트레이 건조기를 사용한 대류 및 전도열 전달 조사

트레이 건조기는 유동식 침대 건조기, 냉동 건조기 및 진공 건조기를 포함하는 배치 건조기의 한 유형입니다. 트레이 건조기는 대류 열 전달을 사용하여 고체 위로 가열된 공기를 흐르고 건조시합니다. 그들은 제약 및 기타 화학 물질의 생산을 포함하여 다양한 산업에 의해 사용된다^1. 반면 연속 건조기는 식품산업^1과같은 대량 제품 산업에서 흔히 볼 수 있다.

일반적인 트레이 드라이어에서 공정을 시작하기 위해 트레이는 모래와 같은 젖은 고체로 고르게 채워져 장치에 적재됩니다. 건조기의 조절식 팬과 히터는 건조 채널을 통해 팬의 공기 흐름 속도의 연속적 변화, 500와트 증분의 열 관세 변화를 허용합니다. 건조기가 작동함에 따라 모래에서 공기 로 물이 증발합니다. 건조율은 초기 고체/물 혼합물을 계량하고 최종 건조 고체의 무게를 다양한 시간 간격으로 빼서 계산됩니다.

열 전달은 모래와 주변 공기 사이의 온도 차이에 의해 구동됩니다. 단순화 된 뉴턴의 가열 법칙 (방정식 1)을 사용하여 가열 된 공기와 모래 공기 인터페이스 사이의 열 전달을 모델링하여 실험적인 열 전달 계수를 얻을 수 있습니다. 다른 열 관세 조건은 수학식 1의 용어에 비해 무시할 수 있습니다.

방정식 1

여기서 q는 열이 전송되는 경우, ṁ 증발의 할당된 양또는 속도로 증발되는 물이며, ∆H_vap는 기화의 엔탈피이며, h_y는 열 전달 계수이고, T_공기는 공기 온도이고,_Ts는 모래의 표면 온도이다.

실험적인 질량 전달 계수를 얻기 위해 모래에서 공기로물의 이송은 실제 위상 경계를 가로질러 흐르는 질량 전달로 모델링됩니다. 건조 속도 방정식(방정식 2)은 이 모델입니다.

방정식 2

여기서 k_y는 질량 전달 계수이고, C는 물의 농도이고, A는 경계의 표면적이다. _모래(C)와공기(C∞)의 물 농도는 각각 질량 균형 및 심령 차트를 사용하여 얻을 것이다. 이들은 건조 속도에 대 한 해결 하기 위해 사용 됩니다.

이론적 값은 열 및 질량 전달 계수를 계산하여 실험 데이터와 비교할 수 있습니다. 이론적 열(식인3) 및 질량(수학식 4) 전달 계수는 상관관계와 관련된 물질의 특성으로부터 얻어진다.

방정식 3

방정식 4

여기서 Re는 레이놀즈 번호, Pr은 Prandtl 번호, Sc는 슈미트 번호, D_AB는 공기 중물의 확산도, L은 길이이고, K는 열 전도도이다.

수집된 데이터로부터 다음 정보를 얻을 수 있다. 공기에 존재하는 물의 농도를 제공하는 절대 습도를 결정하기 위해 psychrometric 차트를 사용합니다. 열 전달 계수는 측정된 온도 및 방정식 1을 사용하여 계산할 수 있습니다. 그리고 마지막으로, 젖은 모래의 질량의 변화는 모래에서 물의 농도를 계산하는 데 사용할 수 있습니다.

모래의 수분 함량은 시간이 지남에 따라 선형적으로 감소했습니다. 예상대로, 증발 속도는 더 큰 유량과 열 관세로 증가하는 것으로 나타났습니다. 그들의 방정식에 따르면, 열 및 질량 전달 계수는 모래 공기 인터페이스에서 증발 속도에 직접 비례합니다. 열 및 질량 전달 계수의 이론적 값은 99%의 ^R2와 강한 양성 상관관계를 갖는 것으로 나타났다. 실험 값은 테스트 후 약한 상관 관계를 보였습니다.

공기 흐름과 증발 속도 사이의 관계와 온도와 증발 속도 사이의 관계는 모두 선형적으로 증가했습니다(그림 1, 그림 2). 공기 흐름(도 1) 증가 및 온도 증가(도 2)는 모두 증발 속도를 증가시켰습니다. 이러한 그래프는 공기 흐름이나 온도가 증가하고 다른 변수가 일정하게 유지되면 증발 속도가 동등한 속도로 증가하고 양수 선형 추세를 따른다는 것을 보여줍니다. 공기 유량 변화 시험은 대류 열 전달의 척도였으며, 온도 변화 테스트는 전도성 열 전달의 척도였다. 두 테스트의 합은 대류 및 전도성 열 전달 모두 증발 속도와선형 관계를 따르는 것을 보여줍니다.

그림 1: 대기 속도와 증발 속도 사이의 관계를 묘사하여 선형적으로 증가했습니다.

그림 2: 온도와 증발 속도 사이의 관계의 묘사, 이는 선형 증가.

공기 모래 인터페이스의 상대 습도 및 온도인 오류에 대한 가장 큰 소스와 측정에 오류의 많은 소스가 있습니다. 또한 트레이의 무게에 대한 공기 속도 효과는 중요하지 않은 것으로 간주되었지만 오류의 원인입니다. 이 오류 중 일부는 열 및 질량 전달 계수의 상관 관계를 감소시킬 수도 있습니다. 이 계수는 이론적으로 계산되었고 상관 관계가 입증되었습니다. 그러나 실험 데이터는 이론적으로 유사하지만 중요한 추세를 보이지 않았습니다.

트레이 건조기는 대류 및 전도성 열 전달에 대하여 모래의 건조 속도를 측정하는 데 사용되었다. 3개의 서로 다른 전력 레벨과 두 개의 서로 다른 유량의 건조기를 사용하여 6개의 실험 데이터 세트가 발견되었습니다. 측정은 5 분 간격으로 모래 / 물 혼합물을 계량하여 촬영했다.

이 실험은 뉴턴의 난방 법칙, 건조 속도 모델링, 열 및 질량 전달 모델링을 사용했습니다. 열 및 질량 전달 계수는 경계 층 모델을 사용하여 결정되었다. 이론적으로 열 및 질량 전달 계수는 매우 강력한 양양성 선형 상관관계를 보여줍니다. 실험 결과 긍정적인 추세도 보였지만, 데이터가 너무 부정확하여 둘 사이의 중요한 상관 관계를 표시하지 못했습니다.

트레이 건조는 다양한 분야에서 사용할 수 있습니다. 그러한 분야 중 하나는 제약입니다. 제약분야에서는 트레이 건조기가 끈적거리고 세분화된 재료^2를포함한 다양한 기재를 건조하는 데 사용된다. 의약품에 사용되는 많은 플라스틱은 트레이 건조기^2에서건조 될 수있다. 또한 침전물, 페이스트 및 기타 젖은 덩어리는 원유 약물, 화학 물질, 분말 및 태블릿 과립과 함께 트레이 건조기로 건조 할 수 있습니다. 심지어 일부 장비는 건조기^2에서건조된다. 트레이 건조기는 크기가 다양하고 손실 없이 처리 될 수있는 배치에 사용되기 때문에이 업계에 많은 장점을 제공합니다^2. 건조기는 또한 효율적인 방식으로 다른 재료와 함께 쉽게 조정^2. 경우에 따라 진공의 트레이 건조기는 비타민^2와같은 열에 민감한 제품을 건조하는 데 사용됩니다.

트레이 건조기는 식품 가공^3에도사용됩니다. 식품은 건조^3을위해 트레이에 얇고 고르게 펴질 수 있습니다. 식품의 종류에 따라 트레이를 가로 질러 움직이는 공기, 가열 된 트레이 또는 선반에서 전도 또는 방사선 형태로 가열 된 다른 가열 된 표면^3을가열하여 건조를 수행 할 수 있습니다. 공기는 습한 증기를 제거의 추가 이점과 함께 사용할 수 있습니다, 이것은 일부 음식에 대한 문제가 될 수 있지만^3.