Püskürtmeli kurutmada sürekli faz ve damlacıkta ısı-kütle ve momentum transferinin eş zamanlı olarak modellenmesi
Modelling of simultaneous heat-mass and momentum transfer of continuous phase and droplet in the spray dryer
- Tez No: 371998
- Danışmanlar: PROF. DR. FİGEN ERTEKİN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 236
Özet
Bu çalışmada, püskürtmeli kurutucuda sıcak hava akışı, partikül hareketleri ve partikülün kuruma karakteristiklerinin, partikülün kurutucu içinde yörüngelerinin, kurutucu içerisindeki sıcaklık ve nem dağılım profillerinin belirlenmesi için sürekli faz ve damlacıkta ısı-kütle-momentum transferlerinin eş zamanlı olarak hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) yaklaşımı ile modellenmesi amaçlanmıştır. Model gıda olarak maltodekstrin seçilmiştir. Maltodekstrin gıda endüstrisinde özellikle püskürtmeli kurutma işleminde kaplama materyali, kurutma ajanı, aroma taşıyıcı ve hacim arttırıcı ajan olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Kurutma işlemi Buchi B-290 (Labortechnik AG) modeli laboratuvar tipi püskürtmeli kurutucuda gerçekleştirilmiştir. Püskürtmeli kurutma işlem koşullarından hava giriş sıcaklığı (140 ve 200°C), besleme sıcaklığı (10 ve 50°C), besleme debisi (2.1x10-4 ve 9.6x10-5kg/s) ve hava akış hızı (0.473 and 0.670 m3/h) etkisi incelenecek pararametreler olarak seçilmiştir. Her parametre için belirtilen 2 farklı değer kullanılırken diğer parametreler sabit tutulmuştur. Bu değişkenlerin maltodekstrinin yığın (yığın ve sıkıştırılmış yoğunluk, porozite ve akabilirlik) ve partikül (partikül çapı, partikül boyut dağılımı, açıklık ve tekdüzelik ve partikül yoğunluğu) özellikleri, camsı geçiş sıcaklığı, sorpsiyon özellikleri ve işlem verimi üzerine etkisi de incelenmiştir. Elde edilen toz ürünün adsorpsiyon ve desorpsiyon özellikleri 25°C'ta, çeşitli doygun tuz çözeltileri kullanılarak statik-gravimetrik yöntemle belirlenmiştir. Yapılan varyans analizi ile kurutulmuş maltodekstrinin nem içeriği, su aktivitesi, serbest yığın yoğunluğu ve sıkıştırılmış yığın yoğunluğu değerlerinin hava giriş sıcaklığı ve besleme hızından etkilendiği, partikül çapı değerlerinin ise sadece hava akış hızından etkilendiği belirlenmiştir. Sürekli faz ve damlacıkta ısı-kütle-momentum transferlerinin eş zamanlı olarak hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) yaklaşımı ile modellenmesi ve simülasyonu Fluent 6,1 paket programı ile sonlu hacimler yöntemi kullanılarak çözülmüştür. Realizable k-ε, RNG-k-ε ve Reynolds Gerilme Modeli (RGM) türbülans modelleri kullanılarak kurutucu hazne içerisinde hız, sıcaklık ve nem profilleri tahminlenmiştir. Farklı türbülans modellerinden elde edilen sonuçlar deneysel verilerle karşılaştırılmıştır. Realizable k-ε türbülans modeli kullanılarak yapılan modelleme çalışmasından elde edilen sonuçların, deneysel verilerle uyumlu olduğu belirlenmiştir. Simülasyon sonuçları püskürtmeli kurutucu dinamiğinin daha iyi anlaşılmasını sağlamıştır.
Özet (Çeviri)
In this study, simultaneous modelling of heat, mass and momentum transfer of droplet and continuous phase were aimed by using computational fluid dynamics (CFD) for the determination of hot air flow rate, particle motion and particle drying characteristics, trajectories of particles, temperature and moisture distribution profiles in the spray dryer. Maltodextrin was chosen as a model food. Maltodextrins have wide applications particularly in the food industry especially during spray drying. They have many functionalities including to be used as wall material, flavor carrier and bulking agent. Experiments were conducted in a lab scale spray dryer (Büchi Labortechnik AG, Flawil, Switzerland). The inlet air temperature (140 and 200°C) and feed temperature (10 and 50°C), feed flow rate (2.1x10-4 and 9.6x10-5 kg/s) and atomizing air flow rate (0.473 and 0.670 m3/h) were selected as spray drying process variables. Experiments were carried out according to 24 factorial design, known as classical optimization procedure. The effects of these variables on bulk (bulk and tapped density, porosity and flowability) and particle (particle diameter, particle size distribution, span, uniformity and particle density) properties, glass transition temperature, sorption properties of maltodextrin and process yield were examined. The adsorption and desorption properties of the obtained powder product were determined by using various saturated salt solutions at 25°C with static-gravimetric method. ANOVA analysis showed that inlet air temperature and feed flow rate affected the moisture content, water activity, free bulk density and tapped density values of dried maltodextrin whereas particle diameter was only affected by the atomizing air flow rate. The simultaneous modelling of heat-mass-momentum transfer of droplet and continuous phase were solved by using finite volume method with Fluent 6.1 program. The Realizable k-ε, RNG-k-ε and Reynolds Stress Model turbulent models were used to predict velocity, temperature and moisture profiles of particles in the spray drying chamber. The results obtained from different turbulence models were compared with the experimental results. The Realizable k-ε model was found to have good agreement with the experimental data. The simulation results show a better understanding of the dynamics of the spray drying technique.
Benzer Tezler
- Püskürtmeli kurutucuda disodyum oktaborat tetrahidrat üretimi ve modelleme çalışmaları
Experimental and modelling studies of disodium octaborate tetrahydrate production in a spray dryer
ERCAN ÖZDEMİR
Doktora
Türkçe
2009
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLHAYAT NASÜN SAYGILI
- Zirkonya esaslı refrakter kompozitlerin üretim parametrelerinin geliştirilmesi
Improvement of parameters for production of refractory composites based on zirconia
ÇAĞATAY DURMUŞ
Doktora
Türkçe
2015
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER SERDAR ÖZGEN
- Filtration performance of ceramic membranes at whey processing and risk assessment of end-product
Seramik membranların peynir altı suyu işlenmesinde filtrasyon performansı ve son ürünün risk analizi
FURKAN AYTEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA YÜKSEL İMER
- Endüstriyel gıda üretim sistemlerinde ısı geri kazanım için yeni nesil borulu eşanjör tasarımı
New generation tube exchanger design for heat recovery inindustrial food production systems
EMRE SARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
EnerjiGazi ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA AKTAŞ
- Synthesis and characterization of novel organometallic-semiconductor nanocomposit photoelectrodes
Yeni organometalik-yarı iletken nanokompozit fotoelektrotların sentezi ve karakterizasyonu
EMRE YUSUF GÖL
Doktora
İngilizce
2022
Kimyaİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ENGİN KARABUDAK