噴霧干燥在生物質資源加工利用中的研究進展
1 在生物質資源加工利用中噴霧干燥的機理研究
1. 1 霧化器性能和霧化機理的研究
霧化器是把液體霧化成細小霧滴的核心裝置, 其性能好壞直接影響產品質量和技術經濟指標。在生產中, 往往會出現大顆粒沒有干透、小顆粒已經過干的現象。因此, 霧化器滿足生產工藝要求, 既保證料液的分散度, 又能把粒徑變化控制在Z小限度。母福生等[ 22] 從理論上推導噴霧干燥技術中霧化器流量、霧化角各自的關系公式, 基于空氣動力干擾學說推導出霧化后液滴平均直徑的理論公式, 找出它們內在聯系, 并通過相關實驗數據進行驗證。郝文生等[ 23] 對離心霧化的成因作了詳細的分析, 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] 通過對二流體外混、二流體內混、三流體內混和三流體內外組合混等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比較和分析, 指出了各種噴嘴的適用場合, 例如, 二流體內混式噴嘴能耗Z小,是水及物性接近于水的大多數低黏度物料霧化的適用噴嘴; 三流體內混式噴嘴能耗比二流體內混式大, 適合在高黏度物料場合使用。
1. 2 噴霧干燥中氣流與微粒的運動及相對運動
噴霧干燥系統是一個多輸入多輸出的復雜系統, 時間長, 損失較大, 試驗成本較高。隨著計算機技術的發展, 使得模擬噴霧干燥這個復雜過程成為可能。Langrish 等[ 25] 結合噴霧干燥的特點,建立了模擬食品在噴霧干燥室內氣體-顆粒兩相湍流流動的模型。應用計算流體力學對干燥器內食品干燥的氣-粒兩相流運動進行了模擬, 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: Z大噴射錐度60b和Z大量的渦流進氣62b。Huang等[ 26] 應用計算流體力學對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, 模擬結果顯示兩種霧化器產生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實現多種生物質物料噴霧干燥的可行性研究提供了素材。雖然CFD應用已日漸廣泛, 但是CFD 的模型驗證需要更多的試驗數據支持, 而在生物質資源加工利用中噴霧干燥環境很難取得良好的測試數據, 使得CFD技術在生物質物料噴霧干燥中的應用還有待于進一步提高。
