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蜂蜜噴霧干燥過程數值模擬及實驗研究

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噴霧干燥做為一個較為廣泛應用的工程技術手段,在諸如霧化、干燥等基礎理論方 面的研究是比較完備的,這些定性或經驗化的結論在噴霧干燥塔的設計及指導噴霧干燥 的實際生產方面起到了較大作用。但現階段噴霧干燥過程也存在著粘壁、能耗大等值得 分析改進的問題,并且對于噴干塔內部運行情況的了解也十分匱乏。本文在對噴霧干燥 塔內流動特點的基本認識的基礎上,采用較為成熟的計算流體力學模型及算法,建立適 用于蜂蜜物料噴霧干燥的應用模型,對其噴霧、干燥的過程進行數值模擬,并分析其內 部的流場特性,找出試驗過程的關鍵控制邊界條件與操作要點,為減少工程試驗成本、 預測試驗結果、改進噴霧干燥塔的設計等方面提供一條方便快捷的途徑。
在分析了蜂蜜混合料液的特性及其在離心噴霧干燥塔內的運動及水分蒸發情況的 基礎上,對簡化的噴霧干燥塔的幾何結構劃分三角形計算區域,評估網格劃分的質量。 本文重點分析并建立了旋轉式霧化器由霧化至完成霧滴分布的~系列應用模型,并通過 試驗確定了在本試驗操作條件范圍內的霧滴尺寸的分布參數為1.76。同時建立了霧滴離 散相、熱空氣連續相的干燥模型。
在定義了連續相和離散相邊界條件以后,在不同的料液含水率、熱空氣入口溫度、 進料速率、霧化盤轉速等條件下求解模型,分析流場的特點并找出關鍵的控制邊界條件, 并通過試驗驗證模型的適用性;在不同轉速下霧滴軌跡圖和不同熱風進口溫度及進料速 率下的蒸發量等數據基礎上,分析了噴霧干燥中霧滴的運動情況及蒸發情況。最后通過 均勻試驗優化得到一個較優的工藝操作條件:霧化操作轉速為24000r/rain,進料速率 2.90kg/h.進風溫度458K;在此條件下,產品的含水率為3.2%,出粉率為21%。
關鍵詞:噴霧干燥、數值模擬、霧化模型、蜂蜜、實驗型噴霧干燥機
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