小型實(shí)驗(yàn)室噴霧干燥機(jī)粘壁現(xiàn)象的研究

奶粉行業(yè)噴霧干燥技術(shù)已日趨成熟,但仍存在一些問題亟需解決,諸如干燥產(chǎn)品雜質(zhì)度高、液滴蒸發(fā)量低、干燥器內(nèi)壁掛粉等,其中嚴(yán)重的就是奶粉噴霧干燥過程中的粘壁(即掛粉)現(xiàn)象。本文以GIPP-2000實(shí)驗(yàn)室小型噴霧干燥機(jī)為基礎(chǔ)模型,采用理論分析、數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,研究奶粉噴霧干燥過程中可控操作參數(shù)對(duì)粘壁現(xiàn)象的影響,為奶粉生產(chǎn)提供理論依據(jù)。搭建了噴霧干燥實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)進(jìn)風(fēng)溫度、料液濃度、進(jìn)料速率三個(gè)變量分別進(jìn)行了單因素實(shí)驗(yàn)與響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),并在不同工況下分別取樣利用環(huán)境掃描電鏡進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)觀察,利用紅外真空干燥箱進(jìn)行含水量測(cè)定,找出了在粘壁量前提下的工藝參數(shù)用于后續(xù)的數(shù)值模擬驗(yàn)證。工藝參數(shù)為：進(jìn)風(fēng)溫度200℃,料液濃度25%,泵轉(zhuǎn)速55r/min。分析了工藝下各因素的交互作用響應(yīng)曲面圖,表明進(jìn)風(fēng)溫度和泵轉(zhuǎn)速的交互作用對(duì)粘壁的影響較大,在選擇參數(shù)時(shí)要綜合考慮各因素的交互作用。運(yùn)用前處理軟件GAMBIT對(duì)氣流式噴霧干燥塔幾何模型進(jìn)行了整體網(wǎng)格劃分和局部加密；在FLUENT中考慮了重力和空氣拽力對(duì)霧滴運(yùn)動(dòng)的影響,以及離散相與連續(xù)相的雙向耦合,建立了波動(dòng)破碎霧化模型來模擬霧滴的二次霧化,并將壁面離散相邊界條件設(shè)置為trap,確定了迭代時(shí)間步長(zhǎng)為0.0001s,對(duì)離散相進(jìn)行了非穩(wěn)態(tài)追蹤。得到并分析了塔內(nèi)流場(chǎng)的溫度分布、速度分布、濕度分布及顆粒軌跡、顆粒溫度、顆粒停留時(shí)間等特性。為了加深對(duì)粘壁現(xiàn)象的研究,還分析了霧滴滴徑的影響因素和旋風(fēng)分離裝置對(duì)粘壁的影響。結(jié)果證實(shí)：霧滴的平均滴徑隨著進(jìn)風(fēng)溫度、進(jìn)料速率的增大而增大,隨氣液相對(duì)速度的增大而減小；旋風(fēng)分離器對(duì)粒徑20μm以內(nèi)的顆粒分離性能較好,粒徑過大就易在旋風(fēng)分離器發(fā)生粘壁。