CFD simulation of spray drying process using a new droplet drying kinetics

Abstract

Das Hauptziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines zuverlässigen CFD-Modells zur Beschreibung der Trocknung von Tropfen unter für Sprühtrockner relevanten Bedingungen. Nachteile vorhandener Trocknungs-Modelle sollten überwunden werden. Die erfolgreiche Anwendung des Modells zur Simulation unterschiedlicher Systeme einzelner Tropfen bewies die Fähigkeit dieses Modells zur Abschätzung des Trocknungsverhaltens einzelner Tropfen während des Trocknungsprozesses. Darüber hinaus wurde das Modell in einem Euler-Lagrange-Ansatz mit Zwei-Weg-Kopplung für die Simulation eines Pilotanlagen-Gleichstrom-Sprühtrockners implementiert, um seine Anwendbarkeit im großen Maßstab zu bewerten. Die guten Übereinstimmungen zwischen den vorhergesagten Ergebnissen und experimentellen Daten für diesen Fall bestätigen die Fähigkeit und das Potential dieses Trocknungsmodells für die CFD-Simulation von Sprühtrocknern.

The main objective of this work was the developing of a reliable CFD model of spray drying process for describing the drying of suspension or solution droplets under the conditions relevant for the spray dryers and moreover, overcome some of the drawbacks recognized in the previous drying models. The successful applications of the developed model for simulation of different systems of single droplets proved the capability of this model for the estimation of drying behavior of different single droplets during the drying process. Moreover, the developed model was implemented into the Euler-Lagrange approach for 2-way coupled simulation of a pilot-plant co-current spray dryer to evaluate its applicability for the spray drying simulation in the large scale. The good agreements between the predicted results and experimental data for this case confirmed the ability and potential of this drying model in order to be incorporated as a sub-model for the CFD simulation of the spray dryers.