トレイを使用して対流および伝導性の熱伝達を調査するドライヤー

ソース: マイケル g. ベントンとケリー ・ m ・ ドゥーリー、工業化学科、ルイジアナ州立大学、バトン ルージュ, ルイジアナ

乾燥機は、多数の工業プロセスに使用されています。乾燥機の機能は、乾燥固形食品に熱伝達プロセスを使用することです。さまざまな種類の乾燥機が存在します。断熱乾燥機使用対流と直接接触ガス、固形物を乾燥するのに、非断熱乾燥機¹伝導、放射、乾燥¹無線周波数などを乾燥加熱ガス接触以外の方法を使用します。バッチ プロセスにおける乾燥機を使用ことができます。 または彼らは連続使用¹になります。

この実験では、静置式乾燥機を使用して砂の乾燥速度に及ぼす温度と空気の速度が決定されます。六つのデータ セットの合計を提供する、2 つの異なる空気流量の 3 つの異なる電源設定 (1000 W、1500 W、2500 W) がテストされます。このデータから、熱・物質移動係数を計算できます。

トレイ乾燥機、流動層乾燥機、凍結乾燥機、真空乾燥機も含むバッチ乾燥機の 1 つのタイプです。トレイ乾燥機にそれらを乾燥するのに固体流れる熱風対流熱伝達を使用します。彼らはさまざまな医薬品やその他の化学薬品¹の生産などの産業で使用されます。一方、連続乾燥機は大量の製品産業、食品業界¹などに共通です。

典型的なトレイ乾燥機で処理を開始するには、トレイは均等に砂など固体、ウェットに満ちて、装置に読み込みます。乾燥機の調整可能なファンとヒーター乾燥チャネルを介してファンから流量で連続的に変化を可能にして 500 ワット単位で義務バリエーションを熱します。乾燥機は動作時、空気中に砂から水が蒸発します。乾燥速度は、さまざまな時間間隔で初期固/水の混合物を計量し、最終的な乾燥した固形の重量とを引いて計算されます。

熱伝達は、砂と周囲の空気の温度差によって駆動されます。実験熱伝達を取得する熱くする空気と砂空気インタ フェース間の熱伝達をモデル化する (式 1) の暖房の簡易ニュートン法を使用できます。その他熱義務条項が無視できる方程式 1 の項を比較

式 1

q は、熱転送は、ṁ は割り当てられた時間量または ∆ の蒸発速度で蒸発水H_vapは蒸発のエンタルピー、h_yは熱伝達係数、T_空気は空気温度、T_s砂の表面温度です。

実験的物質移動係数を得るために砂から水の空気への転送は、真の位相境界を渡って流れる物質の移動としてモデリングされます。乾燥速度の式 (式 2) は、このモデルです。

方程式 2

どこ k_yは物質移動係数 C は、水の濃度、境界の表面積です。砂 (C_s) と空気 (C∞) の水の濃度は、それぞれ質量バランスと湿り空気のチャートを使用して取得されます。これらは乾燥速度を解決するために使用されます。

理論値は、熱・物質移動係数を計算することによって、実験データと比較できます。理論的熱 (式 3)、質量 (式 4) 伝達係数は、相関から関与する物質の性状から取得されます。

式 3

方程式 4

Re はレイノルズ数、Pr はプラントル数、サウスカロライナは、シュミット数、D_ABは空気中の水の拡散率、L は長さ。

実験は 4 失点ので構成されます, それぞれ異なるファンと熱の 2 つの設定のいずれかの組み合わせをテストします。

1. トレイ乾燥機の操作

1. 500 g 砂と水 150 mL を混合することによりスラリーを準備し、ユニットの実験のトレイに読み込みます。トレイに均等に混合物を広げます。
2. オフにユニット、乾燥室でトレイを合わせます。
3. メイン ユニットをオンにし、送風機とヒーターをオンにします。
4. 風速と温度の実行ごとに設定します。195 °f. のまわりの一定温度で 2.0 ft/s (高、中、低のいずれか) を 0.8 ft/s から 3 つの空気速度の範囲3 つの温度範囲 130 200 ºF 1.8 の ft/s の一定の空気速度とから。
5. 45 分を持続させるべき全体の実行のすべての 5 分測定を取る。収集データする必要がありますは、入口空気温度、砂の温度、砂の重量、出口空気温度、吐出空気量、乾球温度と湿球温度します。温度、空気の流れ、砂の重量のためのデジタル スケールとスリング乾湿計湿球および乾球温度の空気フロー設定のデジタル温度計を使用します。
6. 合計 4 つのユニークな実行設定のセットごとにプロセスを繰り返します。

収集されたデータから次の情報を取得できます。湿り空気のグラフを使用し、絶対湿度は、空気中に存在する水の濃度を与える。熱伝達係数は、測定された温度と方程式 1 を使用して計算できます。そして最後に、濡れた砂の質量の変化を使用して、砂の中の水の濃度を計算することができます。

砂の水分量は時間の経過とともに直線的に低下。予想通り、蒸発速度が大きい流動率および熱義務と増加していた。その方程式によると熱・物質移動係数は砂空気界面で蒸発速度に比例。99% のR²と強い正の相関を持っている熱と物質移動係数の理論値が見つかりました。実験値はのみをテストした後弱い相関を示した。

空気の流れと蒸発率と温度と蒸発率の両方直線的増加した (図 1、図 2) の関係。上昇気流 (図 1) と温度上昇 (図 2) の両方は、蒸発速度を増加しました。これらのグラフを示す空気の流れや温度の増加とその他の変数、定数、蒸発速度を開催するときは同等の率で増加する肯定的な線形トレンドに従ってください。空気の流れの偏差試験は対流熱伝達の測定温度変化試験は熱伝導性の測定。2 つのテストの合計は、対流および伝導性熱蒸発速度と線形の関係に従うことを示しています。

図 1: 直線的増加した空気速度と蒸発速度の関係の描写です。

図 2: 直線的増加した温度と蒸発速度の関係の描写です。

相対湿度と空気砂インタ フェースの温度エラーの最大のソースと測定のエラーの多くの情報源があります。また、トレイの重さの空気流れ速度の影響が重要でないと判断されたが、それはエラーのソース。このエラーのいくつかはも熱と物質移動係数の相関を減少している可能性があります。これらの係数は理論的に計算され、相関関係があることを証明。しかし、実験データは理論的に類似しているにもかかわらず、重要な傾向を示さなかった。

静置式乾燥機は対流および伝導性の熱伝達に対する砂の乾燥速度の測定に使用されました。乾燥機を使用すると、3 つの異なる電力レベルと 2 つの異なる流量で、六つの実験的データ セットが見つかりました。測定値は、5 分間隔で砂/水混合物の重さによって撮影されました。

この実験は、乾燥率のモデル化と熱と物質移動のモデル化ニュートンの法律の暖房, を利用しました。熱・物質移動係数は境界層モデルの使用から決定しました。理論的には、熱・物質移動係数は、非常に強い正の相関を示します。にもかかわらず、実験の結果は、同様に肯定的な傾向をデータは 2 つの任意の有意な相関を表示するあまりにも不正確だった。

トレイ乾燥は、さまざまな分野で使用できます。このような 1 つのフィールドは、医薬品です。医薬品、トレイ乾燥機は、多くの異なる基材、粘着性、粒状を含む、結晶材料²を乾燥に使用されます。医薬品で使用される多くのプラスチックは、トレイ乾燥機²で乾燥することができます。また、析出物、ペースト、および他のウェットの大衆は、ドライヤー、生薬、化学物質や粉末、錠剤顆粒と一緒にトレイに乾燥できます。さらにいくつかの機器は、²乾燥機で乾燥させます。トレイ乾燥機は、サイズが異なるので、損失²せずに処理されるバッチに使用されますので、この業界に多くの利点を提供しています。乾燥機も容易に、効率的な方法²の他の材料に合わせて調整されます。いくつかのケースで、真空トレイ乾燥機、ビタミン²のような熱に敏感な製品の乾燥に使用されます。

トレイ乾燥機は、食品³にも使用されます。食品は、薄く、均等に³を乾燥トレイ普及することができます。食品の種類に応じて空気伝導加熱トレーや棚、トレイ全体移動で、加熱による乾燥を実行できるまたは放射線フォームその他加熱表面³。これはいくつかの食品の³のための問題をすることができますが、空気を湿った蒸気を削除する追加の利点で使用できます。

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.