Тепломассообмен капель концентрированных растворов при распылительной дегидратации в условиях конвективно-радиационного энергоподвода

Приведены результаты моделирования дегидратации капель концентрированной жидкости на примере керамики при конвективно-радиационном энергоподводе в условиях прямоточного и противоточного движения фаз, а также импульсных встречных потоков теплоносителя. Сформулирована модель дегидратации одиночной капли на основе уравнений теплопроводности с источниковым членом и диффузии влаги с учетом изменения ее размера вследствие испарения. При этом учитывается влияние конвективного потока пара с испаряющейся поверхности капли (поток Стефана), а также вдува испаряющегося пара в поток горячего газа на коэффициент теплоотдачи (поправка Сполдинга). Воздействие инфракрасного излучения описывается уравнением Бугера. Уравнение движения капли в газовом потоке учитывает силы, обусловленные гравитацией, разностью скоростей и плотностей фаз. В результате численного моделирования установлено, что при противоточном движении фаз интенсивность дегидратации выше, чем при прямотоке. Это обусловлено как повышением относительной скорости движения фаз, так и увеличением времени пребывания капли в интенсивной области инфракрасного излучения. Показано, что дальнейшая интенсификация испарения возможна за счет создания импульсных встречных потоков теплоносителя. Выполнено сравнение расчетных результатов с опытными данными, подтверждающее адекватность модели. Результаты исследования могут быть полезны при разработке новых теплотехнологий и аппаратов для дегидратации концентрированных растворов и суспензий.

1. Wisniewski, R. Spray Drying Technology Review [Electronic resource] / R. Wisniewski // 45th International Conference on Environmental Systems, 12–16 July 2015, Bellevue, Washington. – Mode of access: https://ttu-ir.tdl.org/handle/2346/64598.

2. Феклунова, Ю. С. Разработка и научное обоснование способа распылительной сушки пюре из тыквы при конвективно-радиационном энергоподводе: автореф. дис. … канд. техн. наук / Ю. С. Феклунова; ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет». – Астрахань, 2015. – 20 с.

3. Акулич, П. В. Методы повышения эффективности процессов распылительной сушки / П. В. Акулич, В. А. Бородуля, Д. С. Слижук // Энергоэффективность. – 2018. – № 4. – С. 28−32.

4. Handbook of Industrial Drying / ed. by A. S. Mujumdar. – 4th ed. – CRC Press, 2014. – 1348 p. https://doi.org/10.1201/b17208

5. Акулич, П. В. Расчеты сушильных и теплообменных установок / П. В. Акулич. – Минск: Беларус. навука, 2010. − 443 c.

6. Акулич, П. В. Конвективные сушильные установки: методы и примеры расчета / П. В. Акулич, А. В. Акулич. – Минск: Выш. шк., 2019. – 376 с.

7. Рудобашта, С. П. Современное состояние и направления развития теории и практики сушки / С. П. Рудобашта // Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы), СЭТТ – 2020: сб. науч. тр. 7-й междунар. науч.-практ. конф., Москва, 13−15 окт. 2020 г. − М.: ООО «Мегаполис», 2020. − С. 13−22.

8. Pulse Combustion Spray Drying of Egg White / Zhonghua Wu [et al.] // Food and Bioprocess Technology. – 2015. – Vol. 8, № 1. – P. 148–157. http://doi.org/10.1007/s11947-014-1384-9

9. Экспериментальное и численное исследования нестационарного испарения капель жидкости / В. И. Терехов [и др.] // Инженер.-физ. журн. – 2010. – Т. 83, № 5. – С. 829–836.

10. Varghese, S. Evaporation of Water Droplets by Radiation: Effect of Absorbing Inclusions / S. Varghese, S. Gangamma // Aerosol Air Qual. Res. – 2007. – Vol. 7, iss. 1. – P. 95–105. https://doi.org/10.4209/AAQR.2006.11.0028

11. Mezhericher, M. The Influence of Thermal Radiation on Drying of Single Droplet/Wet Particle / M. Mezhericher, A. Levy, I. Borde // Drying Technology. – 2008. – Vol. 26, iss. 1. – P. 78–89. http://doi.org/10.1080/07373930701781686

12. Акулич, П. В. Термогидродинамические процессы при распылительной сушке в условиях конвективно-радиа ционного энергоподвода / П. В. Акулич, Д. С. Слижук // Теор. основы хим. технологии. – 2021. – Т. 55, № 1. – С. 34–45. https://doi.org/10.31857/S0040357121010024

13. Блох, А. Г. Основы теплообмена излучением / А. Г. Блох. – М.; Л.: Госэнергоиздат, 1962. – 332 с.

14. Тутова, Э. Г. Сушка продуктов микробиологического производства / Э. Г. Тутова, П. С. Куц. − М.: Агропромиздат, 1987. − 303 с.

15. Долинский, А. А. Распылительная сушка: в 2 т. / А. А. Долинский, К. Д. Малецкая. – Киев: Академпериодика, 2011. – Т. 1: Теплофизические основы. Методы интенсификации и энергосбережения. − 376 с.