脈動氣流噴霧干燥機(jī)霧化料液的試驗(yàn)

　　脈動燃燒噴霧干燥技術(shù)是將脈動燃燒器與傳統(tǒng)噴霧干燥過程相結(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程[1]。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。作者在對脈動燃燒器運(yùn)用過程的研究中發(fā)現(xiàn)，利用脈動燃燒器產(chǎn)生的高速脈動氣流可直接霧化料液，無需噴嘴和高壓泵，可免除噴嘴維修的時間和費(fèi)用，也無需氣體泵送裝置，這顯然是脈動燃燒噴霧干燥技術(shù)所具有的一個zui大優(yōu)點(diǎn)。以脈動氣流作為霧化動力，對料液進(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，國內(nèi)外對于脈動燃燒噴霧干燥的研究主要集中在其干燥過程的傳熱傳質(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]，而對于干燥前脈動氣流料液霧化方面的研究極少。脈動氣流對料液的霧化效果對于后續(xù)的霧滴干燥過程的有效進(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，深入了解脈動氣流霧化的特點(diǎn)、效果和作用機(jī)理非常必要。

　　脈動燃燒器產(chǎn)生的高溫振蕩尾氣流對于很多料液能同時進(jìn)行破碎和干燥，提供了一種新的霧化方法——脈動氣流霧化，它用于噴霧干燥能夠以更低的成本得到質(zhì)量更好的粉末顆粒。本文研究了脈動燃燒尾氣流霧化料液過程中料液流量、脈動氣流頻率和料液粘度對霧化粒度和粒度分布的影響規(guī)律。本試驗(yàn)采用的是小型亥爾姆霍茨（Helmholtz）型脈動燃燒器，通過激光測試儀獲得霧粒的粒度和粒度分布等數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果分析表明：脈動氣流頻率越大、料液流量越小和料液粘度適中時霧化效果；采用脈動氣流霧化得到的霧滴的Sauter平均直徑更細(xì)，粒度重量分布均勻，。

　　 評價(jià)料液霧化效果的兩個zui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脈動氣流霧化試驗(yàn)探求料液流量、脈動氣流頻率和料液粘度這三個因素各自對霧滴粒度和粒度分布的影響規(guī)律，希望有助于脈動氣流霧化機(jī)理的研究，為脈動燃燒噴霧干燥技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)和利用提供參考。

　　試驗(yàn)裝置

　　kW的膜片式亥爾姆霍茨（Helmholtz）型脈動燃燒器[1]產(chǎn)生高頻、高溫、高速的脈動尾氣流，脈動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)脈動燃燒器頻率跳變原理，脈動氣流的脈動頻率通過改變脈動燃燒器尾管的長度來改變[2]。料液的流量和粘度分別通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)和粘度計(jì)測量。霧滴的粒度和粒度分布兩個指標(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Malvern公司生產(chǎn)的Mastersizer

　　S型激光粒度測試儀[6]獲得，激光粒度測試儀安裝在距料液管出口下方280mm處，此處料液霧化*。

　　試驗(yàn)設(shè)計(jì)和安排

 　　通過前期預(yù)備試驗(yàn)，本文試驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：首*行脈動頻率為100Hz以水為料液的不同流量條件下的脈動霧化試驗(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頻率條件下的脈動霧化試驗(yàn)，脈動頻率選三水平（100Hz、75Hz和61Hz）；zui后進(jìn)行100Hz頻率和35L/h流量下不同動力粘度麥芽糖溶液的脈動霧化試驗(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：

　　安裝脈動燃燒器，固定燃?xì)饬髁繛?.9m3/h，選定脈動頻率水平；

　　安裝激光粒度測試儀，選擇直徑為300mm的透鏡，其粒度測量范圍為0.5～880μm；

　　安裝實(shí)驗(yàn)臺，調(diào)整尾管出口與激光光束的位置，其垂直距離為560mm是激光探測器采集數(shù)據(jù)點(diǎn)的*位置；

　　點(diǎn)燃脈動燃燒器，進(jìn)行此條件下激光粒度測試儀光學(xué)校準(zhǔn)和背景規(guī)零；

　　分別選定料液的流量水平和粘度水平，檢測其霧化效果，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；

　　選擇激光測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。

　　試驗(yàn)結(jié)果和分析

　　脈動頻率一定，料液流量變化條件下霧化

　　脈動頻率和料液流量一定條件下，料液粘度變化條件下霧化

　　當(dāng)料液動力粘度分別為0.001Pa.s、0.007Pa.s、0.016Pa.s、和0.041Pa.s時，測得霧滴DVS值分別為66μm、53μm、59μm和76μm。可見，粘度變化對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，隨著料液動力粘度的增大，霧化細(xì)度先減小后增大。這種波動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)表面張力過大，會對霧化起到阻礙的作用，霧化出來的霧滴粒度較大，對霧化過程不利。因此，在脈動頻率和料液流量一定時，動力粘度適中的料液的霧化效果。

　　當(dāng)流量分別為62L/h、54L/h和35L/時，測得霧滴DVS值分別為73μm、70μm和66μm。頻率為100Hz的脈動燃燒器產(chǎn)生的脈動氣流在霧化不同流量的料液時，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，霧滴粒度過小，極易被蒸發(fā)而來不及進(jìn)行檢測。為方便實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)檢測，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)。

　　當(dāng)脈動頻率分別為100Hz、74Hz和61 Hz時，測得霧滴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，三個頻率樣本中頻率為100.51Hz時的霧化效果。

　　從霧滴的Sauter平均直徑和粒度重量分布兩個方面，分別進(jìn)行了料液流量、脈動氣流頻率和料液粘度對霧化效果影響的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，這三個影響因素對脈動氣流霧化效果都有較大的影響，脈動氣流頻率越大、料液流量越小和料液粘度適中時霧化效果；本試驗(yàn)條件下采用脈動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)一步的研究將通過理論與試驗(yàn)相結(jié)合的方式，對脈動氣流的霧化機(jī)理進(jìn)行探索

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