小型实验室喷雾干燥机粘壁现象的研究

奶粉行业喷雾干燥技术已日趋成熟,但仍存在一些问题亟需解决,诸如干燥产品杂质度高、液滴蒸发量低、干燥器内壁挂粉等,其中严重的就是奶粉喷雾干燥过程中的粘壁(即挂粉)现象。本文以GIPP-2000实验室小型喷雾干燥机为基础模型,采用理论分析、数值仿真和实验研究相结合的方法,研究奶粉喷雾干燥过程中可控操作参数对粘壁现象的影响,为奶粉生产提供理论依据。搭建了喷雾干燥实验平台,对进风温度、料液浓度、进料速率三个变量分别进行了单因素实验与响应曲面实验设计,并在不同工况下分别取样利用环境扫描电镜进行微观结构观察,利用红外真空干燥箱进行含水量测定,找出了在粘壁量前提下的工艺参数用于后续的数值模拟验证。工艺参数为：进风温度200℃,料液浓度25%,泵转速55r/min。分析了工艺下各因素的交互作用响应曲面图,表明进风温度和泵转速的交互作用对粘壁的影响较大,在选择参数时要综合考虑各因素的交互作用。运用前处理软件GAMBIT对气流式喷雾干燥塔几何模型进行了整体网格划分和局部加密；在FLUENT中考虑了重力和空气拽力对雾滴运动的影响,以及离散相与连续相的双向耦合,建立了波动破碎雾化模型来模拟雾滴的二次雾化,并将壁面离散相边界条件设置为trap,确定了迭代时间步长为0.0001s,对离散相进行了非稳态追踪。得到并分析了塔内流场的温度分布、速度分布、湿度分布及颗粒轨迹、颗粒温度、颗粒停留时间等特性。为了加深对粘壁现象的研究,还分析了雾滴滴径的影响因素和旋风分离装置对粘壁的影响。结果证实：雾滴的平均滴径随着进风温度、进料速率的增大而增大,随气液相对速度的增大而减小；旋风分离器对粒径20μm以内的颗粒分离性能较好,粒径过大就易在旋风分离器发生粘壁。