CN108553929B - 一种气流式喷雾干燥器用雾化喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气流式喷雾干燥器用雾化喷嘴。包括：布置于喷嘴轴线中心并逐级减小的料液通道，多个气体通道沿喷嘴轴线中心对称布置在料液通道周向上构成锥面结构，锥面的横截面积沿流动方向逐渐减小，各气体通道在流动方向上汇聚的同时，沿锥面的径向有相同的扭转角；各气体通道末端与环形喷嘴腔联通并形成在末端环形气体喷口，环形气体喷口环绕料液喷口布置并与料液喷口顶端在同一平面。本发明优化了气流式喷雾干燥技术用的雾化喷嘴，把气体通道和料液通道分开，流经本发明上述几何结构气体通道的气流被转变成气体喷口处的高速旋转气流，把料液喷口处喷出的受节流的细束料液充分雾化，可一步稳定制出粒径小于20微米的球形干燥粉体。

Description

一种气流式喷雾干燥器用雾化喷嘴

技术领域

本发明属于机械结构设计技术领域，具体涉及一种喷雾干燥设备中使用的二流体雾化喷嘴。

背景技术

机动车尾气净化或工业烟气后处理常用到整体式催化转化器。负载了催化剂活性组分的多孔氧化物载体或其它氧化物添加剂以类似涂料的方式涂覆在具有数百个规整10-1000微米大小孔道的金属或蜂窝陶瓷载体上，再经后续处理，得到整体式催化转化器。氧化物粒径是影响催化剂与担体结合粘牢程度的一个重要指标，对机动车尾气净化催化转化器，一般要求氧化物粉体的粒度小于20微米。

喷雾干燥技术能同时实现造粒和干燥两道工序，在很多行业上用于制造粉体材料。

喷嘴干燥设备主要包括空气加热装置，鼓风机，热风分配器，喷嘴，干燥塔，旋风分离器，引风机等几部分。设备运行时，鼓风机把热空气通过干燥塔顶部的热风分配器引入干燥塔，形成旋状流动；同时，干燥塔顶部的喷嘴把料液喷入干燥塔内雾化，使水分迅速蒸发，形成干燥粉末；最后在旋风分离器中实现气体和粉末的分离。其中无阻塞、连续喷雾工艺是喷雾干燥的核心部分，要实现连续无阻的喷雾，关键在喷嘴。

喷雾干燥常分为气流(或气压)式和离心式两种方式。离心式喷雾干燥技术通过改变离心盘的转速调节产物的粒径及粒度分布。用它制备机动车尾气净化器所需的氧化物粉体，粉体的粒度分布在5-50微米，通过后续分选，或研磨加分选的方法才能使粉体粒度小于20微米。

机动车尾气净化催化剂前驱体粉体有一定的粘度，而气流式喷雾干燥技术可以处理粘度较大的料液，所以也可选择气流式喷雾干燥方式生产满足制造机动车尾气净化催化器粒径要求的粉体。

专利CN202097053U公开了一种能处理高粘度液体或膏状流体的气流式喷雾器，气体喷口和料液喷口同轴，高压料液包裹压缩气体。料液流经雾化器内的膨胀室，密度和粘度降低，再在喷口处与高压气体接触被雾化。

专利CN203874940U进一步指出这种喷嘴可处理高固含量料液，喷嘴不易被堵塞。

专利CN1320485A公开了一种空气辅助喷嘴组件，料液沿组件轴线流动，气体沿喷嘴外缘流动，喷嘴内有一料液膨胀室，进入膨胀室的料液被部分引入膨胀室的压缩空气预雾化，并在中心流体排出口与从外气道中流经特别设计的导流和增压结构增压的空气接触再次雾化。可以用相对较低的空气流量和压力有效生成较宽的偏平喷流形状，且增强了液体颗粒的粉碎。

专利CN104772244A公开了一种二流体雾化喷嘴，料液沿喷嘴轴线流至喷嘴前端，再从几个均匀分布在垂直于喷嘴轴线方向上的分料孔流入气体通道，气体沿喷嘴外缘的环形通道流动，流经分配座内沿锥面分布的气体通道后，通过喷嘴内垂直于气流方向上带扇叶的薄层气体分配器变成涡流，再与从分料孔流出的料液接触混合雾化，混合物从一个可以调节料液喷射角度的调节块喷入干燥塔。

专利CN2341721Y公开了一种气动式雾化喷嘴，该喷嘴能对料液进行两级雾化，喷嘴里特别设计了一个涡流室，沿雾化器轴心流动的料液在涡流室中被一部分从外气道沿涡流室上的偏向进气孔射入涡流室形成的压缩气体涡流初级雾化，被初次雾化的液滴在喷嘴出口被外气道剩余空气二次雾化。

专利CN1320485A，CN2341721Y和CN104772244A都是气流式雾化喷嘴，料液通道与喷嘴组件的中心线同轴，气体通道均匀对称分布在喷嘴组件外缘。三种喷嘴都包含了两级雾化过程，第一级雾化发生在喷嘴内部。

专利CN234172Y和CN104772244A喷嘴中的雾化通过产生涡流实现。前者的涡流是喷嘴内从外缘气体通道沿进入喷嘴内部涡流室间的偏向进气孔道产生的，中间可能有气体在两级雾化间分配、以及气体和料液压力匹配问题；后者的涡流通过在喷嘴外部气流通道中加入比通道尺寸小的、带有扇叶的片状气体分配器实现的，该气体分配器并未占据整个气体通道。

前述专利公开的喷嘴结构要么过于简单，要么过于复杂，而且用有类似结构的喷嘴或市面上商品化的雾化喷嘴用喷雾干燥方法生产的产品粒度分布达不到生产机动车尾气净化催化器粉体材料的要求。

发明内容

为了解决上述问题，我们通过改进喷嘴内气流方式设计了一种气流式雾化喷嘴，结合改进的使用方法，在气流式雾化干燥设备上一步生产出20微米以下的可满足制造机动车尾气净化催化器的氧化物粉体材料。

本发明通过以下技术方案实现：

气流式喷雾干燥器用雾化喷嘴，包括料液通道及其末端的料液喷口、气体通道和气体喷口，其特征在于：

所述料液通道布置于喷嘴轴线中心，料液通道横截面积沿流动方向逐级减小；上述结构能够增加料液的喷出速度，促进料液的分散。

所述气体通道有多个，多个气体通道沿喷嘴轴线中心对称布置在料液通道周向上构成锥面结构，锥面的横截面积沿流动方向逐渐减小，各气体通道在流动方向上汇聚的同时，沿锥面的径向有相同的扭转角；各气体通道末端与环形喷嘴腔联通；上述独特的结构设计，可有效保证把多种流速的、多种形式的气流变成汇聚式的旋转气流，使形成高速旋转的气流在喷口与料液更充分的接触碰撞，有利于料液分散成更小的料液颗粒，将粉体材料的粒度控制在20微米以下。

所述环形喷嘴腔横截面积沿流动方向逐渐减小并在末端形成环形气体喷口，环形气体喷口环绕料液喷口布置，环形气体喷口与料液喷口，中心线同轴，顶端在同一平面，此设计有利于料液形成均匀的球形料液颗粒。

所述环形喷嘴腔内壁在轴向是弧形结构，形成横截面积沿流动方向成弧形逐渐减小的弧面锥体环。

所述气体通道是4至8个。

所述各气体通道在流动方向上汇聚的同时，沿锥面的径向有相同的扭转角θ是5至45度。

本发明喷嘴安装在喷雾干燥设备干燥塔顶部、侧面、底部或干燥塔中间位置。

进一步所述喷嘴安装在干燥塔柱体底部的轴线位置。

使用时，料液沿贯穿喷嘴中间的料液通道流动，气体在周向上布置的气体通道流动并在喷嘴腔内再汇合，气体和料液在各自的喷口处接触并进入干燥塔。

本发明优化了气流式喷雾干燥技术用的雾化喷嘴，使用本发明气流式喷雾干燥技术用的雾化喷嘴处理料液，把气体通道和料液通道分开，流经本发明上述几何结构气体通道的气流被转变成气体喷口处的高速旋转气流，把料液喷口处喷出的受节流的细束料液充分雾化，可一步稳定制出粒径小于20微米的球形干燥粉体。本发明喷嘴用于于喷雾干燥设备中，特别适用于制造机动车尾气净化催化器用的氧化物粉体材料，也可用于制药、涂料、食品和其它化工行业。

附图说明

图1是本发明喷嘴主体结构图；

图2是本发明喷嘴局部放大图；

图3是本发明喷嘴帽结构图；

图4是图1分配座AA横截面示意图；

图5是图1分配座BB横截面示意图。

图中部件名称：1是喷嘴基座，2是分配座，3是喷嘴头部，4是螺帽，5是喷嘴帽，6是喷嘴腔，7是气体喷口，8是料液喷口，9a是螺纹一，9b是螺纹二，G是气体通道，L是料液通道，θ是扭转角。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。

结合附图。

气流式喷雾干燥器用雾化喷嘴，包括料液通道L及其末端的料液喷口8、气体通道G和气体喷口7；料液通道L布置于喷嘴轴线中心，料液通道L横截面积沿流动方向逐级减小。

气体通道G有多个，多个气体通道G沿喷嘴轴线中心对称布置在料液通道L周向上构成锥面结构，锥面的横截面积沿流动方向逐渐减小，各气体通道G在流动方向上汇聚的同时，沿锥面的径向有相同的扭转角θ；各气体通道G末端与环形喷嘴腔6联通；

环形喷嘴腔6横截面积沿流动方向逐渐减小并在末端形成环形气体喷口7，环形气体喷口7环绕料液喷口8布置，环形气体喷口7与料液喷口8顶端在同一平面。

本发明环形喷嘴腔6内壁在轴向是弧形结构，形成横截面积沿流动方向成弧形逐渐减小的弧面锥体环。

本发明气体通道G采用4至8个。各气体通道G在流动方向上汇聚的同时，沿锥面的径向有相同的扭转角θ是5至45度。

本发明喷嘴安装在喷雾干燥设备干燥塔顶部、侧面、底部或干燥塔中间位置。喷嘴最佳安装位置在干燥塔柱体底部的轴线。

下面以具体加工结构说明，具体加工结构在本例通过喷嘴本体和喷嘴帽5两部分实现。

喷嘴的结构如图1，2，3、4和5所示，由喷嘴本体和喷嘴帽5两部分组成。喷嘴本体包括喷嘴基座1，分配座2，喷嘴头部3。喷嘴基座1通过螺纹一9a固定在进料管尾部，喷嘴帽5通过螺帽4和螺纹二9b固定在分配座2后端。料液通道L在喷嘴主体的轴线上，其尺寸在分配座尾部分开始缩小，在料液喷嘴内继续沿锥面缩小到料液喷口8的尺寸。喷嘴基座1的外壁与进料管内壁间的空间是喷嘴本体前端的环形气体通道。分配座2里有数个沿流体流动方向均匀分布的等径圆柱形气体通道，沿流体流动方向，各气体通道与喷嘴主体的轴线距离逐渐减小。此外，每个气体通道的轴线与喷嘴主体轴线间还有一个径向夹角，如图4和图5所示。喷嘴帽5内壁、喷嘴主体顶端的空间构成涡流喷嘴腔6，喷嘴帽5顶端的料液喷口8外周形成环状狭孔结构的气体喷口7。气体喷口7和料液喷口8的出口边缘平齐。

料液沿料液通道L流动，在喷嘴本体经逐级压缩，从料液喷口8喷入干燥塔体内。气体通过进料管，沿喷嘴基座1部分的环形通道流到分配座2前端，经分配座2内的气体通道G进入喷嘴腔6。分配座2内沿锥面分布汇集的多个气体通道G，以及气体通道G与料液通道L间径向夹角的存在，使气体流过分配座内的气体通道L时不仅会沿喷嘴的轴向汇入喷嘴腔6，还会沿喷嘴的径向运动，在喷嘴腔6内形成旋转气流。分配座2内气体通道G的总截面积小于喷嘴基座1部分的环形通道截面积，气体喷口7的截面积又远小于分配室内气体通道的截面积，所以气体在分配室内被部分压缩，在喷嘴腔6内形成被初级增速的涡流，该涡流在更小口径的气体喷口7被充分压缩后，以高速旋转气流的形式喷出气体喷口7。这种高速喷射的气体涡旋可以充分接触、粉碎和雾化从料液喷口8出来的料液。

本发明喷嘴安装在干燥塔柱体轴线底部位置，且喷嘴的喷口方向垂直向上，使料液流动方向和从干燥塔顶部向下流动的热空气相向流动，这不仅有利于增加被雾化的混合物与热空气的接触面积，还会增加物料在干燥塔内的停留时间，从而增加被雾化物与热空气间的热能交换效率。

本发明喷嘴使用时，气体喷口7节流喷出时高速涡旋气流包围料液喷口8，喷口出口处的压力比较小，会在料液入口液面和料液喷口间的静压差基础上引入额外压差，这有利于料液的流动。当把料液喷口8装在干燥塔上的位置降低，会进一步有利于料液的流动。试验证明，本发明把喷嘴设置于干燥塔柱体底部轴线位置，即便料液入口液面位置低于喷口位置，不用给料液施加额外压力，或不要求料液储罐位置高于喷口位置，料液就可被气流式喷雾干燥设备雾化干燥成20微米以下的粉料。

如图1、图2、图3所示，图1是喷嘴主体结构图，图2是喷嘴局部放大图，图3是喷嘴帽结构图；图1上部分为截面剖视图，下部为外形结构图，下部未画喷嘴帽5外形，图3上部分为截面剖视图，下部为外形结构图，下部包括喷嘴帽5外形。本图例采用螺纹连接结构将喷嘴基座1、分配座2和喷嘴头部3连接，本发明气体通道G、料液通道L、喷嘴腔6、气体喷口7、料液喷口8等结构设置其中。喷嘴腔6由螺帽4连接喷嘴帽5与分配座2形成。气体通道G、料液通道L设置于喷嘴基座1和分配座2中，在喷嘴前部顶面同一平面形成环形气体喷口7与料液喷口8。

如图4、图5所示，图4是分配座AA横截面示意图，图5是分配座BB横截面示意图。本图例中，料液通道L位于轴中心，沿流动方向分配座2轴中心的料液通道L直径渐进变小，图4中料液通道L直径大于图5中料液通道L直径；气体通道G设置6组，沿流动方向，6个气体通道G形成锥面结构，在图4中布置圆周大于图5中布置圆周，并扭转了扭转角θ。

Claims (4)

1.一种气流式喷雾干燥器用雾化喷嘴，包括料液通道及其末端的料液喷口、气体通道和气体喷口，其特征在于：

所述料液通道布置于喷嘴轴线中心，料液通道横截面积沿流动方向逐级减小；

所述气体通道有多个，多个气体通道沿喷嘴轴线中心对称布置在料液通道周向上构成锥面结构，锥面的横截面积沿流动方向逐渐减小，各气体通道在流动方向上汇聚的同时，沿锥面的径向有相同的扭转角，扭转角θ是5至45度；各气体通道末端与环形喷嘴腔连通；

所述环形喷嘴腔横截面积沿流动方向逐渐减小并在末端形成环形气体喷口，环形气体喷口环绕料液喷口布置，环形气体喷口与料液喷口顶端在同一平面；所述环形喷嘴腔内壁在轴向是弧形结构，形成横截面积沿流动方向成弧形逐渐减小的弧面锥体环。

2.根据权利要求1所述的气流式喷雾干燥器用雾化喷嘴，其特征在于：所述气体通道是4至8个。

3.根据权利要求2所述的气流式喷雾干燥器用雾化喷嘴，其特征在于：所述喷嘴安装在喷雾干燥设备干燥塔顶部、侧面、底部或干燥塔中间位置。

4.根据权利要求3所述的气流式喷雾干燥器用雾化喷嘴，其特征在于：所述喷嘴安装在干燥塔柱体底部的轴线位置。