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：  　　报告简介 　　本报告通过深入调查分析，把握行业目前所处的全球和国内宏观经济形势，具体分析该产品所在的细分市场，对二维运动混合机行业总体市场的供求趋势及行业前景做出判断；明确目标市场、分析竞争对手，了解产品定位，把握市场特征，发掘价格规律，创新营销手段，提出二维运动混合机行业市场进入和市场开拓策略，对行业未来发展提出可行性建议。 　　报告属性 　　【报告性质】：专题调研 　　【报告名称】：2009-2010年中国二维运动混合机产业专项调查分析报告 　　【发布时间】：2009年 　　【表述方式】：文字分析、数据比锥形混合机全称为悬臂双螺旋锥形混合机，锥形混合机广泛用于化工、农药、染料、食品、饲料、建材、稀土等粉体与粉体（固—液）的混合。锥形混合机对混合物料适应性广，对热敏性物料不会产生过热，对颗粒物料不会压馈和磨碎，对比重悬殊和粒度不同的物料混合不会产生分屑离析现象； 　　锥形混合机工作原理： 　　锥形混合机筒内两只非对称螺旋自转将物料向上提升，转臂慢速公转运动；使螺旋外的物料，不同程度进入螺柱，从而达到全圆周方位物料的不断更新扩散，被提到上部的两股物料再向中心凹穴汇合，形成一股向下的物料流，补充了底部的空缺，从而形成对流循环的三重混合效经过干燥、保色加工整理而成的干燥花，既存鲜花之形、色、资、韵，又取干花之经久不凋，越来越受到人们的喜爱，它非常适合于光线较暗的咖啡厅、酒店以及家庭装饰。真空冷冻干燥是近年兴起的干燥花卉的新方法，用此干燥技术干燥较大的花朵植株，能够基本保持干燥花的形状、色泽和芳香，无污染，具有深入研究的前景。 　　冷冻干燥的基本原理 　　真空冷冻干燥是先将物料冻结到共晶点温度以下，使物料中的水分变成固态的冰，然后在适当的真空度下，使冰直接升华为水蒸汽。再用真空系统中的水汽凝结器（捕水器）将水蒸汽冷凝，从而获得干燥制品的技术。 　　水的相平衡关粘性、油性物料一直是粉碎的难点。因为粉碎时随着细度和温度的升高，物料里所含的液体成分不断的析出，造成筛网堵塞，出料不畅，只能停机处理。 　　根据这种状况，首先，我们在设备内部作了一些改动，在粉碎室内加装了叶片，通过叶片的旋转，即加大了出风量，又降低了温度，使产量大大增加。其次，对集料布袋材料进行了调整，使用网眼较大，透气性良好的材料做成的集料袋，可使通风量增强，热量迅速排出，产能也得到了提高。 　　通过以上的技术改进，使得万能粉碎机在该领域的应用得到了广泛的提升。ZS系列振荡筛由料斗、振荡室、联轴器、电机组成。振荡室内有偏心轮、橡胶软件、主轴、轴承等组成。 　　ZS系列振荡筛可调节的偏心重锤经电机驱动传送到主轴中心线，在不平衡状态下，产生离心力，使物料强制改变在筛内形成轨道旋涡，重锤调节器的振幅大小可根据不同物料和筛网进行调节。 　　ZS系列振荡筛整机结构紧凑、体积小、不扬尘、噪音低、产量高、能耗低、移动、维修方便。 　　振荡筛可以应用在食品、化工等领域。

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