在生物質(zhì)資源加工利用中噴霧干燥的機(jī)理研究

1. 1 霧化器性能和霧化機(jī)理的研究
霧化器是把液體霧化成細(xì)小霧滴的核心裝置, 其性能好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在生產(chǎn)中, 往往會(huì)出現(xiàn)大顆粒沒(méi)有干透、小顆粒已經(jīng)過(guò)干的現(xiàn)象。因此, 霧化器必須滿足生產(chǎn)工藝要求, 既保證料液的分散度, 又能把粒徑變化控制在小限度。母福生等[ 22] 從理論上推導(dǎo)噴霧干燥技術(shù)中霧化器流量、霧化角各自的關(guān)系公式, 基于空氣動(dòng)力干擾學(xué)說(shuō)推導(dǎo)出霧化后液滴平均直徑的理論公式, 找出它們內(nèi)在聯(lián)系, 并通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。郝文生等[ 23] 對(duì)離心霧化的成因作了詳細(xì)的分析, 得出液滴的3種形成方式: 直接分裂成液滴、絲狀割裂成液滴、膜狀分裂成液滴。虞子云[ 24] 通過(guò)對(duì)二流體外混、二流體內(nèi)混、三流體內(nèi)混和三流體內(nèi)外組合混等4種類型氣流噴嘴在不同的噴嘴幾何尺寸、料液物性、操作條件下的霧化試驗(yàn)比較和分析, 指出了各種噴嘴的適用場(chǎng)合, 例如, 二流體內(nèi)混式噴嘴能耗小,是水及物性接近于水的大多數(shù)低黏度物料霧化的適用噴嘴; 三流體內(nèi)混式噴嘴能耗比二流體內(nèi)混式大, 適合在高黏度物料場(chǎng)合使用。
1. 2 噴霧干燥中氣流與微粒的運(yùn)動(dòng)及相對(duì)運(yùn)動(dòng)
噴霧干燥系統(tǒng)是一個(gè)多輸入多輸出的復(fù)雜系統(tǒng), 時(shí)間長(zhǎng), 損失較大, 試驗(yàn)成本較高。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展, 使得模擬噴霧干燥這個(gè)復(fù)雜過(guò)程成為可能。Langrish 等[ 25] 結(jié)合噴霧干燥的特點(diǎn),建立了模擬食品在噴霧干燥室內(nèi)氣體-顆粒兩相湍流流動(dòng)的模型。應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)對(duì)干燥器內(nèi)食品干燥的氣-粒兩相流運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了模擬, 研究了食品噴霧干燥中器壁沉積顆粒的成因, 得出減少器壁沉積率的適宜條件: 大噴射錐度60b和大量的渦流進(jìn)氣62b。Huang等[ 26] 應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)對(duì)麥芽糊精在離心霧化器和壓力管霧化器的噴霧干燥性能作了比較研究, 模擬結(jié)果顯示兩種霧化器產(chǎn)生非常不同的顆粒尺寸分布和霧化樣式, 得到的顆粒軌跡展示了不同的溫度、流量和干燥特性, 為在一種噴霧干燥腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)多種生物質(zhì)物料噴霧干燥的可行性研究提供了素材。雖然CFD應(yīng)用已日漸廣泛, 但是CFD 的模型驗(yàn)證需要更多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持, 而在生物質(zhì)資源加工利用中噴霧干燥環(huán)境很難取得良好的測(cè)試數(shù)據(jù), 使得CFD技術(shù)在生物質(zhì)物料噴霧干燥中的應(yīng)用還有待于進(jìn)一步提高。