问题：喷雾造粒干燥技术和其在染料生产中的应用
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时间：2006-05-19 09:45:21 编辑加入/取消收藏订制/取消短消息举报该贴

染料的干燥，是染料生产过程中最后一道工序，也是染料后处理加工方面很重要的环节。将染料的滤饼或染液干燥的方法有很多种，不同种类的染料，甚至同一类染料中不同的品种常常会采用不同的干燥方法。普遍采用的有直接干燥法、带式干燥法、耙式干燥法、旋转闪蒸干燥法、喷雾干燥法以及气流干燥法、微波干燥法等等。而对那些高含固量、热敏性、触变性的物料，滤饼等粘性物料则多采用旋转式闪蒸干燥设备。压力式喷雾干燥法是将物料稀释，用压力送至干燥塔塔顶，由喷嘴雾化后均匀喷入塔内，同时将热空气送入塔内与物料并流，进行质、热交流，使物料在瞬间完成干燥。喷雾干燥技术，在工业上的应用已有近百年的历史，在国外早就用于染料工业上。但在我国的应用比较晚，而且仅限于分散、还原等染料。沈阳化工研究院从l966年开发成功染料喷雾造粒的干燥技术，到1973年才正式推向工业化生产。直到l5年前沈阳化工研究院和浙江温州瞬达喷干设备厂联营后，喷雾干燥技术从此迅速推向染料生产厂。近年来随着染料工业的发展，生产重心逐渐转向浙江，新厂的不断建设，喷干技术才被普遍采用。不仅在分散、还原染料方面得到应用，而且由于发现瞬间高温不会破环染料本身，使得活性、酸性染料等染料也采用了喷雾干燥技术。当然，对这些活性、酸性等水溶性染料的应用还刚刚起步，它们的品种繁多、要求各异，如何将喷雾造粒干燥技术合理地、充分地用上去、用好它，还是需要不断地探索、总结的。
1 压力式喷雾造粒干燥机理
由于粉状染料在生产和使用时会产生粉尘影响环境，所以目前大多数染料厂逐步改为喷雾造粒干燥，生产颗粒状染料。其机理如下
当染料液用高压泵从切线方向不断进入喷嘴的旋转室，产生旋转运动。越靠近中心，旋速越大。在喷嘴中央形成了一股等大气压的空气旋流“空气芯”(直径约1.5毫米)。当染料液从喷嘴喷出时，立即会围绕“空气芯”旋转并形成环形液膜(厚度约为0.5～4.0微米)。染料液的静压能在喷嘴处转变为向前运动的液膜功能。由于旋转的速度差，液膜变薄进而被拉成细丝流。在气流的作用下，细丝流不断从较细处被拉断。由于表面张力的作用，这些小短丝不断变成球状的小液滴(直径约为6O～lOO微米)。而当这些球状的小液滴与喷塔内热载体(一般为热空气)进行接触时，便开始热量和质量的交换，球状液滴的表面水份不断的蒸发。而当水份向外迁移受阻时，在液滴外部形成一层硬壳。随着温度的上升，液滴硬壳内部开始汽化膨胀。当达到一定压力时，内部水份会沿着毛细孔散出，从而形成了中空球状颗粒染料。
2 工艺流程(见流程图)
浆料通过浆料过滤器(3)，由隔膜泵(4)，提升经稳压后送至干燥塔顶由喷嘴(7)雾化后喷入干燥塔(8)中进行干燥，同时冷空气经蒸汽加热器(2)，电加热器(5)，加热后进入塔内与物料并流由上向下进行质、热交换，其温度接近于纯粹的绝对温度，而其物料在高温区具有很大的表面。即物料在瞬时完成干燥，从而得到空心球状的粒状产品。尾气经旋风分离器由引风机(12)导向湿式捕集器。尾气中夹带的细粉由旋风分离器(10)捕集回收。剩余的微少细粉由湿式除尘器(14)捕集回收。整个系统是在负压、密闭状态下运行。

3 喷雾造粒干燥技术在染料生产中的应用经验
如前所述，喷雾造粒干燥技术，不仅在分散、还原染料的干燥工艺上得到了广泛的廊用，而且在活性、酸性等水溶性染料的干燥工艺上取得了可喜的突破，取得了很好的效果。几类染料喷雾造粒干燥工艺的实际操作需要注意的事项如下：
3.1 活性染料
活性染料不同于一般染料，它是能与纤维起化学反应形成共价键的一类染料。它的特点是具有很好的水溶性，分子结构中都有活性基团，在温度和湿度较高情况下会使活性基团加速水解；对金属离子有敏感性。所以在喷雾干燥时应注意以下几点。
 KN型活性染料属于乙烯矾型。如活性黑KN—B在喷干时，温度可高些，在220～230℃，风速在
0.48～0.5米／秒之间，停留时间为50～70秒。
 X型类染料如活性黄x—R等，干燥温度不能像KN型那么高，一般混合区的温度在160～180℃为宜，风速在0.45～0.48米／秒之问即可。
 双活性基活性染料，如活性黄l45、活性红195等，因含固量较低一般在20％左右。干燥温度宜在190～200℃之间，风速在0.44～0.48米／秒之间、停留时间在55～65秒。由于迁移较难，故塔高可高些，径长比l:6～7。
3.2 酸性染料
这类染料分子量低，结构简单，磺酸基较多，所以水溶性好。但这类染料遇钙、镁等金属离子会产生沉淀，干燥时会出现粘度大、流动性差、泵抽有困难。所以喷雾造粒干燥时，泵和管道上应加外管加热，则可保证物料有良好的流动性。由于该类染料含固量也较低(一般在20％左右)，故温度宜控制在160～190℃之间。
3.3　分散染料
这类染料具有较小的分子结构，基本上不溶于水。它对温度很敏感，有时5℃之差即会产生凝聚。因此喷干温度可控制在130—150℃之间。由于它的含固率较高(30％～40％)，平均水分5％。因此，风速宜控制在0．38～0．42米／秒之间，停留时间 25～35秒。如分散蓝2BLN、分散红3B、分散黄RGFL等。由于干燥温度较低，为保证生产能力不下降，故喷塔可适当高些，径长比1:5—6。
3.4　还原染料
该类染料也属于不溶于水的染料。由于它的分散体的水溶液会产生聚染体，故温度升高，不但会影响分散体的不稳定，还会发生疑聚。故干燥温度(即混合区温度)可取160～180℃，风速可控制在0.38～0.42米／秒，时间35～40秒。如还原黄G，大红R、红F3B等。但靛蓝染料除外，它的含固量较高，一般在34％～36％，耐热性好，所以喷干温度可在220～23O℃。
4 选用和使用喷雾造粒干燥装置时应注意的事项
4.1 节约能源提高热效率
喷雾干燥的过程是一个高能耗的运行过程。人们已知道，在喷雾造粒干燥技术中，热效率是⋯个突出的问题。一般来讲，因为进入干燥器(喷塔)内部的空气温度为180℃，排出的尾气温度为90℃，而它们用于蒸发水分的热量为总热量的39％，尾气损失为34％，喷塔壁损失的热量为7．5％，加热器的热损失为18％，可见大部分热能损失掉了。如何节能沈阳化工研究院和浙江温州瞬达干燥设备有限公司过几十年的研究、开发、生产实践过程中取得了丰富的经验。对喷塔和其相关设备的合理设计和选用介绍如下。
4.1.1　合理的塔形设计
喷塔的形状会直接影响到塔1人J风速的分布和其均匀性。经多年比较，并根据国内大量实际试用结果，将喷塔设计为直筒形，这样能保证风速的均匀分布和平稳，避免在塔内产生旋转运动，也就保证了热量分布均匀，使质、热交换充分，有效地利用了热能。同时，直筒形的喷塔，不会造成物料的粘壁。
4.1.2　热风分布器的效用
热风分布器对进入塔内的热风的风向、风速、热能的利用起到重要的作用。所以，要将热风分布器上的锥角设计成可变的。当直管进风时，上锥角为70。，当切向进风时，其上锥角为60。，其目的是将热风都转变为直流风，以保证喷嗒内的风速均匀、平稳，使质、热交换充分，从而使热能得到充分利用。
4.1.3　特殊的整流板
将整流板设计成折流栅板型的。其干孔率可以从先前三角排列园孔板的25％提高到60％～70％，这样热流的阻力小，导流效果好，不会产生乱流、错流及旋流，使热风经整流板后能均匀垂直向下进入塔内，改善了质热交换条件，减少了热量损失。
4.1.4　喷嘴及其防漏装置
目前设计并采用的是旋转式压力喷嘴，它是由喷嘴体、喷嘴体密封垫、喷雾盘、旋转室、端片、螺旋插头、表面密封垫、阳性匹配器等组成，改变了先前旋转体和雾化体连在一起、切向流量难、雾化角小、喷嘴寿命短、开车、停车频繁、浪费能源，影响正常生产等弊端。
4.1.5　节能型塔底结构
合理的塔底设计是节约能源的重要措施。选择喷塔时，必须考虑塔底的结构，空气必须经过整个干燥室，干燥室的容积应充分满足水分的蒸发，应保证热空气流直到塔底部和气流流型的稳定。带有扩大段的塔底结构，可使塔底的出料量从50％～60％提高到80％～85％，而旋风结构的塔底，塔底的出料率可达95％左右，成粒率也高，从而可节约能源。
4.1.6　细粉回收技术装置
染料液经喷雾造粒干燥后，由于设备工艺、助剂、操作上等因素的影响，不可能得到百分之百的粒子，一定会有些细粉或微粒的存在，微粒的平均料径为20微米，粒度分布范围为5～60微米之间，比重小于0．7克／厘米3。未成粒的细粉的产生，会使生产、包装及使用时产生染料粉尘飞扬。浙江温州瞬达干燥设备厂采用了沈阳化工研究院开发成功的细粉回收技术，可使成粒率达到99％以上。该厂同时推出了一套国内首创的防尘装置，操作简便，减少了防尘剂的用量，改善了操作环境，更重要的是减少了染料的损耗，对企业来说是一笔可观的财富。
4.2　提高喷嗒的进出口温差
根据热效率计算公式可知，提高进出口温差，对于气液两相由上而下质、热交换的干燥方式是节约能源的最佳选择。实践证明，在高温区，含有水分的染料液，其瞬间表面温度通常在40～60℃之间，所以适当地提高热风的进口温度是允许的。进口温度的提高有利于热效率的提高，但并非越高越好，需通过试验来确定。不同种类的染料，甚至同种类不同品种的染料，例如3．1所述，虽同是活性染料，在喷干黑KN-B时的进口温度为220 230℃之问；而在喷干黄X-R时的进口温度则为l 60～180℃；而喷干双活性黄的黄145、红195时，进口温度在l90～200℃之间。而尾气带走的热量，要占整个能耗中较大的比例，故要尽量降低尾气的温度，以减少尾气的热量损失。但只能在保证产品最终含水量的前提下，而且要控制在露点温度以上20～ 30℃ 。
4.3　降低干燥塔的蒸发负荷
染料液在进入干燥塔之前，必须先用过滤、蒸发等方法进行预脱水，提高染料液的含固率。这可以降低干燥塔的蒸发负荷，提高设备的生产能力，节约能源。根据新的设计，蒸发可以利用设备本身的循环废热，使热量得到了充分利用。染料液在进入喷塔之前应进行预热，这既可减少干燥塔的负荷，也使料液的粘度有所降低，有利用料液的雾化。
5　喷雾造粒干燥实际中的注意事项
为了保证染料产品的产量和质量(颗粒大小、含水量等)，实际操作时应注意下列事项。
5.1　喷嘴的孔径
当压力一定时，喷嘴孔径增大，雾化角也变大，喷雾量也增大，但产品的含水量也随之增加。所以，选择喷孔径大小时，既要考滤到产量，也要考滤到产品的质量、含水量的影响。
5.2　喷嘴的压力
压力对染液的雾化会有较大的影响。当喷嘴的孔径一定时，压力增加、雾化角增大，喷雾量也随之增大，而粒径变小，小颗粒的比例增加，塔底的出料量降低。而含水量下降，假比重增加。
5.3　染料液的浓度(含固量)
当染料液的浓度(含固量)增大时，颗粒的硬壳会变厚，产品的假比重也随之增大。
5.4　相关设备和助剂的应用［８］
　　当喷雾造粒干燥装置用于分散染料、还原染料时，有条件的生产』一应将染料液和有无助剂充分搅拌至均匀后，先经过滤，滤去杂质和机械物再通过高速胶体磨，使染料的粒径达到3O微米以下，然后用高压均质机进行超细粉碎。使染料的粒径达到1微米以下。再用压力泵打入喷雾干燥塔进行喷雾造粒干燥。经过高速胶体磨和高压均质机处理的最终染料产品，其性能和质量将会有极大的提高。这方面的实践，上海染料化工厂和江苏金坛染化厂以及浙江上虞和萧山等几家大厂已有相当的经验，并已投入了正常生产。对活性、酸性等水溶性染料，各厂正在试用中，浙江杭州下沙恒升已投入了生产。助剂对染料产品的质量有很大的影响，不同的染料会有不同的选择。目前各厂正在试用的品种有美国Westraco的Reax 85A，挪威鲍利葛公司的Lignosol SD一60，Diwatex XP-9，Lignsol SFX一65以及国产的扩散剂MF都不失为好助剂。而对生产还原染料的厂家而言，作者推荐氧化木质素(oxy Lignins1，它耐热稳定性好，扩散性能佳，是一个不可多得的品种。而对活性、酸性等染料，一定要摒弁沿用多年的元明粉，而改用木质素硫酸钱如Lignisol SFX一65是最理想的。当然，不同种类的染料，甚至同一种类型不同品种的染料，在使用木质素硫酸盐时需经过试验，以达到最理想的效果。

回复人：rabbit,▲▲▲ (互相学习) 时间：2006-05-21 09:11:02 编辑	1楼
支持！！！

回复人：eukary,▲ (中冶焦耐) 时间：2006-05-23 12:31:13 编辑	2楼
学校网不行, 经常上ccebbs很慢.

回复人：methane,▲ (From methane to dyestuff) 时间：2006-06-29 16:17:33 编辑	3楼
不错

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