脈動(dòng)氣流噴霧干燥機(jī)霧化料液的試驗(yàn)

　　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(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(dòng)燃燒器運(yùn)用過程的研究中發(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，無需噴嘴和高壓泵，可免除噴嘴維修的時(shí)間和費(fèi)用，也無需氣體泵送裝置，這顯然是脈動(dòng)燃燒噴霧干燥技術(shù)所具有的一個(gè)zui大優(yōu)點(diǎn)。以脈動(dòng)氣流作為霧化動(dòng)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(dòng)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(dòng)氣流料液霧化方面的研究極少。脈動(dòng)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(dòng)氣流霧化的特點(diǎn)、效果和作用機(jī)理非常必要。

　　脈動(dòng)燃燒器產(chǎn)生的高溫振蕩尾氣流對于很多料液能同時(shí)進(jìn)行破碎和干燥，提供了一種新的霧化方法——脈動(dòng)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(dòng)燃燒尾氣流霧化料液過程中料液流量、脈動(dòng)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(dòng)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(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；采用脈動(dòng)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(gè)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(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(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)燃燒器頻率跳變原理，脈動(dòng)氣流的脈動(dòng)頻率通過改變脈動(dòng)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(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(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）；zui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(dòng)燃燒器，固定燃?xì)饬髁繛?.9m3/h，選定脈動(dòng)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(dòng)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(dòng)頻率一定，料液流量變化條件下霧化

　　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

　　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)，測得霧滴DVS值分別為66μm、53μm、59μm和76μm?？梢?，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(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Γ兄谝旱蔚谋砻媸湛s，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(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。

　　當(dāng)流量分別為62L/h、54L/h和35L/時(shí)，測得霧滴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(dòng)頻率分別為100Hz、74Hz和61 Hz時(shí)，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(gè)頻率樣本中頻率為100.51Hz時(shí)的霧化效果。

　　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；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)一步的研究將通過理論與試驗(yàn)相結(jié)合的方式，對脈動(dòng)氣流的霧化機(jī)理進(jìn)行探索

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