Моделювання процесу розподілення теплоносія в сушарці для термолабільних продуктів

Abstract

Ефективність процесу сушіння харчових продуктів у псевдозрідженому шарі визначається газодинамічними параметрами потоку теплоносія, який, у свою чергу, залежить від конструкції газорозподільника. Основне завдання газорозподільника в сушарках з псевдозрідженим шаром — забезпечення рівномірних і сталих параметрів шару продукту без попадання частинок продукту в підрешітковий простір і забезпечення захисту газорозподільної решітки від негативного впливу з боку продукту. Це особливо важливо при проведенні високотемпературних процесів з речовинами, чутливими до впливу температури, наприклад, казеїном, які можуть розм ’якшуватись і налипати на решітку, збільшуючи її опір, аж до зупинки процесу. З метою знаходження раціональної конструкції газорозподільника виконано комп’ютерне моделювання розподілу теплоносія в сушильній установці для казеїну. При моделюванні використовувалися методи обчислювальної гідродинаміки (Computational Fluid Dynamics, CFD). На основі результатів моделювання запропоновано нову конструкцію газорозподільника з регульованими елементами. Виявлено, що гідравлічний опір цього газорозподільника складає 221 Па, що суттєво менше за опір у класичному нерухомому газорозподільнику з призматичними елементами (4952 Па). Також у модернізованій конструкції газорозподільника швидкість теплоносія в завислому шарі становить близько 5—6 м/с, що відповідає рекомендаціям щодо створення стійкого псевдозрідженого шару продукту при сушінні казеїну. Отже, при однакових початкових параметрах подачі теплоносія нова конструкція газорозподільника забезпечує кращі, ніж у нерухомому газорозподільнику, умови для висушування казеїну. Efficiency of the drying process of food products in the fluidized state is largely determined by the gas-dynamic parameters of the heat transfer agent flow, which, in turn, depends on the design of the gas-distributor. The main task of the gas-distributor in dryers with fuidi- zed state is to provide uniform and constant parameters of the product layer without falling product particles into the sublayer space and to ensure the protection of the gas distribution grid from the negative impact of the product. This is especially important when occur high-temperature processes with substances that are temperature sensitive, such as casein, which can soften and stick to the grid, increasing its resistance, up to the stop of the process. In order to find the rational design of the gas-distributor, we performed a computer simulation of the distribution of heat transfer agent in a drying plant for casein. In the simulation, computational fluid dynamics (CFD) methods were used. Based on the simulation results, a new design of a gas-distributor with adjustable elements was proposed. It was found that the hydraulic resistance of this gas-distributor is 221Pa, which is significantly less than the resistance in a classic stationary gas-distributor with prismatic elements (4952Pa). In the modernized design of the gas-distributor, the heat transfer agent velocity in the fluidized layer is about 5—6 m/s, which corresponds to the recommendations for the creation of a stable fluidized-state product layer during the casein drying. Consequently, with the same initial parameters of heat transfer agent, the new design of the gas-distributor provides better conditions for casein drying than with a stationary gas-distributor.