Распылительная сушка широко применяется для формирования частиц и промышленной сушки. Она преобразует жидкое сырьё, например растворы, эмульсии и перекачиваемые суспензии, в твёрдые продукты в виде порошков, гранул или агломератов.
Традиционные башни распылительной сушки обычно работают по прямоточной схеме: горячий воздух поступает сверху, а отработанный выходит снизу. Однако такая система имеет ряд ограничений. Во-первых, время пребывания горячего воздуха в башне относительно невелико, поэтому значительная часть тепла выводится до его полного использования, что приводит к существенным потерям энергии. Во-вторых, традиционным системам сложно получать беспылевые гранулированные материалы, соответствующие строгим требованиям по контролю пылеобразования.
Поэтому традиционные системы распылительной сушки лучше подходят для применений, в которых точный контроль распределения частиц высушенного продукта по размерам не является критичным. Получаемые материалы часто характеризуются широким гранулометрическим распределением, значительным разбросом размеров частиц и заметным содержанием мелкой пыли в готовом продукте.
Эти ограничения снижают пригодность традиционных систем для применений, требующих однородных размеров частиц в узком диапазоне и высокой чистоты продукта при минимальном загрязнении пылью. Для выполнения этих возрастающих требований традиционные системы распылительной сушки с верхним входом и нижним выходом нуждаются в дальнейшей оптимизации.
По мере развития химической промышленности растут спрос на гранулированные продукты и требования к их качеству. В пищевой промышленности потребители уделяют больше внимания вкусу, качеству и сохранению питательных веществ. Рост и старение населения мира также увеличивают потребность в фармацевтической продукции, повышая требования к сушильному оборудованию. Одновременно ужесточение экологических норм побуждает производителей улучшать экологические показатели производственных процессов.
Сегодня заказчики ожидают от оборудования для распылительной сушки снижения энергопотребления, повышения эффективности и уменьшения содержания пыли в выбросах. Инновационные технологии и оборудование, отвечающие этим требованиям, необходимы для сохранения конкурентоспособности на рынке.
Технологические инновации и разработка продукта
Опираясь на обширный промышленный опыт, накопленные технические знания и постоянные инвестиции в исследования и разработки, компания Jiangsu Longxin на протяжении нескольких лет разрабатывала новое решение — распылительную сушилку DPG с псевдоожиженным слоем. Технология воплощена в новом продукте и связана с патентной заявкой № 202422015805.5.
Распылительная сушилка с псевдоожиженным слоем объединяет технологии сушки в псевдоожиженном слое и распылительной сушки, позволяя эффективнее контролировать форму и размер частиц.
Система оснащена усовершенствованным встроенным псевдоожиженным слоем и оптимизированной распределительной решёткой. Более широкий регулируемый диапазон скорости псевдоожижающего воздуха повышает эффективность псевдоожижения материала и роста частиц, обеспечивая более однородное распределение по размерам, высокую сферичность, улучшенные сыпучесть и растворимость. Это помогает выполнять строгие отраслевые требования к качеству гранул и расширяет возможности применения оборудования в высокотехнологичном производстве.
Дальнейшая конструктивная оптимизация, включая улучшение геометрии и размеров сушильной камеры и системы распределения горячего воздуха, способствует более равномерному контакту воздуха с материалом. Разработка и применение усовершенствованных распылителей также ускоряют сушку и повышают производительность, помогая выполнять требования крупномасштабного производства.
В дальнейшем возможно внедрение дополнительных функций, включая контроль в потоке, автоматическую очистку и интеллектуальное управление. Эти возможности могут повысить автоматизацию работы оборудования, стабильность и надёжность процесса, снизить трудозатраты и количество ошибок и улучшить управление производством и конкурентоспособность в целом.
Технологический процесс распылительной сушки с псевдоожиженным слоем
Распылительная сушилка с псевдоожиженным слоем заменяет традиционную прямоточную схему с верхним входом и нижним выходом смешанным потоком, при котором вход горячего воздуха и выход отработанного воздуха расположены в верхней части.
Новая система включает встроенный псевдоожиженный слой внутри башни распылительной сушки и систему возврата мелких частиц для агломерации и грануляции. Она может направлять мелкие частицы в верхнюю часть башни для агломерации или возвращать их в нижнюю часть, где они сталкиваются и агломерируются с каплями из специально разработанных форсунок высокого давления.
1. Подготовка сырья
Сырьё предварительно обрабатывают смешиванием, растворением, составлением смесей или другими подходящими способами для получения жидкости, пригодной для распыления. Подготовленное сырьё затем по трубопроводам поступает в систему подачи сушилки.
2. Нагрев воздуха
Воздух проходит через нагреватель и нагревается до требуемой температуры. Нагретый воздух поступает снизу в псевдоожиженный слой и проходит через распределительную решётку, контактируя с материалом и псевдоожижая частицы. Это создаёт тепловые условия и воздушный поток, необходимые для последующих сушки и грануляции.
3. Распыление суспензии
Жидкое сырьё подаётся под давлением, создаваемым, например, мембранным насосом, через форсунки в сушильную башню. Энергия давления преобразуется в кинетическую энергию, выталкивая суспензию вверх через форсунки и образуя высокоскоростную жидкую плёнку, которая затем распадается на мелкие капли.
Размер капель обычно уменьшается с ростом давления распыления, а пропускная способность форсунки при соответствующих условиях работы возрастает приблизительно пропорционально квадрату давления.
4. Сушка капель и формирование сферических частиц
Распылённые капли взаимодействуют с горячим воздухом в сушильной башне по схеме смешанного потока. Горячий воздух поступает через распределитель в крыше башни и формирует нисходящий поток, а капли распыляются вверх навстречу этому потоку.
Благодаря большой площади поверхности капель влага быстро испаряется под действием горячего воздуха. Поверхностное натяжение помогает каплям сохранять сферическую форму при уменьшении их размера во время сушки, в результате чего образуются сухие сферические гранулы.
Гранулы постепенно оседают внутри башни и отделяются от горячего воздуха.
5. Грануляция в псевдоожиженном слое
Мелкие частицы, увлекаемые вверх горячим воздухом из псевдоожиженного слоя, контактируют с опускающимися влажными твёрдыми частицами в зоне распыления и грануляции. За счёт нанесения покрытия, связывания и агломерации размер частиц постепенно увеличивается.
Маточный раствор или связующее также могут подаваться к распылительным форсункам насосами высокого давления или другим нагнетательным оборудованием. После распыления жидкость покрывает поверхность псевдоожиженных частиц или способствует их связыванию.
Повторяющиеся псевдоожижение, нанесение покрытия и сушка обеспечивают рост гранул до требуемого размера.
6. Выгрузка и сбор гранул
Гранулы, достигшие требуемого размера, выгружаются через выход псевдоожиженного слоя и направляются в систему сбора готового продукта.
Более мелкие частицы вместе с сушильным воздухом подаются в систему пылеулавливания вытяжным вентилятором, подключённым к верхней воронкообразной части башни.
7. Пылеулавливание и очистка отходящих газов
Система пылеулавливания состоит из высокоэффективных циклонных сепараторов, рукавных фильтров, центробежных вентиляторов и других компонентов.
Вытяжной вентилятор направляет воздух с мелкими частицами в высокоэффективный циклонный сепаратор, где основная часть частиц отделяется и собирается в ёмкости внизу сепаратора.
Оставшийся отходящий газ, содержащий небольшое количество ультратонких частиц, проходит через рукавный фильтр для дополнительного удаления и сбора пыли. Такая обработка снижает выбросы частиц перед выпуском очищенного газа через вытяжную трубу.
8. Мониторинг и управление системой
Шкаф электрического управления совместно с датчиками, установленными на входе воздуха, выходе продукта и в других ключевых точках, контролирует основные стадии сушки и управляет ими.
Такие параметры, как температура, давление, скорость воздушного потока и расход материала, контролируются и регулируются для поддержания стабильной работы оборудования и постоянного качества продукта.
Схема трубопроводов и КИПиА (P&ID) распылительной сушилки с псевдоожиженным слоем
Эксплуатационные преимущества распылительной сушилки с псевдоожиженным слоем
1. Качество продукта
Хорошая морфология частиц: система формирует гранулы с однородным распределением по размерам и высокой сферичностью, обеспечивая хорошие сыпучесть, растворимость и диспергируемость. Эти свойства могут улучшать характеристики продукта, например в пищевой и фармацевтической промышленности, где важны растворимость и диспергируемость.
Высокая чистота продукта: быстрое испарение влаги способствует получению высококачественных продуктов со стабильными свойствами. Система разработана для выполнения строгих требований к качеству и стабильности продукта в разных отраслях.
2. Производительность
Быстрая сушка: при распылении образуется большое количество мелких капель, существенно увеличивающих площадь поверхности для тепло- и массообмена. Влага может испаряться за время от нескольких секунд до десятков секунд, значительно повышая производительность. Небольшое время сушки особенно полезно для термочувствительных материалов: при правильно выбранных условиях оно помогает уменьшать термическое разложение и сохранять активные компоненты и питательные вещества.
Непрерывное производство: оборудование рассчитано на стабильную работу и автоматизированное управление, поддерживая непрерывное крупномасштабное промышленное производство. Регулируя тип форсунки, давление, расход сырья, температуру сушки и скорость воздуха, операторы могут управлять процессом и поддерживать стабильное качество продукта. Автоматизация также снижает объём ручной работы и трудозатраты и повышает производительность и экономическую эффективность.
Одностадийная грануляция: сушка и грануляция объединены в один процесс, непосредственно превращающий жидкое сырьё в гранулированный продукт. Это может исключить последующие измельчение и просеивание, упростить производство, уменьшить занимаемую оборудованием площадь и капитальные затраты, а также минимизировать образование пыли и потери материала при дополнительных стадиях обработки.
3. Универсальность по сырью
Широкая совместимость с материалами: система может перерабатывать растворы, суспензии, эмульсии и другое жидкое сырьё. Её можно адаптировать к материалам с разными свойствами, включая термочувствительные, высоковязкие и сильно гигроскопичные материалы, для применения в химической, пищевой, фармацевтической, керамической и других отраслях.
Пригодность для сырья с высокой влажностью: оборудование может непрерывно перерабатывать материалы с высоким исходным содержанием влаги. В зависимости от свойств материала и требований процесса отдельные виды сырья можно перерабатывать непосредственно, без отдельной предварительной сушки, что упрощает процесс и снижает эксплуатационные затраты.
4. Энергоэффективность и экологические показатели
Повышение эффективности использования энергии: процесс сушки может протекать при относительно низкой температуре отработанного воздуха. По сравнению с некоторыми традиционными схемами это может уменьшать теплопотери, повышать использование тепла и снижать энергопотребление и производственные затраты.
Низкие выбросы пыли: оборудование оснащено эффективной системой пылеулавливания, включая циклонные сепараторы и рукавные фильтры, для отделения и улавливания мелких частиц из отходящих газов. Это помогает снижать выбросы частиц и выполнять применимые экологические требования.
5. Эксплуатация и обслуживание
Простота эксплуатации: оборудование разработано для удобной работы и может сочетать полностью автоматическое и ручное управление через интерфейс, например большой цветной сенсорный экран. Операторы могут изменять настройки в соответствии с производственными требованиями и отслеживать состояние оборудования в реальном времени для поддержания стабильной работы.
Удобство обслуживания: практичная конструкция облегчает разборку и очистку основных узлов, упрощая регулярное обслуживание и ремонт. Это может снижать затраты на обслуживание и простои и продлевать срок службы оборудования.
Применение распылительной сушилки с псевдоожиженным слоем
1. Пищевая промышленность
- Молочные продукты: производство сухого молока, сухой молочной сыворотки и аналогичных продуктов. После предварительной обработки жидкое молочное сырьё высушивают распылением, получая порошки, которые легче хранить и перевозить, с сохранением питательных компонентов.
- Приправы: грануляция и сушка куриных приправ, глутамата натрия, соли и других приправ для улучшения сыпучести и растворимости.
- Напитки: сушка и грануляция кофе, чая, фруктовых соков и других напитков для получения быстрорастворимых составов.
- Пищевые добавки: сушка и формование таких добавок, как сорбат калия, пектин и витамины, для обеспечения качества, стабильности, удобства хранения и обращения с продуктом.
2. Химическая промышленность
- Катализаторы: производство катализаторов полимеризации, нефтехимических и других катализаторов. Контролируемые сушка и грануляция могут обеспечивать однородное распределение частиц по размерам и требуемую активность, поддерживая каталитические характеристики.
- Красители: сушка и грануляция дисперсных, активных и других красителей для улучшения диспергируемости и растворимости.
- Неорганические соли: переработка сульфата цинка, карбоната кальция, сульфата калия и других неорганических солей в порошки или гранулы, отвечающие заданным требованиям к продукту.
- Химические соединения: сушка и формование таких материалов, как органические катализаторы, осаждённый диоксид кремния, метасиликат натрия и фторид калия, для улучшения обращения с ними и выполнения требований промышленного применения.
3. Фармацевтическая промышленность
- Фармацевтические составы: получение гранул из антибиотиков, витаминов, жаропонижающих и обезболивающих препаратов и другого фармацевтического сырья. Улучшенные сыпучесть и растворимость могут облегчать последующие приготовление составов и производство.
- Препараты традиционной китайской медицины: сушка и грануляция концентрированных растительных экстрактов, помогающие преодолевать сложности, связанные с высокой вязкостью и затруднённой сушкой. Получаемые гранулы легче хранить, перевозить и использовать.
4. Керамическая промышленность
- Керамическое сырьё: распылительная сушка и грануляция суспензий, содержащих оксид алюминия, диоксид циркония, оксид магния, диоксид титана и другие керамические материалы. Получаемые гранулы могут иметь однородные размеры и хорошую сыпучесть, способствуя формованию керамики и повышению качества продукции.
5. Экологические применения
- Очистка сточных вод: сушка и отверждение осадка для уменьшения его объёма и массы, облегчения дальнейшего обращения с ним и утилизации.
- Очистка отходящих газов: производство адсорбентов, катализаторов и других материалов, используемых для адсорбции или разложения загрязняющих веществ в отходящих газах.
6. Другие применения
- Полимеры: сушка и грануляция таких полимеров, как E-PVC, материалы на основе стирола, карбамидоформальдегидные (UF) и фенолформальдегидные (PF) смолы, для улучшения обращения, переработки и качества продукта.
- Магнитные материалы: сушка и формование магнитных материалов с сохранением их требуемых свойств и качества.
- Электронные материалы: сушка и грануляция сырья для электронной промышленности в соответствии с требованиями производства электронных компонентов.
Технические усовершенствования распылительной сушилки с псевдоожиженным слоем
1. Оптимизация системы горячего воздуха
Повышение температуры воздуха на входе: при постоянной температуре на выходе обоснованное повышение температуры горячего воздуха на входе увеличивает общее количество тепла, подводимого к системе. В результате возрастает количество тепла, передаваемого материалу на единицу массы воздуха. При неизменной производительности требуемый расход воздуха может снизиться, что помогает уменьшать энергопотребление и повышать тепловую эффективность. Однако температура на входе должна оставаться в пределах, допустимых для оборудования и материала. Как правило, она не должна превышать 600°C во избежание повреждения таких узлов, как распределитель воздуха в верхней части башни.
Снижение температуры отработанного воздуха: при постоянной температуре на входе снижение температуры на выходе увеличивает разность температур, позволяя использовать больше тепла для сушки. Это может улучшать использование тепла. Однако чрезмерно низкая температура на выходе может приводить к избыточной влажности порошка; в отдельных применениях температура ниже примерно 75°C способна ухудшать результаты сушки.
Утилизация отходящего тепла: можно установить оборудование для отбора энергии отходящих газов и предварительного нагрева поступающего воздуха или сырья. Распространённые решения включают теплообменники и теплообменники на тепловых трубах, передающие тепло от отходящего потока входящему воздуху или материалам, что уменьшает потери энергии и повышает эффективность её использования.
2. Оптимизация конструкции оборудования
Оптимизация сушильной камеры: изменение её геометрии, размеров и внутренней конструкции может улучшать распределение воздуха и уменьшать застойные зоны. Это обеспечивает более равномерный контакт горячего воздуха с материалом, ускоряя сушку и повышая эффективность. Возможные усовершенствования включают новые направляющие элементы и оптимизацию отношения высоты камеры к её диаметру.
Повышение эффективности распылителя: более эффективные и точные распылители могут формировать капли меньшего диаметра с более однородным распределением по размерам. Увеличение площади поверхности ускоряет испарение влаги, сокращает время сушки и может снижать энергопотребление. Усовершенствованные центробежные или напорные распылители способны улучшать общие показатели сушки и энергоэффективность.
3. Повышение эксплуатационных характеристик оборудования
Улучшение контроля качества гранул: дальнейшая оптимизация встроенного псевдоожиженного слоя и распределительной решётки вместе с расширением регулируемого диапазона скорости псевдоожижающего воздуха может улучшать псевдоожижение и рост частиц. Это помогает получать более однородное распределение по размерам, высокую сферичность, улучшенные сыпучесть и растворимость в соответствии со строгими отраслевыми требованиями к гранулам.
Расширение совместимости с материалами: изменения материалов изготовления оборудования, его конструкции и параметров процесса могут улучшать способность системы перерабатывать специальное сырьё, включая высоковязкие, термочувствительные и склонные к агломерации материалы. Это может расширять его применение в разных отраслях и производственных процессах.
4. Энергосбережение и улучшение экологических показателей
Энергоэффективная конструкция: на выходе сушилки можно установить высокоэффективные теплообменники и системы утилизации отходящего тепла для предварительного нагрева поступающего воздуха или материалов. Эти меры помогают снижать энергопотребление и повышать эффективность использования тепла.
Усовершенствование очистки отходящих газов: современные системы могут объединять высокоэффективные циклонные сепараторы, рукавные фильтры и мокрые скрубберы для дальнейшего снижения выбросов частиц и выполнения более строгих экологических требований. При необходимости возможно внедрение дополнительных технологий очистки для уменьшения выбросов летучих органических соединений (VOC) и других загрязняющих веществ.
5. Развитие интеллектуального управления
Повышение уровня автоматизации: современные датчики, системы автоматизации и компьютерного управления могут в реальном времени контролировать и автоматически регулировать основные параметры процесса, включая расход сырья, температуру, влажность и давление распыления. Это помогает стабилизировать сушку, поддерживать постоянное качество продукта и уменьшать ручной труд и ошибки операторов.
Дистанционный мониторинг и анализ данных: системы удалённого мониторинга позволяют операторам отслеживать состояние оборудования, изменять рабочие параметры и получать аварийные сигналы по сети. Анализ больших данных можно применять для оценки производственных данных, оптимизации процесса, повышения эффективности и улучшения качества продукта.
6. Компактная конструкция и интеграция систем
Компактная конструкция оборудования: для малых и средних предприятий и лабораторных применений можно разрабатывать уменьшенные, более компактные конфигурации распылительной сушилки с псевдоожиженным слоем. При сохранении требуемых характеристик они позволяют уменьшать занимаемую площадь, потребность в пространстве, капитальные и эксплуатационные затраты.
Интегрированные производственные системы: распылительную сушилку с псевдоожиженным слоем можно объединять с предшествующим и последующим оборудованием, включая системы предварительной обработки сырья, измельчения и просеивания, для создания непрерывной автоматизированной линии. Такая интеграция может повышать производительность и стабильность качества, уменьшая межоперационные потери материала и риск загрязнения.
7. Индивидуальные решения и услуги
Индивидуальное проектирование: конструкцию и изготовление оборудования можно адаптировать к конкретным требованиям заказчика, включая свойства материала, производительность, целевой размер частиц и технологические процессы. Это позволяет подбирать конфигурацию, размеры и рабочие параметры под конкретное применение.
Комплексная техническая поддержка: услуги могут включать не только изготовление оборудования, но и монтаж, пусконаладку, обучение операторов, послепродажное обслуживание и техническую поддержку. Они помогают заказчикам эффективно эксплуатировать и обслуживать оборудование, поддерживать его длительную надёжную работу и повышать удовлетворённость клиентов.
Технологические схемы распылительной сушки с псевдоожиженным слоем
- Технологическая схема 1: ширококорпусная башня распылительной сушки при низкой температуре со смешанным потоком
- Технологическая схема 2: прямоточная башня распылительной сушки высокого давления
