高效节能脉冲喷雾干燥机

液态、浆状、糊状或泥浆状物料的干燥脱水，在我国传统上采用喷雾干燥方法，按雾化方式的不同分为压力式、气流式和离心式喷雾干燥，干燥速度快，可瞬间获得粉状或颗粒状产品，但通常体积传热系数较低，耗能较高。新型高效节能脉冲喷雾干燥技术，系利用脉冲燃烧产生热气流的高温、高速、脉冲、湍动特征，直接分散、雾化、干燥物料，传热传质系数大幅提升，干燥时间缩短，结构简单，节能效果极其明显，在某些领域有可能是现有离心、压力、气流式喷雾干燥方式的替代产品，属当代*新干燥技术，目前我国市场尚属空白。
美国PCS公司位于亚利桑纳州，多年来一直从事脉冲喷雾干燥技术的研发和推广，公司建有两台规模不等的实验设备，可为客户进行任意物料的喷雾干燥实验，实验机计算机控制，可自动打印实验数据。美国PCS公司实验设备(图1)，由给料系统、脉冲燃烧器及雾化装置、干燥室、物料回收装置、排气风机、计算机控制系统等构成。
经过多年的研发，PCS产品已批量系列化生产，推广使用到纳米陶瓷、电池材料、海藻、环式糊精等多种物料的喷雾干燥上，取得较好的经济技术指标，显示了优异的节能特性。

图1 美国PCS公司脉冲喷雾干燥实验设备及工作中的雾化器喷嘴

PCS公司与我公司建立长期合作关系

三十年来，我国喷雾干燥技术取得了高速发展，普及率也相当高，当代大型离心雾化器喷液量已达45t/h，但综合耗能指标仍较高，几乎居大多数干燥方法之首，迫切希望有新的技术出现。PCS的脉冲喷雾干燥是一种节能型新技术，其单位蒸发水耗能指标甚至接近传导干燥方式，如能在我国获得推广，可以大幅度降低干燥行业整体能量消耗。为此，我公司于去年和美国PCS公司取得了联系，探讨将这一新技术引进*的合作方式。PCS公司对*的经济发展和干燥技术市场有所了解，也同样希望合作，共同开发*及周边国家市场。为探讨合作方式，2013年4月，美国PCS公司总裁雷克夫先生到公司考察，参观了实验室，生产车间，与公司主要技术人员和市场开发人员进行了广泛的技术交流，并就合作方式进行了初步洽谈。
为了推进双方合作进程，我公司邀请天津科技大学吴中华教授，共同组成赴美考察团，于2013年5月份，对PCS公司位于美国亚利桑那州的工厂进行了考察，参观了脉冲喷雾干燥实验室，进行了蛋清液和高脂牛奶的喷雾干燥实验。关于合作方式问题，双方进行了友好、坦诚的交流，共同决定按循序渐进的方式合作，在PCS全面技术支持下，通过代理及试销售的方式，探询该技术的优势及对我国市场的适应性，作好技术消化及市场调研工作，在条件成熟时，双方将成立合资公司，扩大生产规模，在*范围内推广这一新技术，以促进传统喷雾干燥技术的革新与进展。
目前，代理协议已正式签署，双方相关工作已全面展开，一种全新的脉冲喷雾干燥技术即将与国内广大客户见面。

图2 美国PCS总裁访问我公司图3 工大公司考察美国PCS干燥实验室

基本原理

在压力式喷雾干燥中，雾化是由液体在高压下加速通过小孔进行的，随之雾滴减速并通过低速的热风，水分在15~30秒内蒸发。然而在脉冲喷雾干燥器中，气体和液体的状况正好相反，高温气体在脉冲燃烧室的共鸣箱中被加速到约300m/h，而液体是由给料泵在低压和低速下（约0.07kg/cm2）给入气流中，在这种喷雾干燥中，脉冲波的前头立即将液体雾化，在不到1秒钟内就完成了干燥，非常快，极快的干燥速度是由燃烧器尾管中极高的温差和强烈的混合形成的。
空气1被泵入喷雾干燥装置的低压外壳中，通过已获专利的单向阀2进入燃烧室（Helmholtz共鸣器）3，燃料4加入喷雾干燥器中，空气阀关闭，燃料和空气混合物被引燃小火5点燃并爆炸，生成的高温气体压力高于燃烧风机压力3psi，高温气体冲入喷雾干燥器尾管6，尾管临近雾化器7。空气阀再次打开，并允许空气填充进来，给入燃料、混合、爆炸，这一喷雾干燥循环控制在80~110Hz范围内。在雾化器的正上方，冷空气8（二次空气）被引入以使混合气体达到希望的与产品接触温度。专用的PCS雾化器喷出液体到稳定的气流中，动态控制雾化、干燥和粒子轨迹。雾化的液体进入传统的塔式干燥室10，后序悬浮的粉料采用标准的回收设备收集，如旋风分离器和袋滤器等。

图4 脉冲喷雾干燥原理图

主要结构

》脉冲燃烧雾化器
这是一个筒型结构（图5），设有燃料、助燃空气、冷却气体等入口，生成的高温脉冲气流经下部的喷咀（图6）喷入干燥室，料液在喷嘴上方引入气流中，
立即被高速气流雾化为细小雾滴，并被带入干燥室，在那里与高温气流进行热、质交换，废气和干品均经干燥室底部排口引出。
》干燥室（塔体）（图7）
干燥室与普通喷雾干燥的塔体基本相同，上部连接脉冲燃烧雾化器，底部设有废气和物料排口。为了降低脉冲气体的噪音，筒体外壁采用夹层结构。

图5 脉冲燃烧雾化器图6 喷嘴

图7 干燥室

特点及优势1、燃烧效率高。脉动燃烧可在很低的过量空气条件下达到很高的燃烧效率，由于燃烧化学反应充分，燃烧效率可达到非常高的值(98%)。
2、燃烧强度大。脉动燃烧器中特有的强烈的气流脉动，极大地改善了反应物间的扩散掺混、传热传质过程，从而大幅度提高燃烧强度。据报道，燃烧强度可达3.25x104 kw/m3，而常规燃烧器*大燃烧强度只能达到840kw/m3。
3、热效率高。脉动燃烧充分、所需过量空气少，且具有自行排气功能，故可大大降低排气热损失，使总热效率提高到95%左右，有的可达到98%。
4、传热系数大。由于脉动燃烧湍流扰动的作用，使得传热边界层变得薄而不稳定，因而会降低热量传递的阻力，使燃烧室和排气管的传热系数可达到93~175w/m2.K，比非脉动燃烧装置高一倍多。
5、排气污染小。由于脉动燃烧器内强烈的气流脉动，改善了燃烧室内的混合过程，使得燃烧充分，排气尾管中的CO、Nox、烟尘等含量降低，由于燃烧过剩空气少、燃烧室温度较低，Nox排放量只有20一50PPm，采用某些措施后，Nox排放量可降低到5一7ppm。
6、脉动燃烧器结构简单、体积小，除单向阀外，几乎没有运动部件。具有自吸、自燃及正压排气的特点。
7、可以处理高含固量、高粘度物料，不必像传统喷雾干燥那样必须打浆或预处理，降低干燥成本。
8、高温脉冲气流与物料接触时间极短，对物料品质影响小，可在高温下干燥热敏物料和生物物料，例如可在500℃高温下安全干燥蛋清液。可较好的保持食品的风味、品质、颜色、活性等。
9、综合热效率高，可高达700～800kcal/kgH2O，有些可能会更高，节能效果显著。
10、直接使用洁净高温烟气干燥，氧气含量低，氧化作用小，适于易氧化变质物料干燥。
11、由于干燥时间短，可使用较高温度的气体，需要的热风量小，风机功率及后处理设备负荷降低。
12、整机没有高速旋转、高压、易磨损部件，维护费用低。
13、产品粒径小，粒度分布均匀，有助于获得高分散性、流动性、高溶解性产品。

适用范围

我们已经用我们的干燥器试验了超过170种不同物料，在矿产、专业化工、食品及营养品行业获得了非常有益的结果。
可获得粒度分布较窄的均匀精细粉状产品，如纳米陶瓷材料、氧化锆泥浆硅基非氧化陶瓷等。在高科技电池材料磷酸二氢锂的处理中，具有优异的表面特性和较小的粒度分布，设备抗磨损和腐蚀。在食品和生物燃料海藻的干燥中，相比采用冷冻、传统喷雾、转鼓等干燥方法，PCS具有粉体精细，流动性好，降解小，具有完整的细胞壁，不需粉碎，干燥成本低等优势。环式糊精的干燥显示出在成本与粉体质量方面，比传统喷雾和冷冻干燥方式有竞争力。
按脉冲喷雾干燥技术特点分析，它可在化工、制药、矿产、食品、饮料等行业获得推广，以其独特的节能特性取代现有传统喷雾干燥。在热敏性和生物制品的干燥方面，与现有冷冻、真空带式干燥有竞争力。技术参数及工艺流程