论文部分内容阅读
颗粒的粒径在模拟干燥过程中是重要参数之一:颗粒在飘落过程中,所受空气阻力由粒径大小影响,不同粒径导致计算过程中颗粒沉降速率不同,直接影响到颗粒在喷雾干燥过程中停留时间;其次不同粒径计算的颗粒表面积计算会有很大差异,影响颗粒干燥过程中传热与传质速率,使得模拟的结果出现偏差,因此对粒径变化的研究是优化模拟过程重要任务之一。 本次课题主要目的是研究液滴颗粒在喷雾干燥过程中形貌变化;测量颗粒在干燥前后粒径收缩比值,并将比值作为边界条件与理想收缩公式以及Lin和Chen线性公式预测的结果进行对比,以此验证粒径收缩公式的准确性;通过实验数据进行拟合得到全脂牛奶颗粒干燥收缩曲线。 工业喷雾干燥没有稳定的流场分布以及均一的粒径分布,即便用统一的粒径,颗粒干燥过程也是相当复杂,因此有必要对干燥模拟实验进行简化:即颗粒粒径大小一致;颗粒在干燥过程中所经历的干燥条件一致。本课题使用自行设计并制造的直筒型小型喷雾塔,颗粒在重力和空气阻力作用下,基本上做减速自由落体运动,没有出现返混或者回流现象;喷雾器采用的是单粒径雾化器,能够喷雾粒径均匀的颗粒,颗粒干燥后依然保持粒径均一,且颗粒的粒径测量容易进行。实验多种溶液进行测试,包括全脂牛奶、乳糖、DHA乳液、葡萄糖以及牛磺酸。 全脂牛奶干燥实验所得的粒径收缩数据与Lin和Chen的预测的线性公式接近,优于理想收缩公式,此外还有DHA乳液也是一样的结果,而乳糖、葡萄糖溶液粒径收缩比值均介于两者之间。Lin和Chen线性公式是由“单液滴干燥”实验所拟合而来的,这也同时证明了进行单液滴干燥实验的可行性和必要性。同时也说明,含油脂的颗粒收缩与“理想收缩”有较大差距。 实验发现,颗粒的最终含水率主要受颗粒粒径影响,其次是牛奶初始浓度,其余因素影响较小。而模拟的结果,与实际趋势一致。模拟使用的是一维REA干燥模型,REA是计算水分蒸发速率半经验性模型。预测最终干基含水率,当最终含水率的模拟结果在值域3%至30%范围内预测较为准确,有些结果出现“过干”现象,可能是由于一维模型没有考虑蒸气三维分布计算的缘故。无论如何,本课题工作为今后厦门大学在喷雾干燥领域进一步发展提供了有效的基础。