การวิเคราะห์กลไกการระเหยน้ำวัตถุดิบของเหลวที่ใช้กับ เครื่องพ่นฝอยสำหรับการผลิตผงแห้งมูลค่าสูง

บทคัดย่อ

เทคโนโลยีการอบแห้งแบบพ่นฝอย เป็นหนึ่งในเทคนิคที่ได้รับความนิยมสำหรับใช้ในการผลิตอนุภาคมูลค่าสูงโดยการเปลี่ยนรูปของหยดสเลอรีไปเป็นอนุภาค เพื่อเพิ่มคุณสมบัติของอนุภาค การขนถ่ายอนุภาคและการจัดเก็บ เครื่องอบแห้งแบบพ่นฝอยถูกพบว่ามีการใช้งานที่แพร่หลายในอุตสาหกรรมหลากหลายประเภท เช่น อุตสาหกรรมอาหาร อุตสาหกรรมยา อุตสาหกรรมเคมีและชีวภาพ เป็นต้น อย่างไรก็ตาม การขยายขนาดของเครื่องอบแห้งแบบพ่นฝอยในระดับอุตสาหกรรมโดยทั่วต้องใช้การสร้างโรงงานต้นแบบ ซึ่งเป็นกระบวนการที่เสียค่าใช้จ่ายสูงและต้องใช้เวลามาก หัวใจสำคัญของปัญหานี้คือการขาดแคลนแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่มีความน่าเชื่อถือสำหรับออกแบบเครื่องอบแห้งแบบพ่นฝอย เนื่องจากการอบแห้งแบบพ่นฝอยเป็นกระบวนการที่ซับซ้อน ที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายเทความร้อน การถ่ายเทมวล และการถ่ายเทโมเมนตัม ระหว่างก๊าชอบแห้งและหยดของสเลอรี รวมถึงการขนส่งความร้อนและมวลภายในอนุภาคบางส่วนที่แห้งแล้วในเวลาเดียวกัน งานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อที่จะวิเคราะห์กลไกการอบแห้งของหยดสเลอรีในเครื่องอบแห้งแบบพ่นฝอยระดับอุตสาหกรรมสำหรับการผลิตอนุภาคมูลค่าสูง ในขั้นแรก แบบจำลองที่มีเนื้อหาคลอบคลุมสำหรับใช้อธิบายจลนศาสตร์การอบแห้งของหนึ่งหยดสเลอรีในช่วงของการอบแห้งคงที่และช่วงของการอบแห้งลดลงได้ถูกสร้างขึ้น ความต้านทานการถ่ายเทความร้อนและมวลทั้งภายในและภายนอกของหยดสเลอรีได้ถูกนำเข้ามาพิจารณาร่วมด้วยกับการเคลื่อนที่ของพื้นผิวการระเหยเนื่องจากความต่อเนื่องของการอบแห้ง ระบบของสมการเชิงอนุพันธ์ย่อยร่วมกับขอบเขตที่เคลื่อนที่ได้ถูกนำมาใช้ในการแก้ปัญหาเชิงตัวเลขโดยระเบียบวิธีผลต่างสืบเนื่องแบบปริยาย แบบจำลองที่สร้างขึ้นถูกตรวจสอบโดยการเปรียบเทียบกับข้อมูลการทดลองที่ถูกตีพิมพ์ ผลกระทบของ อุณหภูมิและอัตราการไหลของก๊าชอบแห้ง ความเข้มข้นของสเลอรี ขนาดของหยดเริ่มต้น และช่องว่างภายในของอนุภาคที่เกิดรวมตัวกันแล้ว ได้ถูกนำมาวิเคราะห์ในจลนศาสตร์ของการอบแห้งของหยดสเลอรีที่มีอนุภาคขนาดนาโนบรรจุอยู่ภายใน ในขั้นต่อมา แบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อใช้ในการจำลองการอบแห้งของหยดสเลอรีในเครื่องอบแห้งแบบพ่นฝอยในระดับอุตสาหกรรมได้ถูกพัฒนาขึ้น โดยที่แบบจำลองจลนศาสตร์การอบแห้งของหนึ่งหยดสเลอรีที่ถูกสร้างขึ้นได้ถูกรวมเข้าไปในแบบจำลองของเครื่องอบแห้งนี้ด้วย เพื่อใช้จำลองรูบแบบของ ความเร็ว ความชื้น และอุณหภูมิของก๊าชอบแห้งและหยดของสเลอรีตลอดทั้งระยะทางตามแนวแกนของห้องอบแห้ง ตลอดทั้งการกระจายตัวของอุณหภูมิและความเข้มข้นของไอน้ำภายในหยดสเลอรีที่ตำแหน่งต่างๆตามแนวแกนภายในเครื่องอบแห้ง ผลกระทบของตัวแปรปฎิบัติการต่างๆ เช่น อุณหภูมิและอัตราการไหลของก๊าซอบแห้ง ความเข้มข้นของสเลอรี ขนาดของหยดสเลอรี และชนิดของหัวฉีด ได้ถูกศึกษาในพฤติกรรมการอบแห้งของหยดสเลอรีของนาโนซิลิกาในเครื่องอบแห้งแบบพ่นฝอย ในขั้นตอนสุดท้าย กลไกการอบแห้งอนุภาคมูลค่าสูงของไฮดรอกซีแอปาไทต์ ได้ถูกศึกษาเชิงตัวเลขในเครื่องอบแห้งแบบพ่นฝอยระดับอุตสาหกรรม และถูกเปรียบเทียบกับผลการศึกษาของซิลิกาที่ขนาดของอนุภาคสุดท้ายเท่ากัน ผลของการวิเคราะห์จากงานวิจัยนี้ มีจุดประสงค์ที่จะใช้สำหรับการหาค่าที่เหมาะสมที่สุดของเครื่องอบแห้งแบบพ่นฝอยที่มีการใช้งานในอุตสาหกรรมที่หลากหลาย

คำสำคัญ