شبیه سازی فرآیند خشک شدن قطرات کلوئیدی به روش خشک کن پاششی
Abstract
خشک کردن پاششی یک تکنیک فرآورش ذره معلق است که از افشان کردن مایع برای تولید قطراتی استفاده می کند که هنگام عبور از یک محیط گاز داغ خشک کننده (معمولا هوا)، به ذرات منحصر خشک می شوند. معمولا خشک کن پاششی به علت نقش اساسی آن در کنترل کیفیت محصول نهایی آخرین مرحله از مسیر فرآوری می باشد. خشک کردن پاششی دارای مزیت هایی مانند نرخ خشک کردن سریع، محدوده گسترده دماهای عملیاتی و زمان های اقامت کوتاه می باشد. خشک کردن یک عملیات پیچیده شامل انتقال گذرا جرم و حرارت همراه با چندین فرآیند دارای نرخ مانند دگرگونی های فیزیکی و شیمیایی می باشد که ممکن است موجب تغییراتی در کیفیت محصول و همچنین مکانیسم انتقال جرم و حرارت گردد. خشک کردن پاششی دارای مزیت هایی مانند نرخ خشک کردن سریع، محدوده گسترده دماهای عملیاتی و زمان های اقامت کوتاه می باشد. خشک کردن یک عملیات پیچیده شامل انتقال گذرا جرم و حرارت همراه با چندین فرآیند دارای نرخ مانند دگرگونی های فیزیکی و شیمیایی می باشد که ممکن است موجب تغییراتی در کیفیت محصول و همچنین مکانیسم انتقال جرم و حرارت گردد. به دلیل همین پیچیدگی ها استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی برای طراحی خشک کن ها و توصیف رفتار خشک شدن روز به روز در حال گسترش است. در این پژوهش بعد از معرفی فرآیند خشک کردن پاششی به بررسی مدل های خشک شدن قطره حاوی ذرات جامد می پردازیم. در ادامه مدل هایی که نحوه تشکیل ساختار جامد در قطره را شبیه سازی می کنند ارائه می شود و در پایان یک خشک کن پاششی با جریان همسو توسط نرم افزار fluentبرای پیش بینی رفتار خشک شدن قطره حاوی ذرات جامد، شبیه سازی می شود. در شبیه سازی حاضر مشخص شد که مدل تبخیر نرم افزار fluent توانایی شبیه سازی تشکیل ساختار جامد و در نتیجه آن افزایش مقاومت انتقال جرم در برابر نفوذ را نداشته و در نتیجه آن پروفایل های حاصل از شبیه سازی قطره حاوی ذرات جامد همراه با خطای فاحشی می باشد. به منظور برطرف کردن این مشکل معادله نفوذ رطوبت پیشنهادی زوگزاس و همکاران به صورت یک تابع تعریف شده توسط کاربر در شبیه سازی اعمال شد که پروفایل های حاصل از آن انطباق نسبتا خوبی با داده های تجربی داشت.