脉动气流喷雾干燥机雾化料液的试验 返回列表页

　　脉动燃烧喷雾干燥技术是将脉动燃烧器与传统喷雾干燥过程相结合而成的一种新型干燥技术，具有能源利用率高，排放污染小，传热传质效率高，设备简单等优点，该技术利用一种更有效的热能发生器——脉动燃烧器产生的高频、高温、高速振荡尾气流直接将液态物料雾化成小雾滴，然后快速完成雾滴的干燥过程[1]。传统的喷雾干燥设备由于喷嘴容易堵塞和磨损，经常需要停机修理和更换喷嘴。作者在对脉动燃烧器运用过程的研究中发现，利用脉动燃烧器产生的高速脉动气流可直接雾化料液，无需喷嘴和高压泵，可免除喷嘴维修的时间和费用，也无需气体泵送装置，这显然是脉动燃烧喷雾干燥技术所具有的一个zui大优点。以脉动气流作为雾化动力，对料液进行雾化操作，将能解决传统的喷雾干燥技术难题。目前，国内外对于脉动燃烧喷雾干燥的研究主要集中在其干燥过程的传热传质、数值模拟等基础理论方面和物料的干燥适应性方面[2~5]，而对于干燥前脉动气流料液雾化方面的研究极少。脉动气流对料液的雾化效果对于后续的雾滴干燥过程的有效进行和干燥后固体颗粒产品的质量都密切相关，因此，深入了解脉动气流雾化的特点、效果和作用机理非常必要。

　　脉动燃烧器产生的高温振荡尾气流对于很多料液能同时进行破碎和干燥，提供了一种新的雾化方法——脉动气流雾化，它用于喷雾干燥能够以更低的成本得到质量更好的粉末颗粒。本文研究了脉动燃烧尾气流雾化料液过程中料液流量、脉动气流频率和料液粘度对雾化粒度和粒度分布的影响规律。本试验采用的是小型亥尔姆霍茨（Helmholtz）型脉动燃烧器，通过激光测试仪获得雾粒的粒度和粒度分布等数据。试验结果分析表明：脉动气流频率越大、料液流量越小和料液粘度适中时雾化效果；采用脉动气流雾化得到的雾滴的Sauter平均直径更细，粒度重量分布均匀，。

　　 评价料液雾化效果的两个zui重要指标是雾滴粒度和粒度分布。本研究的主要目的是通过脉动气流雾化试验探求料液流量、脉动气流频率和料液粘度这三个因素各自对雾滴粒度和粒度分布的影响规律，希望有助于脉动气流雾化机理的研究，为脉动燃烧喷雾干燥技术的进一步开发和利用提供参考。

　　试验装置

　　kW的膜片式亥尔姆霍茨（Helmholtz）型脉动燃烧器[1]产生高频、高温、高速的脉动尾气流，脉动气流与从料液入口流入的料液混合而进行雾化试验，料液入口位于尾管末端。依据脉动燃烧器频率跳变原理，脉动气流的脉动频率通过改变脉动燃烧器尾管的长度来改变[2]。料液的流量和粘度分别通过转子流量计和粘度计测量。雾滴的粒度和粒度分布两个指标在本文分别用雾滴的Sauter平均直径（Dvs）和粒度重量分布表示。雾化后雾滴的Dvs值和粒度重量分布图由英国Malvern公司生产的Mastersizer

　　S型激光粒度测试仪[6]获得，激光粒度测试仪安装在距料液管出口下方280mm处，此处料液雾化*。

　　试验设计和安排

 　　通过前期预备试验，本文试验设计如下：首先进行脉动频率为100Hz以水为料液的不同流量条件下的脉动雾化试验，料液流量选三水平（62L/h、54 L/h和35 L/h）；再进行料液流量为35 L/h以水为料液的不同脉动频率条件下的脉动雾化试验，脉动频率选三水平（100Hz、75Hz和61Hz）；zui后进行100Hz频率和35L/h流量下不同动力粘度麦芽糖溶液的脉动雾化试验，实验原料选用北京市饴糖厂生产的高麦芽糖浆，通过稀释不同的倍数获得不同的粘度，粘度选四水平（0.001Pa.s、0.007 Pa.s、0.016 Pa.s和0.041 Pa.s）。每一工况下试验的具体步骤如下：

　　安装脉动燃烧器，固定燃气流量为0.9m3/h，选定脉动频率水平；

　　安装激光粒度测试仪，选择直径为300mm的透镜，其粒度测量范围为0.5～880μm；

　　安装实验台，调整尾管出口与激光光束的位置，其垂直距离为560mm是激光探测器采集数据点的*位置；

　　点燃脉动燃烧器，进行此条件下激光粒度测试仪光学校准和背景规零；

　　分别选定料液的流量水平和粘度水平，检测其雾化效果，记录实验数据；

　　选择激光测试仪的多分散相分析模型和Standard-Dry（3RHA）表示式，进行数据处理，得出雾滴的Dvs值和粒度重量分布图。

　　试验结果和分析

　　脉动频率一定，料液流量变化条件下雾化

　　脉动频率和料液流量一定条件下，料液粘度变化条件下雾化

　　当料液动力粘度分别为0.001Pa.s、0.007Pa.s、0.016Pa.s、和0.041Pa.s时，测得雾滴DVS值分别为66μm、53μm、59μm和76μm。可见，粘度变化对雾化效果也存在很大的影响，而且影响程度随着料液粘度的变化而变化。从实验及分析可以看出，随着料液动力粘度的增大，雾化细度先减小后增大。这种波动情况是由于表面张力的作用而出现的，粘度大的液体，其表面张力也大。适当的表面张力，有助于液滴的表面收缩，达到比较小的雾滴粒度，而且一定的表面张力可以阻止颗粒间进一步聚合；但是当表面张力过大，会对雾化起到阻碍的作用，雾化出来的雾滴粒度较大，对雾化过程不利。因此，在脉动频率和料液流量一定时，动力粘度适中的料液的雾化效果。

　　当流量分别为62L/h、54L/h和35L/时，测得雾滴DVS值分别为73μm、70μm和66μm。频率为100Hz的脉动燃烧器产生的脉动气流在雾化不同流量的料液时，随着流量的减小，雾滴DVS值减小，粒度重量分布越均匀。试验中还发现当流量低于28L/h时，雾滴粒度过小，极易被蒸发而来不及进行检测。为方便实验数据检测，本文选择雾化效果较好的流量为35L/h条件下进行后续实验。

　　当脉动频率分别为100Hz、74Hz和61 Hz时，测得雾滴DVS值分别为66μm、73μm和93μm，中间直径DM值分别为80μm、88μm和107μm。随着频率的减小，雾滴DVS值增大，粒度重量分布均匀性变差。当流量固定为35L/h，三个频率样本中频率为100.51Hz时的雾化效果。

　　从雾滴的Sauter平均直径和粒度重量分布两个方面，分别进行了料液流量、脉动气流频率和料液粘度对雾化效果影响的试验研究。试验结果表明，这三个影响因素对脉动气流雾化效果都有较大的影响，脉动气流频率越大、料液流量越小和料液粘度适中时雾化效果；本试验条件下采用脉动气流雾化得到的雾滴的Sauter平均直径在50～100μm之间，粒度重量分布均匀，应用前景广阔。进一步的研究将通过理论与试验相结合的方式，对脉动气流的雾化机理进行探索