1 在生物质资源加工利用中喷雾干燥的机理研究
1. 1 雾化器性能和雾化机理的研究
雾化器是把液体雾化成细小雾滴的核心装置, 其性能好坏直接影响产品质量和技术经济指标。在生产中, 往往会出现大颗粒没有干透、小颗粒已经过干的现象。因此, 雾化器满足生产工艺要求, 既保证料液的分散度, 又能把粒径变化控制在Z小限度。母福生等[ 22] 从理论上推导喷雾干燥技术中雾化器流量、雾化角各自的关系公式, 基于空气动力干扰学说推导出雾化后液滴平均直径的理论公式, 找出它们内在联系, 并通过相关实验数据进行验证。郝文生等[ 23] 对离心雾化的成因作了详细的分析, 得出液滴的3种形成方式: 直接分裂成液滴、丝状割裂成液滴、膜状分裂成液滴。虞子云[ 24] 通过对二流体外混、二流体内混、三流体内混和三流体内外组合混等4种类型气流喷嘴在不同的喷嘴几何尺寸、料液物性、操作条件下的雾化试验比较和分析, 指出了各种喷嘴的适用场合, 例如, 二流体内混式喷嘴能耗Z小,是水及物性接近于水的大多数低黏度物料雾化的适用喷嘴; 三流体内混式喷嘴能耗比二流体内混式大, 适合在高黏度物料场合使用。
1. 2 喷雾干燥中气流与微粒的运动及相对运动
喷雾干燥系统是一个多输入多输出的复杂系统, 时间长, 损失较大, 试验成本较高。随着计算机技术的发展, 使得模拟喷雾干燥这个复杂过程成为可能。Langrish 等[ 25] 结合喷雾干燥的特点,建立了模拟食品在喷雾干燥室内气体-颗粒两相湍流流动的模型。应用计算流体力学对干燥器内食品干燥的气-粒两相流运动进行了模拟, 研究了食品喷雾干燥中器壁沉积颗粒的成因, 得出减少器壁沉积率的适宜条件: Z大喷射锥度60b和Z大量的涡流进气62b。Huang等[ 26] 应用计算流体力学对麦芽糊精在离心雾化器和压力管雾化器的喷雾干燥性能作了比较研究, 模拟结果显示两种雾化器产生不同的颗粒尺寸分布和雾化样式, 得到的颗粒轨迹展示了不同的温度、流量和干燥特性, 为在一种喷雾干燥腔内实现多种生物质物料喷雾干燥的可行性研究提供了素材。虽然CFD应用已日渐广泛, 但是CFD 的模型验证需要更多的试验数据支持, 而在生物质资源加工利用中喷雾干燥环境很难取得良好的测试数据, 使得CFD技术在生物质物料喷雾干燥中的应用还有待于进一步提高。