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Drop trajectory predictions and their importance in the design of spray dryers

1975; Elsevier BV; Volume: 1; Issue: 6 Linguagem: Francês

10.1016/0301-9322(75)90036-1

1879-3533

W. H. Gauvin, S. Katta, Fred Harold Knelman,

Plant Surface Properties and Treatments

A knowledge of the trajectories of atomized droplets in both the nozzle zone (where the droplets are rapidly decelerating from their initial high velocity) and in the free-entrainment zone (where the droplets are conveyed by the drying gas) is required for the design of spray dryers, since it governs the evaporative capacity and thermal efficiency of the chamber, while affecting the moisture content and general quality of the product through the control of the drying time. The trajectories of droplets in three-dimensional motion were determined theoretically in both zones. In the case of two-fluid pneumatic atomizers, the characteristics of the jet of atomizing fluid were found to be important in both the zones. Predictions of droplet trajectories were tested in an experimental circular cocurrent spray-drying chamber with a conical bottom, in which the drying air was introduced tangentially near the top. Water was used as the feed material. A study was made of the effects of liquid feed rate and temperature, drying air flowrate and temperature, and of nozzle position on the thermal efficiency and evaporative capacity of the chamber. The results were interpreted in the light of the droplet trajectories predicted. Pour le calcul des sécheurs à brouillard, la connaissance des trajectoires des gouttelettes atomisées est nécessaire, à la fois dans la zône de l'ajutage (où les gouttelettes décèlèrent rapidement à partir d'une vitesse initiale élevée) et dans la zône d'entrainement libre (où les gouttelettes sont transportées par le gaz sécheur), car elle gouverne la capacité d'évaporation et le rendement thermique de l'enceinte, tout en affectant le taux d'humidité et la qualité du produit par l'intermédaire due temps de séchage. On a déterminé théoriquement, dans les deux zônes, les trajectoires des gouttelettes en mouvement tridimensionnel. Dans le cas des atomiseurs pneumatiques à deux fluides, on a trouvé que les caractéristiques du jet de fluide atomiseur sont importantes dans les deux zônes. La prévision des trajectoires de gouttelettes a été contrôlée avec une chambre de séchage expérimentale à co-courant, circulaire á fond conique, et dans laquelle l'air de séchage était introduit tangentiellement près du haut. On a utilisé de l'eau pour l'alimentation de l'appareil. On a étudié les influences des débits et des températures de l'eau et de l'air, et celle de la position de l'injecteur, sur le rendement thermique et la capacité d'évaporation de la chambre. On a interprété les résultats à la lumiére des trajectoires calculées pour les gouttelettes. Eine Kenntnis der Bahnen der zerstaeubten Tropfen, sowohl in der Deusenzone (wo die Tropfen schnell von ihrer hohen Anfangsgeschwindigkeit verzoegert werden), wie auch in der Zone freien Mitreissens (in der die Tropfen durch das Trockengas mitgefuehrt werden), ist fuer den Entwurf von Zerstaeubungstrocknern erforderlich. Sie bestimmen die Verdampfungsleistung und den thermischen Wirkungsgrad der Trockenkammer, wie auch, durch ihren Einfluss auf die Trockenzeit, den Feuchtigkeitsgehalt und die allgemeine Guete des Erzeugnisses. Die Tropfenbahnen der dreidimensionalen Bewegung in beiden Zonen wurden theoretisch bestimmt. Im Fall von pneumatischen Zweistoff-Fluessigkeitszerstaeubern wurde gefunden, dass die Eigenschaften des Zerstaeuberstrahles in beiden Zonen von Wichtigkeit sind. Voraussagen von Tropfenbahnen wurden in einem im Gleichstrom betriebenen kreisfoermigen Zerstaeubungstrockner mit konischem Boden experimentell nachgeprueft. Die Trockenluft wurde am oberen Ende tangential eingefehrt; zur Beschickung wurde Wasser verwandt. Der Einfluss der folgenden Faktoren auf die Verdampfungsleistung und den thermischen Wirkungsgrad wurde untersucht: Durchsatz und Temperatur der Fluessigkeit, Trockenluftmenge und -temperatur, und die Duesenanordnung. Die Ergebnisse wurden anhand der voraussesagten Tropfenbahnen gedeutet. Знaниe тpaeктopий pacпъл eнныч кaпeлeк кaк в зoнe coплa (гдe эти кaпeлък быcтpo зaмeдляютcн co cвoeй нaчaл ънoй cкopocти), тaк и в зoнe cвoбoднoгo зaтoплeния cтpyи (гдe кaнoлъюи тpaнcпop тиpyютcя ocyшaющим гaзoм) нeoбчoдимo для пpocктиpo вaния pacпыляющич ocyшитeл eй, пocкoлъкy oнo oпpeдeляэт иcпapяюшyю cпoc oбнocтъ и тeплoвoй кoэффициeнт нoлe знoгo дeйcтвия кaмepы, в тo вpeмя кaк coдepжaниe вцa ги и oбщce юл cocтoяниe пpoдyктa yчитывaeтcн измeнeниeм вpeмeни ocyщeния. Tpaeктopии кaпeлeк в тpeч из мepeнияч были oцpeдeлeны в oбeич зoнaч тeopeтичecки. Чapaктepиcтики фaкeлa pacпъ лeкнo жидкocти для двyчжидкocтнoгo пнeвмaтичec кoгo pacпылитeля, кaк нaйдeнo, яв ляютco вaжными для oбeич зoн. Пpeдcкaзaнныe тpaeктopии кaп eлeк бнли пpoвepeны в экcпepимeнтaлъяoй кpyгoвo й пpямoтoчнoй pacпыляющeй cyшилънoй кaмepe c кoничecким днoм, вблизи пoтoлкa кoтopoй тaнгeнциaлънo ввoдилcя ocyшaющий вoздyч, a в кaчecтвe тpaнcпoтиpyющeй cpeды и cпoлъзoвaлacъ вoдa. Были изyчeны влияниe cкopocти пoдaчи жидкocти и ee тeмпepaтypы, cкopocти пoтoкa ocyшaющeгo вoздy и eгo тeмпepaтypы, a тaкжe влияниe пoлoжeния coдлa нa тeплoвoй кoэффициeнт пoлeзнoгo дeйcтвия и ocyшaющyю cпocoбнoc кaмepы. Peзлкътaты пpeдcтaвлeны в cвeтe пpeдcкaзaнныч тpaeктopий кaпcлeк.