李徹

（廣州諾誠生物制品股份有限公司，廣東廣州 511495）

噴霧干燥器尾氣流速測量方法分析

李徹

（廣州諾誠生物制品股份有限公司，廣東廣州 511495）

測量噴霧干燥器尾氣的流速，需先確定顯示儀表與擋板開度之間關(guān)系，目的是確認(rèn)用于檢驗(yàn)顯示是否準(zhǔn)確。然后確定擋板開度與流速之間關(guān)系，通過儀表顯示確定擋板開度，根據(jù)雷諾數(shù)Re和流體流速的關(guān)系，計(jì)算湍流流型管道內(nèi)速度分布，進(jìn)而確定氣體流量。

開度；流速；雷諾數(shù)

目前，藥廠所使用的噴霧干燥器，在其尾氣排放系統(tǒng)中裝有電動(dòng)風(fēng)閥，風(fēng)閥的開度可以在顯示儀表上讀出，但管道內(nèi)流速卻沒有要求測量，生產(chǎn)完成與否，憑操作人員經(jīng)驗(yàn)決定。如果知道尾氣排放的流量，可以計(jì)算出藥液中水蒸氣或者溶媒的排放速度、總量，根據(jù)投料量，確定噴霧干燥所需時(shí)間，進(jìn)而對噴霧干燥工序進(jìn)行精確地控制。要測量尾氣流量，首先要對顯示儀表與擋板開度之間關(guān)系進(jìn)行校驗(yàn)，目的是檢驗(yàn)顯示是否準(zhǔn)確。接著是確定擋板開度與流速（流量）之間的關(guān)系，用于通過儀表顯示確定擋板開度，進(jìn)而確定氣體流量。

1 確認(rèn)顯示儀表讀數(shù)正確

通過校驗(yàn)，確認(rèn)顯示儀表正確，從而可以根據(jù)需要在顯示儀表上設(shè)定排風(fēng)閥的開度。首先在排氣管道的水平段上，排風(fēng)機(jī)后開一個(gè)孔，焊接一小段帶內(nèi)牙的立管。測量時(shí)，將測速儀的探頭插入立管內(nèi)，探頭的插入深度為0.9 R （R為排氣管道內(nèi)半徑）。啟動(dòng)設(shè)備，在設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定后，觀察測速儀讀數(shù)，待讀數(shù)穩(wěn)定后，則可記錄此時(shí)的風(fēng)速u1（讀數(shù)在較小范圍內(nèi)上下波動(dòng)時(shí)，取最大、最小讀數(shù)的中間值）。停止設(shè)備， 重新調(diào)整探頭的插入深度，深度分別為0.8 R、0.75 R、0.7 R、0.6 R、0.3 R，在每個(gè)插入深度下重復(fù)以上步驟，得到u2、u3、u4、u5、u6，將上述的u2、 u3、u4、u5、u6取平均值，得到一個(gè)平均值um1，對應(yīng)的正是設(shè)定開度下氣體的平均流速。平均流速 um與截面積的乘積，即為該擋板開度下對應(yīng)的氣體流量Vm1。設(shè)定新的開度，重復(fù)以上過程，得到不同開度下的um2、Vm2。將不同開度下對應(yīng)的氣體流量進(jìn)行總結(jié)，繪制成表格（或曲線），供生產(chǎn)使用。定期采用上述方法，對該設(shè)備及生產(chǎn)工藝進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 管內(nèi)流體流速的計(jì)算

2.1 計(jì)量關(guān)系

（1）對于規(guī)則幾何邊界的管道，管內(nèi)流體流速（或流量）的計(jì)算，采用平均流速um與管道內(nèi)流體的流量可以采用平均流速和管道截面積來計(jì)算[1]：

式中：V為氣體流量， um為平均流速，A為管道截面積，d為管道內(nèi)直徑。

（2）測量得到的數(shù)值為特定位置的即時(shí)數(shù)值ut；

（3）水平直管的管道中間位置存在氣體的最大速度umax。

建立um、ut、umax之間的函數(shù)關(guān)系，尤其是um、ut的關(guān)系，則可以得到顯示儀表讀數(shù)和體積流量的關(guān)系。

2.2 計(jì)算過程

雷諾數(shù)Re是表征流體流動(dòng)特性的一個(gè)重要參數(shù)。利用雷諾數(shù)可區(qū)分流體的流動(dòng)是層流或湍流，也可用來確定物體在流體中流動(dòng)所受到的阻力。雷諾數(shù)小，意味著流體流動(dòng)時(shí)各質(zhì)點(diǎn)間的黏性力占主要地位，流體各質(zhì)點(diǎn)平行于管路內(nèi)壁有規(guī)則地流動(dòng)，呈層流流動(dòng)狀態(tài)。雷諾數(shù)大，意味著慣性力占主要地位，流體呈紊流（也稱湍流）流動(dòng)狀態(tài)。估算管道內(nèi)流體的雷諾數(shù)Re：

對于空氣（含有少量水分，濕度未知），在100 ～ 120 ℃之間，取空氣的平均密度為：

空氣的平均黏度為：

管道的直徑為：

管道的截面積為：

計(jì)算得到流體流速和雷諾數(shù)的關(guān)系為：

2.3 流型判斷

由于噴霧干燥過程中，處理的介質(zhì)為高溫下的空氣，其黏度較?。豢諝庥昧枯^大，流體流速比較大；空氣中夾帶的雜質(zhì)物料部分焦化，附著在管道內(nèi)壁面上，這些因素有利于管道內(nèi)流體形成湍流。從雷諾數(shù)Re和流體流速u的關(guān)系可知，當(dāng)u＞1 m/s，Re＞4 000，管道內(nèi)流體發(fā)展成充分的湍流流型。湍流流型管道內(nèi)速度分布為[2]：

此時(shí)平均流速為：

假設(shè)管道內(nèi)流體的流速10 m/s，則Re為105。此時(shí)，n = 7.3，計(jì)算得到：

2.4 邊界層厚度

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，計(jì)算邊界層厚度為：

式中：Re為105，d為0.25 m。由此可見，邊界層非常薄，不夠1 mm厚，測量時(shí)邊界層的厚度對測量結(jié)果不會(huì)有很大的影響。平均流速和及時(shí)流速的關(guān)系，利用（8）、（9）可知：

計(jì)算結(jié)果如下：

將rx= 0.3 R代入，計(jì)算得到ut= 1.157 um；

將rx= 0.6 R代入，計(jì)算得到ut= 1.072 um；

將rx= 0.7 R代入，計(jì)算得到ut= 1.030 um；

將rx= 0.75 R代入，計(jì)算得到ut= 1.005 um；

將rx= 0.8 R代入，計(jì)算得到ut= 0.975 um；

將rx= 0.9 R代入，計(jì)算得到ut= 0.886 um。

上述平均值為ut= 1.021um。

采用測量點(diǎn)和計(jì)算方法得到的流速的誤差在2.1 %以內(nèi)。因此，只要固定適當(dāng)?shù)纳钊胛恢?，通過測速儀可以測得該點(diǎn)的即時(shí)速度，即可進(jìn)行平均流速和流量的計(jì)算。由此可見，當(dāng)測量深度相差為0.1 R，即測量位置相差為25 mm時(shí)，速度相差為小于0.05 ux，插入的深度越小，位置波動(dòng)造成的誤差越小。

3 結(jié)束語

給出了一種確定斷面平均風(fēng)速的新方法，理論分析與實(shí)驗(yàn)表明，該方法既能保證測試精度，又能減少實(shí)驗(yàn)工作量。由于工作實(shí)際的復(fù)雜性，新法可與等面積圓環(huán)法結(jié)合使用，相互校核。運(yùn)用噴霧干燥器尾氣流速測量方法，得出某品種藥物在噴霧干燥過程中，排氣的流速、流量與對應(yīng)的管道擋板開度、運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系，從而確定該工序新的設(shè)置參數(shù)：顯示儀表開度設(shè)置參數(shù)、運(yùn)行時(shí)間設(shè)置參數(shù)。在生產(chǎn)過程中，操作人員增加設(shè)置以上兩個(gè)參數(shù)，當(dāng)運(yùn)行時(shí)間達(dá)到所設(shè)置的參數(shù)，設(shè)備停止。對經(jīng)噴霧干燥后的半成品進(jìn)行殘留溶媒檢測，結(jié)果符合要求，證明此新方法有效，避免了人為主觀的差異性。

[1]李安桂， 李俊明， 王瑞祥，等. 確定管內(nèi)平均流速的圓心法[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 1995，27（1）：53-56.

[2]中國建筑科學(xué)研究院，等. 民用建筑采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)技術(shù)措施[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1986.

Analysis of Method for Measurement of Exhaust Gas Velocity in Spray Dryer

Li Che
（Guangzhou Promise Biologics Co., Ltd, Guangzhou 511495）

In order to measure the velocity of exhaust gas in spray dryer, the relationship of the value displayed in instrument and the opening angle of baff l e should be determined fi rst so as to verify the precision of the instrument. Then the relationship of baff l e opening and flow velocity was determined so that baff l e opening can be determined from the display in instrument. On the basis of above calibration and relationship of Re number and fluid velocity, the velocity distribution of fluid, in turbulent phase, in piping can be calculated, and the flow of gas can be further determined.

baff l e opening; flow velocity; Reynolds number

TQ 051.8+92

A

2095-817X（2017）01-0038-003

2016-08-09

李徹（1973—），男，高級(jí)工程師，注冊監(jiān)理工程師，主要從事設(shè)備工程管理工作。