Characterization of Spray-Drying Nozzles at Industrially Relevant Conditions

Publication Reference: 
ARR-96-03
Author Last Name: 
Ashgriz
Authors: 
Nasser Ashgriz, Siyu (Jerry) Chen, Isaac Jackiw
Report Type: 
ARR
Research Area: 
Particle Formation
Publication Year: 
2021
Publication Month: 
1
Country: 
Canada

Executive Summary

  This project seeks to develop physically realistic models for atomization processes relevant to 

particle production, such as in spray-drying processes,  with a focus on high viscosity and non-Newtonian 

fluid atomization. The goals of this work are to generate a spray database and to develop understanding 

and correlations for the accurate pilot-to-production scaleups. We have divided the work to focus on two 

nozzle types: pressure-swirl, and two-fluid nozzles. The followings are achieved in the present reporting 

period.  

Pressure‐swirl: 

Completed  testing  of  Fine  Spray  nozzles  with  several  different  fluids  with  varying  viscosities.  The 

droplet size distributions, closeup images of the atomization zone, and other statistics are obtained 

and reported. 

A  correlation  for  SMD  has  been  found  using  pressure-based  Weber  number  and  Reynolds 

number. 

The  above  correlation  does  not  work  well  for  sprays  formed  by  small  orifice  nozzles  using  high 

viscosity fluid (60 cps). This was found to be due to change in the atomization mechanism for such 

cases.  Atomizing very high viscosity fluid (60 cps) with small orifice nozzles may result in very large 

SMD, indicating a poor atomization quality. This is due to significant pressure loss across small orifices 

using high viscosity liquids.  

The above correlation has also been tested with experimental data by other researchers that have 

used different nozzle designs.