Bir kurutma prosesinde — gıda, ilaç, seramik, kereste ya da çamaşır — kuruma hızı zamanla değişir ve iki farklı mekanizma tarafından sınırlanır.
Sabit hız dönemi
Başlangıçta ürün yüzeyi ıslaktır. Buharlaşma yüzeyde olur ve hızı, havanın nemi ne kadar hızlı alıp götürdüğü belirler. Sınırlayan taraf dış taraftır: hava hızı, sıcaklığı ve bağıl nemi.
Bu dönemde hava debisini artırmak ya da sıcaklığı yükseltmek doğrudan işe yarar. Yüzey sıcaklığı, buharlaşma soğutması nedeniyle havanın yaş termometre sıcaklığına yakın kalır — bu, ürünü koruyan doğal bir tampondur.
Azalan hız dönemi
Yüzey kurudukça buharlaşma cephesi ürünün içine çekilir. Artık nemin yüzeye ulaşması gerekir ve hızı iç difüzyon belirler.
Bu dönemde hava tarafını iyileştirmenin etkisi yok denecek kadar azdır. Daha fazla debi vermek yalnız enerji harcar. Üstelik yüzey artık buharlaşmayla soğumadığı için ürün sıcaklığı hızla yükselir — yanma, çatlama ve kalite kaybı tam olarak bu dönemde olur.
Tasarım sonucu
İyi bir kurutucu, iki dönem için farklı koşullar sağlar: başta yüksek debi ve sıcaklık, sonra kademeli düşürme. Sabit koşullu bir kurutucu ya ilk dönemi yavaş geçer ya ikinci dönemde ürünü bozar.
Modelleme
Buharlaşma bir kütle ve enerji kaynağıdır. Yüzeyden buhar çıkışı havanın nemini artırır ve gizli ısı yüzeyi soğutur; ikisi birlikte çözülmelidir. Damlacık ya da gözenekli yüzey buharlaşması için klasik kütle transferi bağıntıları kullanılır [1].
Dağılım kritiktir. Bir partideki bütün ürünlerin aynı kurumasını istiyorsanız, mesele toplam debi değil, o debinin raflar arasında nasıl dağıldığıdır — klasik bir dağılım problemi.
Ürün tarafı ayrı modellenir. İç difüzyon, akış çözümünün değil ürün modelinin konusudur; ikisi yüzeyde birleştirilir.
Kaynaklar
- Ranz, W. E. & Marshall, W. R. (1952). Evaporation from drops. Chemical Engineering Progress, 48, 141–146 (Part I) and 173–180 (Part II).
- Shah, R. K. & Sekulić, D. P. (2003). Fundamentals of Heat Exchanger Design. John Wiley & Sons. DOI: 10.1002/9780470172605