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蜂蜜喷雾干燥过程数值模拟及实验研究

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喷雾干燥做为一个较为广泛应用的工程技术手段,在诸如雾化、干燥等基础理论方 面的研究是比较完备的,这些定性或经验化的结论在喷雾干燥塔的设计及指导喷雾干燥 的实际生产方面起到了较大作用。但现阶段喷雾干燥过程也存在着粘壁、能耗大等值得 分析改进的问题,并且对于喷干塔内部运行情况的了解也十分匮乏。本文在对喷雾干燥 塔内流动特点的基本认识的基础上,采用较为成熟的计算流体力学模型及算法,建立适 用于蜂蜜物料喷雾干燥的应用模型,对其喷雾、干燥的过程进行数值模拟,并分析其内 部的流场特性,找出试验过程的关键控制边界条件与操作要点,为减少工程试验成本、 预测试验结果、改进喷雾干燥塔的设计等方面提供一条方便快捷的途径。
在分析了蜂蜜混合料液的特性及其在离心喷雾干燥塔内的运动及水分蒸发情况的 基础上,对简化的喷雾干燥塔的几何结构划分三角形计算区域,评估网格划分的质量。 本文重点分析并建立了旋转式雾化器由雾化至完成雾滴分布的~系列应用模型,并通过 试验确定了在本试验操作条件范围内的雾滴尺寸的分布参数为1.76。同时建立了雾滴离 散相、热空气连续相的干燥模型。
在定义了连续相和离散相边界条件以后,在不同的料液含水率、热空气入口温度、 进料速率、雾化盘转速等条件下求解模型,分析流场的特点并找出关键的控制边界条件, 并通过试验验证模型的适用性;在不同转速下雾滴轨迹图和不同热风进口温度及进料速 率下的蒸发量等数据基础上,分析了喷雾干燥中雾滴的运动情况及蒸发情况。最后通过 均匀试验优化得到一个较优的工艺操作条件:雾化操作转速为24000r/rain,进料速率 2.90kg/h.进风温度458K;在此条件下,产品的含水率为3.2%,出粉率为21%。
关键词:喷雾干燥、数值模拟、雾化模型、蜂蜜、实验型喷雾干燥机

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