以下简要介绍了喷雾干燥机。
^、喷雾干燥过程
喷雾干燥机是类的对流干燥器中的一个，在其中蒸发的溶剂（通常为水）的能量被转移到通过从干燥气体的热传导的材料被干燥。进行干燥，通过紧密地混合的汽化液体的干燥气体，低相对湿度的蒸发可以或蒸发的挥发相的液体的雾气。出来的干燥气体的空气，惰性气体或烟雾的可用在问题。表示一种特殊形式的Dampfsprühtrockner，其中，所述溶剂被蒸发的能量源。喷雾干燥器是一个短的时间内干燥机。干燥发生在第二标尺。
第二、喷雾
为了加快干燥，液体被破碎成非常小的液滴由Zerstäubungsaggregat。
示例：
用直径为20微米和300的总表面积的1公斤的球的密度为1000 kg/m3由雾化的液体具有的表面积为4.8×10-2平方米产生约2.4×1011^小珠平方米！
通过这个巨大的扩大的液体，这也代表的热交换表面，从在干燥运行，即使有小的温度差，以秒为单位的特定表面。这也是必要的，因为要干燥的材料，当它击中的干衣机的壁可能不沾。
的液滴的大小取决于以下参数：
液体性能的粘度，表面张力和密度，
Zerstäubungsaggregat选定的和它的参数
当粘度也动态粘度行为是至关重要的，强烈剪在Zerstäubungsaggregaten的液体：
线性牛顿流体（大部分的解决方案属于这个组）
在剪切下的假塑性流体粘度增加（如淀粉悬浮液）
剪切力作用下粘度液体（例如陶瓷悬浮液与冷凝器）
有下列Zerstäubungsaggregate：
流体喷嘴，空心锥形喷嘴，压力喷嘴
外部双组分混合，气动喷嘴
内部混合双流体喷嘴
喷雾器
超声波雾化器
2.1流体喷嘴，空心锥形喷嘴，压力喷嘴
这种类型的喷嘴的流体的雾化发生在与压印的旋流高的出口速度和加速度。因此需要一个高的流体压力为约5至约200巴，这些喷嘴。在喷嘴出口处的旋流生成的中空圆锥状的液体锥分解成具有窄的分布的均匀的液滴。
优点：
墨滴大小50至400微米（无尘的喷雾处理）
能耗低，雾化
从10巴的压力已经在狭窄的液滴分布
廉价的喷嘴设计
没有移动部件
的液滴尺寸的控制喷射压力和/或喷雾喷嘴的数目
没有移动部件（ - >防爆）
缺点
容易堵塞
在喷嘴出口的磨损
2.2双组分混合外部，气动喷嘴
由膨胀的气体，进行雾化的喷嘴之外。该液体被供给在大气压力或在稍微降低的压力，因为水喷射泵喷嘴的效果。的液体的出口速度是在1米/秒的顺序。然而，雾化，来自当地音速的出口处。它被馈送到1.5巴的压力下以5。在这种类型的喷嘴的液体侧具有根据上的流速为1至10毫米的直径，因此，堵塞不敏感。
优点：
abrasionsfrei
抗堵塞
高粘度液体（高达20,000毫帕·秒）雾化
窄的液滴尺寸分布的精细喷雾（D50为10〜80微米）
在毫无压力的液体饲料
非常良好的控制选项的液滴的大小，通过改变的的Zerstäubungsgasdrucks或液体的流速。
无移动部件（ - >防爆）
缺点
广泛的液滴大小分布为毛喷雾（D50 80-400微米）
雾化所需的压缩气体的形式。
2.3双流体内部混合
提供这种类型是被喷射的液体在喷嘴内混合，用雾化气体，并退出作为两相流。
优点
高粘度液体（高达20,000毫帕·秒）雾化
窄的液滴尺寸分布的精细喷雾（D50为10〜80微米）
降低能源消耗比外部混合
非常良好的控制选项的液滴的大小，通过改变的的Zerstäubungsgasdrucks或液体的流速。
没有移动部件
缺点
磨损
含固体颗粒的液体堵塞敏感，它可以在喷嘴干燥
宽Tropfengtrößenverteilung毛喷（D50 80到400微米）
流体必须在压力下供给
雾化所需的压缩气体的形式。
2.4。喷雾器
将雾化的液体是由于加速的液体在离心场的盘，然后射流崩解。 300米/秒的圆周上的磁盘可以实现的。
优点
高粘度液体（高达20,000毫帕·秒）雾化
窄的液滴尺寸分布的精细喷雾（D50为10〜80微米）
降低能源消耗比Innenmischdüse
良好的控制选项，通过改变墨滴的大小的Zerstäuberscheibendrehzahl和/或液体的流速。
缺点
磨损
密集保养
更昂贵的比喷气
运动部件（ - >防爆）
广泛毛喷雾（D50 80至400微米的液滴尺寸分布）
2.5。超声波雾化器
这些雾化器，液体位移通过超声波激发在自然振动，^终导致分辨率下降。的液滴尺寸分布非常窄的聚集体与上述比较。有雾化器的液体与振动器接触带和不带。后者有没有发生空化的优点是，在换能器的表面。气穴现象，已经沉积的固体上的换能器的表面。雾化在喷雾干燥中，这些没有被遍历，可以是非常昂贵的，因为单位和敏感的小流量率。
2.6。其他溅射
还有其他的溅射：
通过筛子的漏端
两个反旋转辊的关闭线程和液滴解体的
，从造粒的熔融金属及制品Abtropfverfahren申请。
第三、脱水
液滴一旦形成，它们必须有足够温暖干燥气体混合。进行混合喷雾器大教堂代后1.2至4.2的非常高的速度的下降，因为它进入干燥器。当测量的单流体喷嘴喷雾的周围的气体的质量流量中引入一个Faktor10Sprühmassenstrom。在2.5和2.6的喷雾器，较低的初始速度是一个问题
必须形成的Sprühtrocknerkopfes至该雾化器相匹配。低的进入速度的干燥气体的喷射雾化器是必需的。在光碟机的雾化器的干燥气体，然而，必须向下偏转的喷雾在高速围绕着盘馈送。否则，他会打在了墙上，引起结块。出于同样的原因，喷嘴塔建有细长比宽。
当粒子到达在干燥室的端壁，它必须是干燥的，不发粘。因此干燥室的尺寸足够大，否则，你就可以操作它的困难结块。任何后续的变化，在成分或产品的变化，你赢了多少的尺寸足够大，窑运行的可靠性。
在某些高难度产品来Feingutrückführung，辅助散热，集成的或外部的流体床机或anderere的过程中扩展应用。
第四、沉积
喷雾干燥器运行气旋和/或过滤沉积。为了实现所需的值一般残留的灰尘过滤器。频繁的产品变化的旋风过滤器或旋风洗涤器组合使用。
的过滤器的设计应该是这样的，即使有更新的产品规格，也不是一个安全的操作是可能的。
第五、辅助设备
干燥气体的移动由风扇通过植物。引入所需要的能量，以使溶剂蒸发，通过加热的干燥气体。
气候变暖类型
直接变暖的排放的燃烧器（天然气，液化石油气，石油）
直接排放，气候变暖的另一个过程，条件不高Lösemittelvorbeladung
间接加热热交换器
气体或燃油
蒸汽加热
导热油加热
电加热
的干燥气体可以被过滤，以防止污染的产物。
第六、防爆
对于灰尘和爆炸，在爆炸溶剂（在两种情况下发生的，被称为混合混合物）应配备防爆保护装置。它提供了以下保障：
避免潜在的爆炸性环境
避免点火源（没有移动部件，如果他们这样做，速度为1米/秒，地面）
建设与防震
泄压阀
防爆片
抑爆
防爆设计
用惰性气体的循环操作
周期与Selbstinertisierung
第七、控制
干燥器的控制通常是通过一过程控制系统或较小的系统，与传统的控制系统。该操作可以完全自动的。这将确保实现产品质量的一致性。在烘干机发生故障的情况下被放置在一个安全的状态。
第8能源消耗
喷雾干燥器的能量消耗被确定在一个简化的能量平衡：
Q =米* HV（XE - XA）（1）
Q蒸发千焦的能量
干品公斤的米质量
XA初始含水率的基础上干
XE^终在干燥中的水分
高压溶剂蒸发热kJ /公斤
由于喷雾是一种对流干燥器，必要的能量被提供给干燥气体的显热蒸发：
Q =毫克*中央*（TA - TE）（2）
能量转移的Q kj量
mg干气体体积公斤
中央人民政府具体的热干燥气体千焦/（千克* K）
TA的初始温度的干燥气体℃下
TE^终温度的干燥气体℃下
干燥的气体必须从环境条件下被加热到初始温度：
QG =毫克*中央*（TA - TU）
QG的干燥气体加热千焦的能量
mg干气体体积公斤
中央人民政府具体的热干燥气体千焦/（千克* K）
TA的初始温度的干燥气体℃下
TU°C干燥机的进气温度（这是考虑到使用的年平均气温）
用户感兴趣，生产每千克产品的能量消耗。这一个简化的资产负债表中，你分的Qg米，使用下列公式计算：
QG / M = HV *（XE - XA）*（TA - TU）/（TA - TE）
用一个已知的能源价格可以计算出，干燥的能量成本。
Sprühtrocknung
Hier folgt eine Kurzeinführung in die Sprühtrocknung.
Der Sprühtrocknungsprozess
Zerstäubung
Einstoffdüse
Zweistoffdüse aussenmischend
Zweistoffdüse innenmischend
Zerstäuberscheibe
Ultraschallzerstäuber
Andere Zerstäuberarten
Trocknung
Abscheidung
Nebenapparate
Explosionsschutz
Steuerung
Energieverbrauch
1. Sprühtrocknungsprozess
Der Sprühtrockner gehört zur Klasse der konvektiven Trockner, bei denen die Energie zur Verdampfung des Lösemittels (meist Wasser) durch Wärmeleitung aus dem Trocknungsgas auf das zu trocknende Gut übertragen wird. Die Trocknung erfolgt durch innige Vermischung der versprühten Flüssigkeit mit einem Trocknungsgas, dessen geringe relative Feuchte die flüchtige Phase des Flüssigkeitsnebels verdunsten oder verdampfen lässt. Als Trocknungsgas kommen ausser Luft auch Inertgase oder zur Verfügung stehende Abgase in Frage. Eine Sonderform stellt der Dampfsprühtrockner dar, bei dem der Energieträger verdampftes Lösemittel ist. Der Sprühtrockner ist ein Kurzzeittrockner. Die Trocknung läuft im Sekundenmaßstab ab.
2. Zerstäubung
Zur Beschleunigung der Trocknung wird die Flüssigkeit durch ein Zerstäubungsaggregat in sehr kleine Tröpfchen zerteilt.
Beispiel:
Aus einer Kugel von 1 kg Flüssigkeit mit einer Oberfläche von 4,8 x 10-2 m2 bei einer Dichte von 1000 kg/m3 entstehen durch die Zerstäubung etwa 2,4 x 1011 kleinste Kügelchen mit einem Durchmesser von 20 Mikrometer und einer Gesamtoberfläche von 300 m2!
Durch diese enorme Vergrösserung der spezifischen Flüssigkeitsoberfläche, die gleichzeitig die Wärmeaustauschfläche darstellt, läuft die Trocknung selbst bei kleinen Temperaturdifferenzen in Sekunden ab. Dies ist auch notwendig, da das zu trocknende Gut beim Auftreffen auf die Wand des Trockners nicht kleben bleiben darf.
Die Tropfengröße hängt von folgenden Parametern ab:
den Flüssigkeitseigenschaften Viskosität, Oberflächenspannung und Dichte,
dem gewählten Zerstäubungsaggregat und seinen Parametern
Bei der Viskosität ist auch noch das dynamische Viskositätsverhalten entscheidend, da die Flüssigkeiten in den Zerstäubungsaggregaten stark geschert werden:
lineare Newtonsche Flüssigkeit (die meisten Lösungen gehören in diese Gruppe)
strukturviskose Flüssigkeiten, unter Scherung viskositätserhöhend (Beispiel Stärkesuspension)
unter Scherung viskositätserniedrigende Flüssigkeit (Beispiel Keramiksuspension mit Verflüssiger)
Es gibt folgende Zerstäubungsaggregate:
Einstoffdüse, Hohlkegeldüse, Druckdüse
Zweistoffdüse außenmischend, pneumatische Düse
Zweistoffdüse innenmischend
Zerstäuberscheibe
Ultraschallzerstäuber
2.1 Einstoffdüse, Hohlkegeldüse, Druckdüse
Die Zerstäubung der Flüssigkeit erfolgt bei diesem Düsentyp durch Aufprägung einer Drallströmung und Beschleunigung auf hohe Austrittsgeschwindigkeit. Deshalb benötigen diese Düsen einen hohen Flüssigkeitsvordruck von ca. 5 bis über 200 bar. Die Drallströmung erzeugt am Düsenaustritt einen hohlkegelförmigen Flüssigkeitskonus, der in gleichmässige Tröpfchen mit einer engen Verteilung zerfällt.
Vorteile:
Tropfengröße 50 bis 400 Mikrometer (staubfreie Endprodukte im Sprühtrockner)
geringer Energiebedarf für Zerstäubung
enge Tropfenverteilung schon bei Drucken ab 10 bar
preiswerte Düsenkonstruktion
keine bewegten Teile
Steuerung der Tropfengröße über Sprühdruck und/oder Anzahl der Sprühdüsen
keine bewegten Teile (.-> Explosionsschutz)
Nachteile
verstopfungsanfällig
Abrasion am Düsenaustritt
2.2 Zweistoffdüse außenmischend, Pneumatische Düse
Die Zerstäubung erfolgt ausserhalb der Düse durch ein expandierendes Gas. Die Flüssigkeit wird drucklos oder bei leichtem Unterdruck wegen des Wasserstrahlpumpeneffekts der Düse zugeführt. Die Austrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit liegt in der Größenordnung von 1 m/sec. Das Zerstäubungsgas dagegen kommt am Austritt auf die lokale Schallgeschwindigkeit. Es wird mit einem Druck von 1,5 bis 5 bar zugeführt. Auf der Flüssigkeitsseite weist dieser Düsentyp einen Durchmesser je nach Durchsatz von 1 bis 10 mm auf und ist deshalb verstopfungsunempfindlich.
Vorteile:
abrasionsfrei
verstopfungsunempfindlich
Flüssigkeiten mit hoher Viskosität (bis zu 20.000 mPasec) zerstäubbar
enge Tropfengrößenverteilung bei feiner Sprühung (D50 von 10 bis 80 Mikrometer)
drucklose Flüssigkeitszuführung
sehr gute Steuerungsmöglichkeit für die Tropfengröße durch Variation des Zerstäubungsgasdrucks oder des Flüssigkeitsdurchsatzes.
keine bewegten Teile (-> Explosionsschutz)
Nachteile
breite Tropfengrößenverteilung bei grober Sprühung (D50 80 bis 400 Mikrometer)
Zerstäubungsenergie in Form von komprimiertem Gas erforderlich.
2.3 Zweistoffdüse innenmischend
Bie diesem Typ wird die zu zerstäubende Flüssigkeit im Innern der Düse mit dem Zerstäubungsgas gemischt und tritt als Zweiphasenströmung aus.
Vorteile
Flüssigkeiten mit hoher Viskosität (bis zu 20.000 mPasec) zerstäubbar
enge Tropfengrößenverteilung bei feiner Sprühung (D50 von 10 bis 80 Mikrometer)
geringerer Energiebedarf als Außenmischdüse
sehr gute Steuerungsmöglichkeit für die Tropfengröße durch Variation des Zerstäubungsgasdrucks oder des Flüssigkeitsdurchsatzes.
keine bewegten Teile
Nachteile
Abrasion
verstopfungsempfindlich bei feststoffhaltigen Flüssigkeiten, die in der Düse austrocknen können
breite Tropfengtrößenverteilung bei grober Sprühung (D50 von 80 bis 400 Mikrometer)
Flüssigkeit muß unter Druck zugeführt werden
Zerstäubungsenergie in Form von komprimiertem Gas erforderlich.
2.4. Zerstäuberscheibe
Die Zerstäubung der Flüssigkeit erfolgt durch Beschleunigung der Flüssigkeit im Fliehkraftfeld einer Scheibe und anschließendem Strahlzerfall. Am Umfang der Scheibe werden 300 m/sec erreicht.
Vorteile
Flüssigkeiten mit hoher Viskosität (bis zu 20.000 mPasec) zerstäubbar
enge Tropfengrößenverteilung bei feiner Sprühung (D50 von 10 bis 80 Mikrometer)
geringerer Energiebedarf als Innenmischdüse
gute Steuerungsmöglichkeit für die Tropfengröße durch Variation der Zerstäuberscheibendrehzahl und/oder des Flüssigkeitsdurchsatzes.
Nachteile
Abrasion
wartungsintensiv
deutlich teurer als Düsen
bewegtes Teil (-> Explosionsschutz)
breite Tropfengrößenverteilung bei grober Sprühung (D50 von 80 bis 400 Mikrometer)
2.5. Ultraschallzerstäuber
Bei diesen Zerstäubern wird die Flüssigkeit durch Ultraschallanregung in Eigenschwingungen versetzt, die letztlich zur Auflösung in Tropfen führt. Die Tropfengrößenverteilung ist im Vergleich zu den vorher genannten Aggregaten sehr eng. Es gibt Zerstäuber mit und ohne Kontakt der Flüssigkeit mit dem Schwinger. Die letzteren haben den Vorteil, dass keine Kavitation an den Schwingeroberflächen auftritt. Durch Kavitation kann der Feststoff schon auf der Schwingeroberfläche abgeschieden werden. In der Sprühtrocknung hat sich diese Zerstäubung bislang nicht durchsetzten können, weil die Aggregate bei kleinen Durchsätzen sehr teuer und empfindlich sind.
2.6. Andere Zerstäubungsverfahren
Es gibt noch andere Zerstäubungsverfahren:
Abtropfen über einen Siebboden
zwischen zwei gegenläufigen Walzen Fäden ausziehen und Tropfenzerfall
Das Abtropfverfahren wird für Metallschmelzen und beim Prillen von Produkten angewandt.
3. Trocknung
Sobald die Tropfen gebildet sind, müssen sie mit genügend warmem Trocknungsgas vermischt werden. Die Vermischung geschieht bei dei den Zerstäubern nach 2.1 bis 2.4 schon durch die hohe Geschwindigkeit der Tropfen beim Eintritt in den Trockner. Bei Einstoffdüsen ergaben Messungen des in den Sprüh eingeschleppten Massenstroms des Umgebungsgases einen Faktor10 zum Sprühmassenstrom. Bei den Zerstäubern nach 2.5 und 2.6 stellt die geringe Anfangsgeschwindigkeit ein Problem dar.
Die Ausbildung des Sprühtrocknerkopfes muss auf den Zerstäuber abgestimmt werden. Für Düsenzerstäuber ist eine geringe Eintrittsgeschwindigkeit des Trocknungsgases erforderlich. Beim Scheibenzerstäuber muss das Trocknungsgas dagegen mit hoher Geschwindigkeit um die Scheibe herum zugeführt werden, um den Sprüh nach unten abzulenken. Andernfalls würde er auf die Wandung auftreffen und dort zu Anbackungen führen. Aus dem gleichen Grund werden Düsentürme schlank und mehr hoch als breit gebaut.
Wenn die Teilchen die Wandung am Ende der Trocknungskammer erreichen, müssen sie trocken und nicht klebend sein. Deshalb soll die Trocknungskammer immer genügend groß dimensioniert werden, da man sonst im Betrieb immer Schwierigkeiten mit Anbackungen erwarten darf. Bei späteren Änderungen an der Rezeptur oder bei Produktänderungen gewinnt man durch eine genügend groß dimensionierte Trockenkammer erheblich an Betriebssicherheit.
Bei bestimmten schwierigen Produkten kommen Feingutrückführung, Zusatzkühlung, integrierte oder externe Fließbetttrockner oder anderere Verfahrenserweiterungen zur Anwendung.
4. Abscheidung
Sprühtrockner werden mit Cyclon und/oder Filterabscheidung ausgeführt. Zum Erreichen der vorgeschriebenen Reststaubwerte werden im allgemeinen Filter eingesetzt. Bei häufigen Produktwechseln kommen Cyclon-Filter oder Cyclon-Wäscherkombinationen zum Einsatz.
Die Auslegung der Filter soll so erfolgen, dass auch bei Änderung der Produktspezifikation noch ein sicherer Betrieb möglich ist.
5. Nebenaggregate
Das Trocknungsgas wird durch Ventilatoren durch die Anlage bewegt. Die notwendige Energie zur Verdampfung des Lösemittels wird durch Erwärmung des Trocknungsgases eingebracht.
Erwärmungstypen
direkte Erwärmung durch Abgase eines Brenners (Erdgas, Flüssiggas, Öl)
direkte Erwärmung durch Abgase eines anderen Prozesses, Bedingung: keine hohe Lösemittelvorbeladung
indirekte Erwärmung mit Wärmetauscher
gas- oder ölbefeuert
dampfbeheizt
wärmeträgerölbeheizt
elektrisch beheizt
Das Trocknungsgas kann gefiltert werden, um die Kontamination des hergestellten Produkts zu vermeiden.
6. Explosionsschutz
Bei staubexplosiven Produkten und bei explosiblen Lösemitteln (beim Auftreten von beiden Bedingungen spricht man von hybriden Gemischen) ist die Ausrüstung mit Explosionsschutzvorrichtungen erforderlich. Folgende Schutzmöglichkeiten gibt es:
Vermeidung explosibler Atmosphäre
Vermeidung von Zündquellen (keine bewegten Teile, wenn doch, Geschwindigkeit unter 1 m/s, Erdung)
druckstoßfeste Bauweise mit
Druckentlastungsklappen
Berstscheiben
Explosionsunterdrückung
explosionsdruckfeste Bauweise
Kreislaufbetrieb mit Inertgas
Kreislaufbetrieb mit Selbstinertisierung
7. Steuerung
Die Steuerung des Trockners erfolgt meist durch ein Prozessleitsystem oder bei kleineren Anlagen auch mit konventionellen Steuerungsanlagen. Der Betrieb kann vollautomatisch gestaltet werden. Dadurch wird eine gleichbleibende Produktqualität erzielt. Im Störungsfall wird der Trockner in einen sicheren Zustand gebracht.
8. Energieverbrauch
Der Energieverbrauch des Sprühtrockners bestimmt sich in einer vereinfachten Energiebilanz zu:
Q = m * hv * (XE - XA) (1)
mit
Q Energie zur Verdampfung kJ
m Masse Trockenprodukt kg
XA Anfangsfeuchte bezogen auf Trocken
XE Endfeuchte bezogen auf Trocken
hv Verdampfungswärme Lösungsmittel kJ/kg
Da der Sprühtrockner ein konvektiver Trockner ist, wird die notwendige Energie zur Verdampfung durch die fühlbare Wärme des Trocknungsgases zugeführt:
Q=mg * cpg * (TA - TE) (2)
mit
Q übertragene Energiemenge kJ
mg Trocknungsgasmenge kg
cpg spezifische Wärme Trocknungsgas kJ/(kg*K)
TA Anfangstemperatur des Trocknungsgases °C
TE Endtemperatur des Trocknungsgases °C
Das Trocknungsgas muss von den Umgebungsbedingungen auf die Anfangstemperatur erwärmt werden:
Qg=mg * cpg * (TA - TU)
mit
Qg Energie für die Trocknungsgaserwärmung kJ
mg Trocknungsgasmenge kg
cpg spezifische Wärme Trocknungsgas kJ/(kg*K)
TA Anfangstemperatur des Trocknungsgases °C
TU Ansaugtemperatur des Trockners °C (hier setzt man die Jahresmitteltemperatur ein)
Den Anwender interessiert der Energieverbrauch je kg hergestelltes Produkt. Diesen berechnet man in der vereinfachten Bilanz in dem man Qg durch m dividiert und die Gleichungen einsetzt:
Qg/m= hv * (XE - XA) *(TA - TU )/(TA - TE)
Bei bekanntem Energiepreis lassen sich die energetischen Trocknungskosten berechnen.