脉动气流雾化料液的试验研究

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最大优点。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。 　　评价料液雾化效果的两个最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。 　　1 试验装置与方法 　　1.1 试验装置 　　图1所示为脉动气流雾化料液试验装置示意图，装置主体为脉动燃烧器和激光粒度测试仪。 　　图1  脉动气流雾化料液试验装置示意图 　　1-液化气瓶；2-减压阀；3-转子流量计；4- 　　U形压力计；5-电磁阀；6-控制器；7-燃气去耦室；8-燃气阀；9-火花塞；10-空气阀；11-鼓风机；12-燃烧室；13-尾管基段；14-尾管；15-料液入口；16-激光粒度测试仪 　　进行脉动气流雾化试验，首先需要一台工作性能稳定可靠的脉动燃烧器，本研究采用功率为25 　　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，此处料液雾化完全。 　　1.2 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）；最后进行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： 　　1)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； 　　2)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； 　　3)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最佳位置； 　　4)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； 　　5)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； 　　6)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。 　　2 试验结果和分析 　　2.1 脉动频率一定，料液流量变化条件下雾化 　　图2是脉动频率为100Hz的脉动气流雾化流量变化的纯水料液时所得到的雾滴粒度重量分布图。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。 　　图2  脉动频率100 Hz雾滴粒度重量分布图             图3  料液流量35 L/h 雾滴粒度重量分布图 　　2.2 料液流量一定，脉动频率变化条件下雾化 　　图3是流量为35L/h的纯水料液脉动频率变化时所得到的雾滴粒度重量分布图。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时的雾化效果最好。 　　2.3 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 　　图4是脉动气流频率为100Hz，雾化流量固定为35L/h时的不同动力粘度的料液，所得到的雾滴粒度重量分布图。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最好。 　　图4  脉动频率100 Hz、流量35L/h雾滴粒度重量分布图 　　3 结语 　　本文从雾滴的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最好；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。 · 行业聚焦： 塑料混合机的安装使用与维护 　　塑料混合机主要是用于聚氯乙烯树脂的混合、着色，聚乙烯、聚炳烯颗粒的着色、干燥，ABS、聚碳树脂等吸湿性树脂成型加工前的干燥，酚醛树脂的混合等工序。它是塑料加工厂必备的设备之一，在橡胶、制药、染料等行业中也有广泛的用途。 　　由于它具有混合快、混和物均匀，树脂对增塑剂的吸收性好，机器操作简便，易于清扫，坚固耐用，结构紧凑等优点，广泛地应用于各种塑料行业的生产中。 　　1. 塑料混合2006年以来，受全国化工发展形势持续向好带动，干燥设备市场形势稳中看好，生产企业普遍获得了较好的经营业绩。干燥设备的科技含量初显出主导作用。 　　目前干燥设备服务化工行业的显著特点是技术含量的作用日益突出。这与过去销售产品主要靠价格竞争已有很大不同。其中，一些干燥设备技术含量高，注重发展新品的厂家，效益日渐提升；相反，一些产品技术含量低，新品和新技术开发能力弱的企业，效益开始下滑。 　　市场反应显示，化工行业期待干燥设备制造业按照高品质、低能耗、环保型的要求调整产品结构，进一步加强基础研究，夯实应用研发的基础。在技术方面，加强自动化、测试、制造工草药粉碎机这样的小农机真是既经济又实惠，政府补贴到我们的心坎上了……”新疆福海县阔克阿尕什乡阔克卓尔尕村农牧民沙依兰家高兴的说。在机声隆隆中，一台小型多功能铡草机将一堆堆的玉米杆粉碎成优质青贮饲料，同步带轮既快捷又省力，同步带 同步带轮 皮带轮为沙依兰解决了牛羊越冬饲草料不足的难题。 　　高效粉碎机今年福海县由于气候原因，牲畜越冬饲草严重不足，为解决这一难题，县政府紧紧围绕社会主义新农村建设，同步带 同步带轮 皮带轮在种植业机械化率逐年提高、农机化项目科技含量逐年增加的基础上，不断拓展农机化服务领域，同步带依托农机购置补贴政策，把大面积推广饲料粉碎机作为 　　常温通风干燥机由干燥仓和风机组成。按通风方式的不同有垂直气流式和径向通风式两种。 　　径向通风干燥仓是由透风仓壁和密封仓顶构成的圆筒仓，仓底设有进风口，仓的中心设透气通风管。常温通风干燥仓结构简单，使用成本低，对谷物无污染，但干燥速度受空气湿度的影响较大。空气由风机从进风口送入透气通风管，由管壁四周流出，径向穿过谷层并吸收水分后，从仓的侧壁排出。由于气流穿过的谷层较薄，因而干燥较快。 　　垂直气流式通风干燥仓由带小孔的透风地板承受谷物，地板下留有通风道，空气由风机吹入通风道，穿过地如果保存生物特性敏感的组织及组织，那么使用冷冻干燥成为的最佳方法。使用冷冻干燥保存易脱水的产品，在加水以后能够再次恢复原材料的特性，不影响其生物活性等。也适合于在非常低温的状态下达到干燥，蛋白质保持无水，而其他主要的化学键保持质的量不变 通过冷冻干燥，组织、组织提取物、细菌、疫苗及血浆之类的材料，成为干燥状态，从而不会发生酶的、细菌的及化学的改变。 　　而传统高温干燥机的缺点在于会引起材料皱缩，破坏细胞，在冰冻干燥的过程中样品的结构不会被破坏，因为固体成份被在其位子上的坚冰支持着。在冰升华时，他会留下孔隙在干燥的剩余物质里。这样就保留了产品的生物和化学结构及其活性的完整性。

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