| |
 |
|
|
 |
|
|
 |
|
|
|
|
|
| |
新型干燥技術(shù)脈動(dòng)氣流霧化料液的試驗(yàn)研究
|
新型干燥技術(shù)脈動(dòng)氣流霧化料液的試驗(yàn)研究
脈動(dòng)燃燒干燥技術(shù)是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新型干燥技術(shù)，它利用脈動(dòng)燃燒器產(chǎn)生的高溫，高頻脈動(dòng)尾氣流直接霧化和干燥液態(tài)物料。
與傳統(tǒng)噴霧干燥相比，脈動(dòng)燃燒噴霧干燥具有能耗低，熱，質(zhì)傳遞速度高，環(huán)境污染小，以及投資成本低等很多特點(diǎn)。
長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)噴霧干燥過(guò)程進(jìn)行了各種試驗(yàn)和模擬研究，但這些研究并不能揭示噴霧干燥室內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，顆粒群的運(yùn)動(dòng)軌跡和各種熱力學(xué)參數(shù)分布信息，常規(guī)的測(cè)試手段又很難測(cè)得，而這些參數(shù)分布信息對(duì)干燥器沒(méi)計(jì)和過(guò)程優(yōu)化具有重要指導(dǎo)作用。
為解決這一難題，本文利用氣體一顆粒兩相流理論和計(jì)算流體力學(xué)CFD技術(shù)，建立了更符合實(shí)際噴霧干燥過(guò)程的數(shù)學(xué)模型即噴霧干燥的CFD模型，并進(jìn)行了脈動(dòng)燃燒噴霧干燥過(guò)程模擬，其主要內(nèi)容如下：
1建立了脈動(dòng)燃燒噴霧干燥的CFD模型 該數(shù)學(xué)模型建立在氣體一顆粒兩相流基礎(chǔ)之上，用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型預(yù)測(cè)干燥室內(nèi)的氣體湍流運(yùn)動(dòng)過(guò)程，顆粒軌道模型追蹤干燥室內(nèi)顆粒群的運(yùn)動(dòng)軌跡，熱質(zhì)傳遞模型描述空氣和液滴的熱質(zhì)傳遞過(guò)程。
通過(guò)模型的求解，得到了干燥室內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，氣體溫度、濕度分布，顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡，顆粒沿運(yùn)動(dòng)軌跡質(zhì)量變化，顆粒沿運(yùn)動(dòng)軌跡的溫度變化等各種動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)參數(shù)分布信息。
脈動(dòng)燃燒噴霧干燥技術(shù)是將脈動(dòng)燃燒器與傳統(tǒng)噴霧干燥過(guò)程相結(jié)合而成的一種新型干燥技術(shù)，具有能源利用率高，排放污染小，傳熱傳質(zhì)效率高，設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)利用一種更有效的熱能發(fā)生器——脈動(dòng)燃燒器產(chǎn)生的高頻、高溫、高速振蕩尾氣流直接將液態(tài)物料霧化成小霧滴，然后快速完成霧滴的干燥過(guò)程。傳統(tǒng)的噴霧干燥設(shè)備由于噴嘴容易堵塞和磨損，經(jīng)常需要停機(jī)修理和更換噴嘴。作者在對(duì)脈動(dòng)燃燒器運(yùn)用過(guò)程的研究中發(fā)現(xiàn)，利用脈動(dòng)燃燒器產(chǎn)生的高速脈動(dòng)氣流可直接霧化料液，無(wú)需噴嘴和高壓泵，可免除噴嘴維修的時(shí)間和費(fèi)用，也無(wú)需氣體泵送裝置，這顯然是脈動(dòng)燃燒噴霧干燥技術(shù)所具有的一個(gè)較大優(yōu)點(diǎn)。以脈動(dòng)氣流作為霧化動(dòng)力，對(duì)料液進(jìn)行霧化操作，將能解決傳統(tǒng)的噴霧干燥技術(shù)難題。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于脈動(dòng)燃燒噴霧干燥的研究主要集中在其干燥過(guò)程的傳熱傳質(zhì)、數(shù)值模擬等基礎(chǔ)理論方面和物料的干燥適應(yīng)性方面[2~5]，而對(duì)于干燥前脈動(dòng)氣流料液霧化方面的研究極少。脈動(dòng)氣流對(duì)料液的霧化效果對(duì)于后續(xù)的霧滴干燥過(guò)程的有效進(jìn)行和干燥后固體顆粒產(chǎn)品的質(zhì)量都密切相關(guān)，因此，深入了解脈動(dòng)氣流霧化的特點(diǎn)、效果和作用機(jī)理非常必要。
評(píng)價(jià)料液霧化效果的兩個(gè)較重要指標(biāo)是霧滴粒度和粒度分布。本研究的主要目的是通過(guò)脈動(dòng)氣流霧化試驗(yàn)探求料液流量、脈動(dòng)氣流頻率和料液粘度這三個(gè)因素各自對(duì)霧滴粒度和粒度分布的影響規(guī)律，希望有助于脈動(dòng)氣流霧化機(jī)理的研究，為脈動(dòng)燃燒噴霧干燥技術(shù)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和利用提供參考。
1 試驗(yàn)裝置與方法
1.1 試驗(yàn)裝置
圖1所示為脈動(dòng)氣流霧化料液試驗(yàn)裝置示意圖，裝置主體為脈動(dòng)燃燒器和激光粒度測(cè)試儀。
圖1 脈動(dòng)氣流霧化料液試驗(yàn)裝置示意圖
1-液化氣瓶；2-減壓閥；3-轉(zhuǎn)子流量計(jì)；4-U形壓力計(jì)；5-電磁閥；6-控制器；7-燃?xì)馊ヱ钍遥?-燃?xì)忾y；9-火花塞；10-空氣閥；11-鼓風(fēng)機(jī)；12-燃燒室；13-尾管基段；14-尾管；15-料液入口；16-激光粒度測(cè)試儀進(jìn)行脈動(dòng)氣流霧化試驗(yàn)，首先需要一臺(tái)工作性能穩(wěn)定可靠的脈動(dòng)燃燒器，本研究采用功率為25kW的膜片式亥爾姆霍茨（Helmholtz）型脈動(dòng)燃燒器[1]產(chǎn)生高頻、高溫、高速的脈動(dòng)尾氣流，脈動(dòng)氣流與從料液入口流入的料液混合而進(jìn)行霧化試驗(yàn)，料液入口位于尾管末端。依據(jù)脈動(dòng)燃燒器頻率跳變?cè)�，脈動(dòng)氣流的脈動(dòng)頻率通過(guò)改變脈動(dòng)燃燒器尾管的長(zhǎng)度來(lái)改變[2]。料液的流量和粘度分別通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)和粘度計(jì)測(cè)量。霧滴的粒度和粒度分布兩個(gè)指標(biāo)在本文分別用霧滴的Sauter平均直徑(Dvs)和粒度重量分布表示。霧化后霧滴的Dvs值和粒度重量分布圖由英國(guó)Malvern公司生產(chǎn)的MastersizerS型激光粒度測(cè)試儀[6]獲得，激光粒度測(cè)試儀安裝在距料液管出口下方280mm處，此處料液霧化完全。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和安排
通過(guò)前期預(yù)備試驗(yàn)，本文試驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：首先進(jìn)行脈動(dòng)頻率為100Hz以水為料液的不同流量條件下的脈動(dòng)霧化試驗(yàn)，料液流量選三水平（62L/h、54
L/h和35 L/h）；再進(jìn)行料液流量為35
L/h以水為料液的不同脈動(dòng)頻率條件下的脈動(dòng)霧化試驗(yàn)，脈動(dòng)頻率選三水平（100Hz、75Hz和61Hz）；較后進(jìn)行100Hz頻率和35L/h流量下不同動(dòng)力粘度麥芽糖溶液的脈動(dòng)霧化試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)原料選用北京市飴糖廠生產(chǎn)的高麥芽糖漿，通過(guò)稀釋不同的倍數(shù)獲得不同的粘度，粘度選四水平（0.001Pa.s、0.007
Pa.s、0.016 Pa.s和0.041 Pa.s）。每一工況下試驗(yàn)的具體步驟如下：
1)安裝脈動(dòng)燃燒器，固定燃?xì)饬髁繛?.9m3/h，選定脈動(dòng)頻率水平；
2)安裝激光粒度測(cè)試儀，選擇直徑為300mm的透鏡，其粒度測(cè)量范圍為0.5～880µm；
3)安裝實(shí)驗(yàn)臺(tái)，調(diào)整尾管出口與激光光束的位置，其垂直距離為560mm是激光探測(cè)器采集數(shù)據(jù)點(diǎn)的較佳位置；
4)點(diǎn)燃脈動(dòng)燃燒器，進(jìn)行此條件下激光粒度測(cè)試儀光學(xué)校準(zhǔn)和背景規(guī)零；
5)分別選定料液的流量水平和粘度水平，檢測(cè)其霧化效果，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；
6)選擇激光測(cè)試儀的多分散相分析模型和Standard-Dry(3RHA)表示式，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出霧滴的Dvs值和粒度重量分布圖。
2 試驗(yàn)結(jié)果和分析
2.1 脈動(dòng)頻率一定，料液流量變化條件下霧化
圖2是脈動(dòng)頻率為100Hz的脈動(dòng)氣流霧化流量變化的純水料液時(shí)所得到的霧滴粒度重量分布圖。當(dāng)流量分別為62L/h、54L/h和35L/時(shí)，測(cè)得霧滴DVS值分別為73µm、70µm和66µm。頻率為100Hz的脈動(dòng)燃燒器產(chǎn)生的脈動(dòng)氣流在霧化不同流量的料液時(shí)，隨著流量的減小，霧滴DVS值減小，粒度重量分布越均勻。試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)當(dāng)流量低于28L/h時(shí)，霧滴粒度過(guò)小，極易被蒸發(fā)而來(lái)不及進(jìn)行檢測(cè)。為方便實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)檢測(cè)，本文選擇霧化效果較好的流量為35L/h條件下進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
圖2 脈動(dòng)頻率100 Hz霧滴粒度重量分布圖
圖3 料液流量35 L/h 霧滴粒度重量分布圖
2.2 料液流量一定，脈動(dòng)頻率變化條件下霧化
圖3是流量為35L/h的純水料液脈動(dòng)頻率變化時(shí)所得到的霧滴粒度重量分布圖。當(dāng)脈動(dòng)頻率分別為100Hz、74Hz和61
Hz時(shí)，測(cè)得霧滴DVS值分別為66µm、73µm和93µm，中間直徑DM值分別為80µm、88µm和107µm。隨著頻率的減小，霧滴DVS值增大，粒度重量分布均勻性變差。當(dāng)流量固定為35L/h，三個(gè)頻率樣本中頻率為100.51Hz時(shí)的霧化效果較好。
2.3 脈動(dòng)頻率和料液流量一定條件下，料液粘度變化條件下霧化
圖4是脈動(dòng)氣流頻率為100Hz，霧化流量固定為35L/h時(shí)的不同動(dòng)力粘度的料液，所得到的霧滴粒度重量分布圖。當(dāng)料液動(dòng)力粘度分別為0.001Pa.s、0.007Pa.s、0.016Pa.s、和0.041Pa.s時(shí)，測(cè)得霧滴DVS值分別為66µm、53µm、59µm和76µm。可見(jiàn)，粘度變化對(duì)霧化效果也存在很大的影響，而且影響程度隨著料液粘度的變化而變化。從實(shí)驗(yàn)及分析可以看出，隨著料液動(dòng)力粘度的增大，霧化細(xì)度先減小后增大。這種波動(dòng)情況是由于表面張力的作用而出現(xiàn)的，粘度大的液體，其表面張力也大。適當(dāng)?shù)谋砻鎻埩�，有助于液滴的表面收縮，達(dá)到比較小的霧滴粒度，而且一定的表面張力可以阻止顆粒間進(jìn)一步聚合；但是當(dāng)表面張力過(guò)大，會(huì)對(duì)霧化起到阻礙的作用，霧化出來(lái)的霧滴粒度較大，對(duì)霧化過(guò)程不利。因此，在脈動(dòng)頻率和料液流量一定時(shí)，動(dòng)力粘度適中的料液的霧化效果較好。
圖4 脈動(dòng)頻率100 Hz、流量35L/h霧滴粒度重量分布圖
3 結(jié)語(yǔ)
本文從霧滴的Sauter平均直徑和粒度重量分布兩個(gè)方面，分別進(jìn)行了料液流量、脈動(dòng)氣流頻率和料液粘度對(duì)霧化效果影響的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，這三個(gè)影響因素對(duì)脈動(dòng)氣流霧化效果都有較大的影響，脈動(dòng)氣流頻率越大、料液流量越小和料液粘度適中時(shí)霧化效果較好；本試驗(yàn)條件下采用脈動(dòng)氣流霧化得到的霧滴的Sauter平均直徑在50～100µm之間，粒度重量分布均勻，應(yīng)用前景廣闊。進(jìn)一步的研究將通過(guò)理論與試驗(yàn)相結(jié)合的方式，對(duì)脈動(dòng)氣流的霧化機(jī)理進(jìn)行探索。
脈動(dòng)燃燒噴霧干燥試驗(yàn)裝置和傳統(tǒng)的壓力噴霧干燥試驗(yàn)裝置對(duì) NaCl 溶液進(jìn)行了噴霧干燥試驗(yàn),并對(duì)噴霧干燥過(guò)程的能耗作了分析。結(jié)果表明,利用脈動(dòng)燃燒器產(chǎn)生的高速脈沖氣流可直接將料液霧化成微細(xì)霧滴,實(shí)現(xiàn)了料液霧化和加熱過(guò)程的合二為一,較之壓力噴霧干燥系統(tǒng)省去了霧化噴嘴和高壓輸送系統(tǒng),既簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu),又節(jié)省了設(shè)備投資和維護(hù)費(fèi)用。脈動(dòng)燃燒噴霧干燥的熱能消耗為3300kJ/kgH_2O,平均體積蒸發(fā)強(qiáng)度為217.3kgH_O/m~3·h;壓力噴霧干燥的熱能消耗為5501kJ/kgH_2O,平均體積蒸發(fā)強(qiáng)度為12.1kgH_2O/m~3·h;脈動(dòng)燃燒噴霧干燥裝置因省去了壓力泵輸送系統(tǒng),因此電能消耗也比壓力噴霧干燥裝置有所降低。 由總工程師設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)兩年多的時(shí)間，將近百個(gè)小試驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，然后進(jìn)行了7次大規(guī)模量產(chǎn)和最終測(cè)試。新型多層清潔連續(xù)沸騰干燥機(jī)遵循我們一貫的設(shè)計(jì)理念：智能，清潔，安全，節(jié)能和穩(wěn)定。 工作過(guò)程為：鼓風(fēng)機(jī)將過(guò)濾后的潔凈空氣通過(guò)加熱器送出 流化床產(chǎn)生的氣體向上流經(jīng)上一層的粉狀物料，粉末的物品重量補(bǔ)償?shù)臍怏w向上流動(dòng)。粉末造成被暫停，然后類似液體。這種預(yù)熱氣體均勻混合的粉狀產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)是非常均勻的物質(zhì)，會(huì)產(chǎn)生熱量輸運(yùn)現(xiàn)象這也保證了溫度分布非常均勻。 流化床工藝批量處理還是連續(xù)處理 &e熱風(fēng)循環(huán)烘箱溫度過(guò)沖太大是指第一次開(kāi)機(jī)時(shí)，工作溫度超過(guò)設(shè)定溫度3℃以上后，再慢慢降低并穩(wěn)定在目標(biāo)溫度上的現(xiàn)象。一些醫(yī)藥、生物、化工、食品、電子等行業(yè)對(duì)這種現(xiàn)象是比較敏感的�！ � 徹底消除溫度過(guò)沖是不可能的。使溫度過(guò)沖達(dá)到可以接受的程度是有辦法的。對(duì)于以前購(gòu)買產(chǎn)品的用戶來(lái)講，這里有以下幾種辦法可供用戶 該干燥機(jī)的爐可以承受特殊的操作，通過(guò)合理的布置能很好的控制整個(gè)的進(jìn)程，這樣非常適合任何類型的物料，有了這個(gè)^的溫度，可以增強(qiáng)^終的成品效果，其特點(diǎn)非常受到歡迎。 流化床煅燒爐特點(diǎn)： 溫度剖面。振動(dòng)流化床廠家介紹由于煅燒爐有多種熱的輸 雙滾筒轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)的原理和優(yōu)勢(shì)是什么？
先簡(jiǎn)單的介紹一下我們今天要介紹的干燥設(shè)備，滾筒轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)簡(jiǎn)介滾筒轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)（簡(jiǎn)稱滾筒干燥機(jī)）是一種以傳導(dǎo)傳熱方式使物料加熱、水分氣化的干燥器。在有些文獻(xiàn)中稱之為轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)、薄膜刮板
|
【返回】
· 相關(guān)行業(yè)產(chǎn)品：
· 最新行業(yè)資訊：
· 鄭重聲明：
1、本站文章均從網(wǎng)絡(luò)搜集轉(zhuǎn)載，意在傳播更多信息，并不代表本站觀點(diǎn)，本站無(wú)法對(duì)其真實(shí)性進(jìn)行考證、負(fù)責(zé)。
2、如轉(zhuǎn)載內(nèi)容牽涉到作品版權(quán)問(wèn)題，并非出于本站故意！在接到相關(guān)權(quán)利人通知后我們會(huì)在第一時(shí)間加以更正。
3、本站為客戶提供閃蒸干燥機(jī)、沸騰干燥機(jī)、一步制粒機(jī)等優(yōu)質(zhì)干燥設(shè)備產(chǎn)品。 |
|
|
|
