Térfogati hőátadási tényező meghatározása fluidizációs szárításnál
Fluidizációs szárítókat széles körben alkalmaznak szemcsés anyagok gyors és hatékony szárítására az élelmiszer- és a gyógyszeriparban valamint a mezőgazdaságban. A szemcsék mozgása következtében intenzív hő- és anyagátadás játszódik le, mely során a nedvesség gőz halmazállapotban diffundál a hőt közvetítő levegőbe. A diffúziós műveletek közül a szárítás az egyik leginkább energiaigényes folyamat, ezért törekedni kell a befektetett energia mérséklésére. Ennek érdekében elengedhetetlen a szárítás során végbemenő hő- és anyagátadási folyamat ismerete, a jelenséget leíró matematikai modellek felállítása és alkalmazása.
A fluidizációs szárítás modellezéséhez a gáz és anyag közötti hőátadási tényező ismerete szükséges. Szemcsés anyagok esetén a hőátadó felület meghatározása számos bizonytalanságot rejt magában a szemcsék szabálytalan felülete, méretszórása miatt. A szakirodalom többnyire szabályos geometriájú anyagot feltételez. A térfogati hőátadási tényező bevezetésével megszüntethető a hőátadási felület meghatározásánál jelentkező probléma.
A térfogati hőátadási tényező függvények létrehozása kísérleti mérések alapján lehetséges. Ennek érdekében az Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék laboratóriumában található fluidizációs szárító berendezésen mérési módszert dolgoztunk ki. A térfogati hőátadási tényező meghatározásához mérni kell a szárítógáz paramétereit, a szemcsés halmaz felületi hőmérsékletét és nyomásesését. A mérési módszer továbbfejlesztésével, az anyag felületi hőmérsékletmérésének pontosításával, a szárítási folyamat vizsgálhatóvá válik a szárítás állandó- és csökkenő száradási sebességű tartományán egyaránt. Méréseimet különböző típusú szemes termékek felhasználásával, széles hőmérséklet- és levegősebesség tartományban végzem el. A felhasznált szemcsés anyagokra mérési úton meghatároztam a fluidizációs tartományukat, ami segít megállapítani, hogy milyen levegősebesség-tartományban lehet elvégezni a méréseimet.
A mérési eredmények feldolgozásával létrehozom a térfogati hőátadási tényező függvényeket a szárítás teljes szakaszára. Az átadási tényező és az anyag nedvességtartalom közötti függvénykapcsolat lehetővé teszi a fluidizációs szárítás eddigieknél pontosabb leírását. Mérési eredményeim felhasználásával létrehozható a fluidizációs szárítás leírására alkalmas matematikai modell.
Irodalom:
1. Kunii, D., Levenspiel, O.: Fluidization Engineering, 2nd edition, Butterworth-Heinemann, New York, 1991.
2. Fonyó, Zs., Fábry, Gy.: Vegyipari művelettani alapismeretek, Nemzeti Tankönyvkiadó, 1998.
3. Srinivasakannan, C., Shoibi, A.A., Balasubramanian, N.: Combined resistance bubbling bed model for drying of solids in fluidized beds, Heat and Mass Transfer, vol. 48, no. 4, 621-625 (2012).
4. Ciesielczyk, W.: Analogy of heat and mass transfer during constant rate period in fluidized bed drying, Drying technology, vol. 12, no. 4, 217-230 (1996).
