Исследование эффективного коэффициента диффузии и энергии активации с целью энергосбережения при конвекционной сушке

Abstract

В данном исследовании проведена работа по расчету и математическому моделированию эффективного коэффициента диффузии и энергии активации при конвективной сушке продукта, рассчитан коэффициент его усадки при разных температурах. Эффективный коэффициент диффузии рассчитывался с использованием закона диффузии Фика, разработанного для конечной цилиндрической геометрии. C использованием уравнения эффективного коэффициента диффузии для температур воздуха 45, 55 и 65 °C получены следующие значения: 2,02∙10–10, 5,05∙10–10 и 8,08∙10–10 м2/с соответственно. Энергия активации рассчитана как 61,1 кДж/моль с использованием наклона графика ln(Dэф)–1/T. Установлено, что коэффициенты усадки продукта при температурах воздуха для сушки 45; 55 и 65 °С составляют примерно 23, 32 и 40 % соответственно. Чтобы найти наиболее подходящую сетчатую структуру модели, было проведено исследование независимости сети с использованием средних значений влажности с точностью до 0,001. Нелинейные одновременные уравнения теплои массопереноса для осушающего воздуха 45, 55 и 65 °C решаются методом конечных элементов (MATLAB) с начальными и граничными условиями. Уравнения решаются с точностью до 0,001 для 30-минутных временных интервалов. Начальные условия, использованные в опыте, и теплофизические свойства продукта подробно представлены в таблицах и на графиках. Данные, полученные экспериментальным путем и методом математических вычислений, проанализированы, и было установлено, что результаты совместимы друг с другом. Согласно полученному результату математическая модель, выражающая одновременный тепломассоперенос, может быть использована для прогнозирования распределения влаги в зависимости от температуры в продукте при сушке.