随着近年来混凝土行业不断发展,聚羧酸减水剂作为最新一代混凝土外加剂,其需求量连年攀升。聚羧酸减水剂粉体可以大幅降低运输储存成本方便储存,延长保质期,并且可以用于干粉砂浆、新型涂料和喷射型混凝土等新型产品中,极大地拓宽了聚羧酸减水剂的工程应用领域。喷雾干燥技术能够实现聚羧酸减水剂粉体的自动化、连续化生产。研究高效喷雾干燥制粉技术对于混凝土行业的发展具有重要的工程意义。热空气喷雾干燥废气携带走大量余热,热利用率低,且废气中携带可挥发组分,直接排放会造成环境污染。以过热蒸汽代替热空气作为喷雾干燥介质,进而整个喷雾干燥工艺可形成闭循环结构,废气回收潜热,整个流程实现VOC零排放。本文借助CFD数值模拟方法,探究聚羧酸减水剂过热蒸汽喷雾干燥塔内流场特性、液滴干燥速率以及逆转点温度,并对进气方式进行优化。模型采用欧拉-拉格朗日法计算干燥介质与液滴之间的传热传质过程,RNG k-ε模型描述气相湍流过程,作用REA模型计算减水剂干燥动力学,并建立扩散模型计算REA模型参数。分别以445K的热空气和过热蒸汽作为干燥介质进行模拟,对比两种介质下干燥塔内流场特性及液滴干燥速率,发现热空气与过热蒸汽干燥塔内温度分布相似,随着塔轴向位置降低,截面平均温度也逐渐降低,而液滴干燥速率先增大后减小,在4m处达到最大值。过热蒸汽干燥塔内各截面温度高于热空气,在此进气温度下过热蒸汽干燥速率低于热空气,进一步对比各进气温度下液滴干燥速率,确定了在减水剂含水率为50%、进料温度为20℃时,过热蒸汽逆转点温度为461K。初始物料含水率在40%-60%范围内,逆转点温度随初始物料含水率的提高而降低;初始进料温度在10℃-30℃范围内,逆转点温度随初始进料温度的升高而升高。改进过热蒸汽喷雾干燥进气方式,同时使用直流进气与旋流进气,并对组合进气干燥塔进行数值模拟。模拟结果表明,旋流进气的加入能够增强干燥塔内气流扰动,实现垂直流与环向流共同作用的流型,旋流能够进一步分散液滴,使同一塔高截面处温度分布更加均匀。提高旋流进气速度和直流进气速度可以提高液滴干燥速率,但对塔底颗粒含水率没有明显提升。增大旋流进气方向与水平截面夹角,也可以在较小程度上提高液滴干燥速率。