噴動流化床造粒實驗研究（圖）

    1 前言
    造粒過程即將各類粉狀、塊狀、溶液或熔融狀原料制成具有一定形狀和強度的固體顆粒[1-3]。通過改變物料群體的物理性質(zhì)，達到美化外觀，減少粉塵污染，提高加工工藝性能，增強效用等目的。從工藝上說，根據(jù)原始微細顆粒團聚方式的不同可分為壓力造粒，滾動造粒，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施加外力而壓緊為密實狀態(tài)?？煞譃閮纱箢?，一類是模壓造粒法，物料裝在封閉模槽中，通過往復運動的沖頭進行模塑。另一類是擠壓造粒法，在擠壓造粒過程中，物料承受一定的剪切和混合作用，在螺旋或輥子的推動下，通過一開口?；蜾J孔而固結(jié)成型。
    滾動造粒是粘結(jié)劑滲入固態(tài)細粉末，形成微核。團聚的微核經(jīng)過多次滾動，最后成為一定大小的球形顆粒。滾動造粒設備常見的有成球盤和攪拌混和造粒機。
    噴霧造粒是借助于蒸發(fā)直接從溶液或漿體制取細小顆粒的方法。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。
    熱造粒法是通過熱量傳遞將小顆粒形成較大的實體的造粒方法。熱法團聚過程中可能起作用的團聚機理包括濃泥漿或濕細物料的干燥、熔融、高溫化學反應、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)過沸騰翻滾逐漸形成較大顆粒。流化造粒技術作為一種新的造粒技術，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。
    噴動流化床造粒過程是流化造粒與滾動造粒相結(jié)合的一種新型造粒方法。粘結(jié)劑由噴嘴噴入床中，粉料在噴動流化床中翻滾長大，最終形成顆粒。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，設備投資小等諸多優(yōu)點。噴嘴的結(jié)構(gòu)是噴動流化床造粒裝置的核心部件，選用合理的噴嘴結(jié)構(gòu)對霧化效果的提高具有重要意義。
2 噴動流化床造粒機理
    粉料在流化氣的作用下產(chǎn)生流態(tài)化，噴動氣將粘結(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力團聚成微核。在流化氣和噴動氣的共同作用下攪拌、混和，微核通過聚并、包層逐漸形成較大的顆粒。
    噴動流化床是在原始流化床的基礎上改型得到的，結(jié)合了流化床及標準噴動床的優(yōu)點, 克服流化床容易起泡的缺點，增強了氣固接觸和混合，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、無粉塵污染。
    采用噴動流化床造粒，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 實驗裝置流程
3.1 底部霧化實驗流程
    底部霧化造粒實驗流程如圖1 所示[4]。噴嘴霧化氣由空氣壓縮機1提供，經(jīng)氣流霧化噴嘴3將粘結(jié)劑2霧化后進入噴動流化床主體4底部； 空氣經(jīng)風機5，使流化床中粉料產(chǎn)生流態(tài)化；在流化氣和噴動氣的共同作用下粉料逐漸形成較大的顆粒，通過出料口卸料。
              
                  
3.2 側(cè)部霧化實驗流程
    側(cè)部霧化造粒實驗流程如圖2 所示。霧化氣體由噴動流化床主體側(cè)部旋流噴入，操作過程與底部霧化造粒實驗流程基本相同。
4 氣流霧化器－噴嘴
    噴動流化床造粒裝置中能否將粘結(jié)劑均勻霧化成細小液滴，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。    
                        
    噴嘴主要設計參數(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。實驗觀察到，隨著實驗壓力的增加，噴霧的液核越細小，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）。當空氣壓力一定時，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。一般取1～2 mm。
   （3）噴嘴的噴孔長徑比（L/d）。L/d =2時，霧化效果較好。從實驗觀察可見，隨L/d變小，霧化效果更好。
    （4）噴嘴的入口角度（α）。=60，可觀察到煙霧狀細霧，液核區(qū)霧滴較細。
    （5）噴嘴的出口擴散角（β）。如果出口擴散角過小，在噴射過程中將產(chǎn)生一定的附壁現(xiàn)象（噴嘴出口容易堵塞），對噴射有一定的擾動，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)簡單、緊湊、零部件少，經(jīng)濟實用等優(yōu)點。已在實驗中應用，效果良好。可用于噴動流化床造粒裝置中，為噴動流化造粒裝置的推廣應用發(fā)揮重要作用。