Ein Tablett mit Trockner, leitfähige und konvektive Wärmeübertragung zu untersuchen

Quelle: Michael G. Benton und Kerry M. Dooley, Department of Chemical Engineering, Louisiana Landesuniversität, Baton Rouge, LA

Trockner werden in zahlreichen industriellen Prozessen eingesetzt. Die Funktion der Trockner ist Hitze-Transfer-Prozesse verwenden, um Feststoffe zu trocknen. Es gibt eine Vielzahl von Trockner Arten. Adiabatische Trockner benutzen Konvektion und direkten Kontakt mit Gasen zum Trocknen von Feststoffen, während nicht-adiabatische Trockner Methoden als beheizte Gas Kontakt¹, einschließlich der Wärmeleitung, Strahlung und Radiofrequenz¹trocknen benutzen trocknen. Trockner für Batch-Prozesse genutzt werden oder sie werden im Dauereinsatz¹.

In diesem Experiment werden die Auswirkungen von Temperatur und Geschwindigkeit auf die Trocknungs-Geschwindigkeit von Sand über ein Fach Trockner ermittelt werden. Drei verschiedene Leistungsstufen (1000 W, 1500 W und 2500 W) für zwei unterschiedliche Volumenströme werden getestet, die insgesamt sechs Datensätze. Aus diesen Daten können der Wärme- und Stoffübertragung Koeffizienten berechnet werden.

Behälter-Trockner sind eine Art von Batch Trockner, darunter auch fluidisiert Bett Trockner, Trockner Einfrieren und Vakuumtrockner. Fach-Trockner benutzen konvektive Wärmeübertragung erwärmte Luft über Feststoffe zu trocknen zu fließen. Sie werden durch eine Vielzahl von Branchen, darunter für die Herstellung von Arzneimitteln und anderen Chemikalien-¹verwendet. Kontinuierliche Trockner sind auf der anderen Seite große Volumen Produkt Industrien, wie die Lebensmittel Industrie¹gemeinsam.

Um den Prozess in einem typischen Tablett Trockner zu beginnen, ist das Fach gleichmäßig mit einem nassen festen, wie z. B. Sand gefüllt und in das Gerät geladen. Der Trockner regelbarer Lüfter und Heizung ermöglichen kontinuierliche Variationen Fördermenge des Lüfters durch den Trocknungsprozess Kanal und Heizen Pflicht Variationen in 500-Watt-Schritten. Da der Trockner arbeitet, verdunstet das Wasser aus dem Sand in der Luft. Die Trocknungs-Geschwindigkeit errechnet sich dann durch wiegen die erste Solid/Wassermischung und das Gewicht des letzten trockenen festen und subtrahieren in verschiedenen Zeitintervallen.

Wärmeübertragung wird durch die Temperaturdifferenz zwischen dem Sand und die umgebende Luft angetrieben. Eine vereinfachte Newtons Gesetz der Heizung (Gleichung 1) kann verwendet werden, um die Wärmeübertragung zwischen die erwärmte Luft und Sand-Luftschnittstelle um eine experimentelle Wärmeübergangskoeffizienten zu erhalten zu modellieren. Andere Hitze Pflicht Begriffe sind vernachlässigbar im Vergleich zu den Begriff in Gleichung 1,

Gleichung 1

wo q die Wärme übertragen ist, ṁ ist das Wasser verdunstet in einer vorgegebenen Zeitspanne oder Rate von Verdampfung, ∆H_Vap ist die Enthalpie der Verdampfung, h_y ist der Wärmeübergangskoeffizient, T_Luft ist die Lufttemperatur und T_s ist der Sand Oberflächentemperatur.

Um eine experimentelle Stoffaustausch Koeffizienten zu erhalten, wird die Übertragung von Wasser von Sand in die Luft als Stoffaustausch fließt über eine wahre Phasengrenze modelliert werden. Dieses Modell ist die Trocknung Rate Gleichung (Gleichung 2).

Gleichung 2

wo k_y ist der Stoffaustausch Koeffizient, C ist die Konzentration von Wasser und A ist die Fläche der Grenze. Konzentration von Wasser in den Sand (C_s) und Luft (C∞) werden mithilfe einer Massenbilanz und psychrometrischen Diagramme bzw. abgerufen werden. Diese dienen für die Trocknungs-Geschwindigkeit zu lösen.

Theoretische Werte können durch die Berechnung von Wärme- und Stoffübertragung Koeffizienten an die experimentellen Daten verglichen werden. Die theoretische Hitze (Gleichung 3) und Masse (Gleichung 4) Übertragung Koeffizienten ergeben sich aus den Eigenschaften der Stoffe von Korrelationen beteiligt.

Gleichung 3

Gleichung 4

wo ist die Reynolds-Zahl Re Pr ist die Prandtl-Zahl, Sc ist die Schmidt-Zahl, D_AB ist das Diffusionsvermögen des Wassers in Luft und L ist die Länge.

Das Experiment besteht aus vier Läufen jeweils eine andere Kombination von einer der zwei Lüfter und Wärme Einstellungen testen.

1. Fach Trockner Betrieb

1. Bereiten Sie die Gülle durch 500 g Sand und 150 mL Wasser mischen und in das experimentelle Fach für das Gerät zu laden. Verbreiten Sie die Mischung gleichmäßig in das Fach.
2. Mit dem Gerät ab das Tablett in der Trockenkammer.
3. Schalten Sie das Gerät, dann das Gebläse und die Heizung einschalten.
4. Legen Sie die Luftgeschwindigkeit und Temperatur für jeden Lauf. Die drei Luftgeschwindigkeiten sollte reichen von 0,8 ft/s, 2.0 ft/s (ein hoher, mittlerer und niedriger) mit einer konstanten Temperatur um 195 ºF. Die drei Temperaturen sollten reichen von 130-200 ºF mit einer konstanten Geschwindigkeit von 1,8 ft/s.
5. Messen Sie alle 5 min. über die gesamte Auflage, die 45 min dauern sollte. Die gesammelten Daten sollte gehören Einlass Lufttemperatur, Sand Temperatur, Sand Gewicht, Luft-Austrittstemperatur, Steckdose Luftstrom, Trockenkugel Temperatur und nass Fühlertemperatur. Verwenden Sie die digital-Thermometer für Temperaturwerte, Air-Flow-Einstellungen für den Luftstrom, eine digitale Waage für Sand Gewicht und eine Schleuder-Psychrometer für die nass- und trocken-Zwiebel-Temperaturen.
6. Wiederholen Sie den Vorgang für jeden Satz von Einstellungen, von insgesamt vier einzigartigen Pisten.

Die gesammelten Daten kann folgende Angaben entnommen werden. Verwenden Sie psychrometrischen Diagramme, um die absolute Feuchtigkeit zu bestimmen, die welche die Konzentration von Wasser in der Luft gibt. Die Wärmedurchgangskoeffizienten können mit der gemessenen Temperaturen und Gleichung 1 berechnet werden. Und schließlich kann die Änderung der Masse des nassen Sand verwendet werden, um die Konzentration von Wasser in den Sand zu berechnen.

Der Feuchtigkeitsgehalt der Sand verringerte sich linear mit der Zeit. Wie erwartet, war die Verdunstungsrate gefunden, um mit größeren Flow Rate und Hitze Pflicht zu erhöhen. Nach ihre Gleichungen sind Wärme- und Stoffübertragung Koeffizienten direkt proportional zur Verdunstung an die Sand-Luftschnittstelle. Theoretische Werte der Wärme- und Stoffübertragung Koeffizienten erwiesen sich als eine starke positive Korrelation mit R² von 99 %. Die experimentellen Werte zeigte nur eine schwache Korrelation nach der Prüfung.

Die Beziehungen zwischen Luft-Strömung und Verdampfung Rate und zwischen Temperatur und Verdampfung Rate beide stiegen linear (Abbildung 1, Abbildung 2). Erhöhten Luftstrom (Abbildung 1) und erhöhter Temperatur (Abbildung 2) erhöht die Verdunstungsrate. Diese Diagramme zeigen, dass wenn Air Flow oder Temperatur-Erhöhung und die andere Variable ist konstant, die Verdunstungsrate gehalten wird zu einem entsprechenden Preis zu erhöhen und einen positiven linearen Trend zu folgen. Air Flow-Variation-Test war ein Maß für die konvektive Wärmeübertragung, während die Temperatur Variation Test ein gewisses Maß an leitende Wärmeübertragung. Die Summe der beiden Tests zeigt, dass beide leitfähigen und konvektive Wärmeübertragung folgen eine lineare Beziehung mit Verdunstungsrate.

Abbildung 1: Darstellung der Beziehung zwischen Luft-Geschwindigkeit und Verdampfung Rate, die linear erhöht.

Abbildung 2: Darstellung der Beziehung zwischen Temperatur und Verdunstung, die linear erhöht.

Es gibt viele Fehlerquellen bei den Messungen mit der größten Quellen für Fehler wird die Relative Luftfeuchtigkeit und Temperatur der Luft-Sand-Schnittstelle. Auch Air Flow Rate-Effekt auf das Gewicht der Schale wurde als unwichtig erachtet, aber es ist eine Fehlerquelle. Einige dieser Fehler kann auch die Korrelation des Wärme- und Stoffübertragung Koeffizienten verringert haben. Diese Koeffizienten wurden theoretisch berechnet und bewährte korreliert werden. Die experimentellen Daten zeigen einen signifikanten Trend, obwohl sie theoretisch ähnliche jedoch nicht.

Ein Tablett Trockner wurde verwendet, um die Trocknungs-Geschwindigkeit des Sandes in Bezug auf leitfähigen und konvektive Wärmeübertragung zu messen. Mit Trockner bei drei verschiedenen Leistungsstufen und zwei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten, wurden sechs experimentelle Datensätze gefunden. Messungen wurden durch wiegen das Sand/Wasser-Gemisch im fünf-Minuten-Takt.

Dieses Experiment nutzte Newtons Gesetz der Heizung, Trocknung Rate Modellierung und Wärme- und Stoffaustausch Modellierung. Wärme- und Stoffübertragung Koeffizienten wurden mit dem Einsatz eines Grenzschicht-Modells ermittelt. Theoretisch, Wärme- und Stoffübertragung Koeffizienten zeigen eine sehr starke positive lineare Korrelation. Obwohl die experimentellen Ergebnisse sowie eine positive Entwicklung zeigte, war die Daten zu ungenau, signifikante Korrelation zwischen den beiden anzeigen.

Fach-Trocknung kann in den unterschiedlichsten Bereichen verwendet werden. Ein solches Feld ist Pharmaceuticals. In der Pharmaindustrie dienen Fach Trockner trocknen viele unterschiedlichen Trägermaterialien, einschließlich klebrig, körnig, und kristalline Materialien². Viele Kunststoffe in der Pharmaindustrie können im Fach Trockner²getrocknet werden. Darüber hinaus können die Ausscheidungen, Pasten und anderen feuchten Massen mit einem Tablett Trockner, zusammen mit rohen Drogen, Chemikalien, Pulver und Tablet Granulat getrocknet werden. Sogar einige Ausrüstung wird in den Trockner²getrocknet. Behälter-Trockner bieten viele Vorteile in dieser Branche, da sie für Chargen, verwendet werden, die können variieren in Größe und ohne Verluste²behandelt werden. Die Trockner sind auch leicht angepasst, um andere Materialien in einer effizienten Weise²begleiten. In einigen Fällen werden Fach-Trockner in einem Vakuum zur Hitze empfindliche Produkte wie Vitamine²trocken.

Behälter-Trockner werden auch in der Lebensmittelverarbeitung³verwendet. Lebensmittel kann auf die Tabletts für die Trocknung³dünn und gleichmäßig verteilt. Je nach der Art der Nahrung Strahlung Form anderen beheizten Oberflächen³oder Trocknung kann durch Erhitzen mit Luft, die Bewegung auf die Tabletts, Leitung von beheizten Behälter oder Regale, durchgeführt werden. Luft kann mit dem zusätzlichen Vorteil der feuchten Dämpfe zu entfernen verwendet werden, wenn dies ein Problem für einige Lebensmittel³sein kann.

1. "Solids Drying: Basics and Applications - Chemical Engineering." Chemical Engineering Solids Drying Basics and Applications Comments. N.p., n.d. Web. 12 Jan. 2017.
2. "Pharmainfo.net." Tray dryer by Saraswathi.B. N.p., n.d. Web. 12 Jan. 2017.
3. "Unit Operations in Food Processing - R. L. Earle." Unit Operations in Food Processing - R. L. Earle. N.p., n.d. Web. 12 Jan. 2017.