动不大。在离心盘的中心较远的地方,适当增加一些叶板,就可以在同样大小的离心盘和在同样的旋转速度下,增加润湿表面的周边,溶液薄膜沿叶板的垂直面移动。因此,可以在不改变离心盘的直径而增加 叶板的高度来提高生产率,并能得到相同的喷雾分散度和喷矩直径。可见叶板式离心盘结构较合理。其缺点就是需消耗较多的循环空气的功率。
多层式离心盘:可在喷距直径较小的情况下,得到较高的生产率;由于圆盘直径不大,易于取得较高的转速;多层式离心盘还可作两种以上的料液同时进行喷雾而混合。
工业用离心盘的直径通常为160-500mm,转速约为3000-20000转/分,直至高达20000以上。相应的圆盘圆周速度为75-170m/s。为了达到产品均匀、分散以及小喷矩等的要求,在设计离心喷雾盘时,其圆周速度最小不低于60m/s。因为实践证明,如果圆周速度小不60m/s,得到的雾滴不均匀,盘近处液滴细小,远处粗液滴。
2、 离心喷雾的雾化机理
离心喷雾是利用在水平方向作高速旋转的圆盘给予溶液以离心力,使其以高速甩出,形成薄膜,由喷雾盘的边缘甩出同时受空气的摩擦以及本身表面张力作用而成细丝或液滴。
从离心盘甩出的液体被分散为液滴的现象,受下列因素的支配: 1)液体的粘度,表面张力;
2)液体在离心盘边缘的惯性力(离心力); 3)液体甩出点周围空气的摩擦力;
当离心盘转速很低并且液量很小时,则粘度和表面张力起决定因素。此时雾化机理为物性控制。当离心盘的转速越来越高,液量也越来越大时,则离心力和摩擦力起决定因素,此时雾化机理液就从物性控制过渡到离心力和摩擦控制,成为速度雾化机理。
在工业生产条件下,大多采用高速转盘和大流量下操作,所以雾化主要是速度雾化。高粘度液体的雾化也强调速度雾化。速度雾化所得喷雾具有很宽的滴径分布,为了提高喷雾的均匀性,可在低液量的情况下,提高转盘的速度。在喷雾干燥的操作条件下,想利用调节料液粘度和表面张力来获得均匀的液滴是不可能的。因此料液量一定时,为了保证液滴的均匀性,必须注意以下几点:
①离心盘必须无震动运转;
②转盘速度要高;
③转盘上的叶片的沟槽表面必须平滑;
④转盘上叶片表面完全为料液所润湿; ⑤进料量要稳定而且均匀
总之,液滴大小和喷雾的均匀性,与物料的性质、处理量、盘的结构、转速等有密切关系。 3.离心喷雾器的特性
(1) 喷雾角:液体离开转盘的速度与圆周速度的夹角叫喷射角。
生产实际中一般为5°- 6°(因为液体在盘上的径向速度比圆周速度小的多)。雾化器的雾化程度取决于液体释出速度u。
由图可知:u=(ut2+ur2)1/2 θ=tg-1ur/ut
液体离心盘边缘的径向速度ur与转盘的型式、尺寸、转速、进料量以及流体物理性质有关,可用下式计算:
对于光滑盘:ur=0.0377(pn2Q2/D.u)1/3[m/s]
p----物料密度 kg/m3 n----转盘的转数 转/min Q----盘上物料量 m3/min D----盘直径 m u----物料的粘度 厘泊
。
对于带喷嘴盘:ur=(w0.8R0.4/A0.4)(1-0.35/A095w0.42R1.34)0.4 [m/s]
w----盘的角速度 弧度/秒 R----转盘半径 米
A----系数 考虑摩擦关系的一个系数是一变量 A=0.09r0.35v0.25/(Q/z)0.8 r---喷嘴半径
v---物料运动粘度 Q----物料量 z----喷嘴个数
根据A的值,计算出径向速度一般为:0.3-0.85倍的圆周速度,即(0.3-0.85)wR.
对于具有浅槽或叶片的离心盘:
ur=0.885(p.π2n2D2Q2/uZ2h2)1/3 [m/s] 式中:p---液体密度 kg/m3
n---- 盘的转速 转/s D---- 盘的直径 m Q--- 料液量 m3/s u----料液粘度 帕.秒 Z-----叶片板
h----- 浅槽深度 m
盘的切线速度与盘的结构型式及转速有关。对于具有浅槽式或叶片式的转盘,由于浅槽和叶片限制液体的滑动,所以切线速度就等于盘缘的圆周速度。即:
ut=π.D.n=wR [m/s]
对于光滑盘,由于物料在盘上产生滑动,则切向速度小于圆周速度,所以合速度小,雾化不好。工业上采用带叶片或沟槽的盘以防止滑动,关于光滑盘的切向速度计算,由弗雷泽提出判断滑动程度的数群
A=G/(πDu)
式中:G----物料流量 m3/h D----盘直径 m u-----物料粘度 厘泊
当A≧2140时 ,ut≦0.5πD.n [m/s]
A=1490 时 , ut=0.6π.D.n [m/s] A=745时, ut=0.8πD.n m/s .