雾滴干燥时间的分析介绍，

为了完成满足产品指标要求的干燥操作,有足够的停留时间是十分重要的。热量衡算及物料衡算可提供关于需要多少热空气量通过干燥塔的资料,而停留时间则确定所需的干燥室尺寸。为保证使雾滴干燥成含水量符合要求的产品,应使雾滴在塔内的停留时间大于干燥过程所需要的时间。以下介绍干燥时间的计算过程。

6.4.2.1　雾滴大小的估算

影响雾滴直径的因素很多,也很复杂,不同类型的雾化器用来估算的经验式也都不同,在此仅以压力式雾化器为例加以介绍。

对于旋转型喷嘴,比较通用的关联式如下:

对于离心型压力喷嘴有:

对于离心型压力喷嘴有:

以上两式的应用范围为:

Dvs——雾滴直径,μm;

do——喷嘴直径,1.4～2.03 mm;

σ——液体表面张力,26～34 mN/m;

qV——进料量,0.004～0.12 m3/s;

μL——液体黏度,0.9～2.03 mPa·s;

ρ——液体密度,1 024～1 073 kg/m3。

6.4.2.2　雾滴直径在干燥过程中的变化

在水分蒸发过程中,雾滴直径的变化可根据溶质的质量平衡关系求出,若设初始雾滴的平均直径为Dw,液体密度为ρw,溶液每千克干固体的含湿量为X1,干产品的平均直径为DD,干产品的密度为ρD,干产品每千克固体的含湿量为X2,则

以上两式的应用范围为:

Dvs——雾滴直径,μm;

do——喷嘴直径,1.4～2.03 mm;

σ——液体表面张力,26～34 mN/m;

qV——进料量,0.004～0.12 m3/s;

μL——液体黏度,0.9～2.03 mPa·s;

ρ——液体密度,1 024～1 073 kg/m3。

6.4.2.2　雾滴直径在干燥过程中的变化

在水分蒸发过程中,雾滴直径的变化可根据溶质的质量平衡关系求出,若设初始雾滴的平均直径为Dw,液体密度为ρw,溶液每千克干固体的含湿量为X1,干产品的平均直径为DD,干产品的密度为ρD,干产品每千克固体的含湿量为X2,则

假定所有的雾滴均含同样比例的固体,因此

假定所有的雾滴均含同样比例的固体,因此

6.4.2.3　干燥时间的计算

雾滴的干燥过程可分成两个阶段,即恒速干燥阶段和降速干燥阶段。在恒速阶段,蒸发速度保持不变。雾滴中大部分水分在此阶段蒸发掉,水分由雾滴内部很快补充到雾滴表面,保持表面饱和,雾滴温度为空气的湿球温度。当物料含湿量降至临界含湿量时,水分移向表面的速度开始小于表面汽化速度,表面不再保持湿润,干燥速度不断下降,直到完成干燥为止。

在雾滴的喷雾干燥计算时,通常要作如下假定:

①热风的运动速度很小,可忽略不计;

②雾滴(或颗粒)为球形;

③雾滴在恒速干燥阶段缩小的体积等于蒸发掉的水分体积,在降速干燥阶段,雾滴(或颗粒)直径的变化可以忽略不计;

④雾滴群的干燥特性可以用单个雾滴的干燥行为来描述。(www.xing528.com)

在恒速干燥阶段,根据热量衡算,热空气以对流方式传递给雾滴的显热等于雾滴汽化所需的潜热,即

6.4.2.3　干燥时间的计算

雾滴的干燥过程可分成两个阶段,即恒速干燥阶段和降速干燥阶段。在恒速阶段,蒸发速度保持不变。雾滴中大部分水分在此阶段蒸发掉,水分由雾滴内部很快补充到雾滴表面,保持表面饱和,雾滴温度为空气的湿球温度。当物料含湿量降至临界含湿量时,水分移向表面的速度开始小于表面汽化速度,表面不再保持湿润,干燥速度不断下降,直到完成干燥为止。

在雾滴的喷雾干燥计算时,通常要作如下假定:

①热风的运动速度很小,可忽略不计;

②雾滴(或颗粒)为球形;

③雾滴在恒速干燥阶段缩小的体积等于蒸发掉的水分体积,在降速干燥阶段,雾滴(或颗粒)直径的变化可以忽略不计;

④雾滴群的干燥特性可以用单个雾滴的干燥行为来描述。

在恒速干燥阶段,根据热量衡算,热空气以对流方式传递给雾滴的显热等于雾滴汽化所需的潜热,即

式中,Q为传热量,J;τ为传热时间,s;α为对流传热膜系数,W/(m2·℃);A为传热面积,m2;Δtm为雾滴表面和周围空气之间在蒸发开始和终了时的对数平均温度差,℃;W为水分蒸发量,kg;r为水的汽化潜热,J/kg。

式中,Q为传热量,J;τ为传热时间,s;α为对流传热膜系数,W/(m2·℃);A为传热面积,m2;Δtm为雾滴表面和周围空气之间在蒸发开始和终了时的对数平均温度差,℃;W为水分蒸发量,kg;r为水的汽化潜热,J/kg。

对于球形雾滴,A=πD2(D为雾滴直径,m),W=D3ρL(ρL为雾滴密度,kg/m3)。根据实验结果,Nu=2.0[Nu=,Nu为Nusselt数,λ为干燥介质的平均导热系数,W/(m·℃)],即α= 。因此,式(6-24)变成

对于球形雾滴,A=πD2(D为雾滴直径,m),W=D3ρL(ρL为雾滴密度,kg/m3)。根据实验结果,Nu=2.0[Nu=,Nu为Nusselt数,λ为干燥介质的平均导热系数,W/(m·℃)],即α= 。因此,式(6-24)变成

在雾滴蒸发过程中,雾滴直径由Dw变化到Dc所需的时间τ1可通过对上式进行积分得到,即

在雾滴蒸发过程中,雾滴直径由Dw变化到Dc所需的时间τ1可通过对上式进行积分得到,即

当雾滴含湿量降到临界含湿量时,在雾滴表面开始形成固相,于是进入第二阶段即降速干燥阶段。降速阶段的平均蒸发速率(d W/dτ)2可按下式计算

当雾滴含湿量降到临界含湿量时,在雾滴表面开始形成固相,于是进入第二阶段即降速干燥阶段。降速阶段的平均蒸发速率(d W/dτ)2可按下式计算

式中,dX/dτ=-,kg水/(kg干固体·h);Dc为在临界湿含量状态下的雾滴直径;ρD为干燥物料的密度。

负号表示在降速阶段蒸发量随时间增加而降低。

将上述微分式积分可得到降速干燥阶段所需的时间τ2为

式中,dX/dτ=-,kg水/(kg干固体·h);Dc为在临界湿含量状态下的雾滴直径;ρD为干燥物料的密度。

负号表示在降速阶段蒸发量随时间增加而降低。

将上述微分式积分可得到降速干燥阶段所需的时间τ2为

雾滴干燥成产品所需的总时间τ为

雾滴干燥成产品所需的总时间τ为

式中,ρw,ρD分别为料液及干燥产品的密度,kg/m3;Dw,Dc为雾滴的初始及临界直径,m;Xc,X2分别为料液的临界及干燥产品的干基湿含量(质量分数);Δtm1,Δtm2分别为恒速及降速干燥阶段介质与雾滴之间的对数平均温度差,℃。

在应用上述方程时,气体导热系数按蒸发雾滴周围的平均气膜温度计算,气膜温度可取排出的干燥空气温度和雾滴表面温度的平均值。恒速阶段的Δtm可取进口空气温度和料液温度差与临界点处空气温度和雾滴表面温差的对数平均值。降速阶段的Δtm可取空气出口温度和产品温度之差与临界点处空气温度和雾滴表面温差的对数平均值。

临界点处的雾滴直径Dc通常是未知的,理论上能从雾滴悬浮液的蒸发特性得到雾滴粒度改变的数据,若缺乏这些数据,可按上述降速阶段的内容加以计算。雾滴在降速阶段的粒径变化可忽略不计,即临界雾滴直径Dc近似等于产品粒径DD。

式中,ρw,ρD分别为料液及干燥产品的密度,kg/m3;Dw,Dc为雾滴的初始及临界直径,m;Xc,X2分别为料液的临界及干燥产品的干基湿含量(质量分数);Δtm1,Δtm2分别为恒速及降速干燥阶段介质与雾滴之间的对数平均温度差,℃。

在应用上述方程时,气体导热系数按蒸发雾滴周围的平均气膜温度计算,气膜温度可取排出的干燥空气温度和雾滴表面温度的平均值。恒速阶段的Δtm可取进口空气温度和料液温度差与临界点处空气温度和雾滴表面温差的对数平均值。降速阶段的Δtm可取空气出口温度和产品温度之差与临界点处空气温度和雾滴表面温差的对数平均值。

临界点处的雾滴直径Dc通常是未知的,理论上能从雾滴悬浮液的蒸发特性得到雾滴粒度改变的数据,若缺乏这些数据,可按上述降速阶段的内容加以计算。雾滴在降速阶段的粒径变化可忽略不计,即临界雾滴直径Dc近似等于产品粒径DD。