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Software Tetra Pak CPS optimiert Sprühtrockner mit CFD-Software

| Autor/ Redakteur: Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Bittermann / Dipl.-Ing. (FH) Tobias Hüser

Computational Fluid Dynamics (CFD) ist eine bewährte Software-Simulation zur Detailentwicklung von Apparaten und ganzen Anlagen. Der wesentliche Vorteil der numerischen Simulation: Es lassen sich dreidimensionale Strömungsdaten generieren, die Optimierungsmöglichkeiten sichtbar machen. Um die Technologie zur Eindampfung von Pulvern in Sprühtrocknern zu verbessern, nutzt Tetra Pak CPS die Software Star-CCM+ von CD-Adapco.

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Ein Sprühtrockner kleinerer Leistung (1000 kg/h). Typische Anlagen haben Leistungen von 5 MW und setzen 5 t/h durch.
Ein Sprühtrockner kleinerer Leistung (1000 kg/h). Typische Anlagen haben Leistungen von 5 MW und setzen 5 t/h durch.
(Bild: Tetra Pak CPS)

Das Ziel von Anlagenbetreibern der Food-Industrie sind stets Produkte zu günstigen Produktionskosten, die in immer kleineren Anlagen mit geringeren Betriebs- und Servicekosten hergestellt werden. Um solchen Ansprüchen für Anlagen zur Herstellung von Käse gerecht zu werden, bietet Tetra Pak CPS (Cheese and Powder Systems)-Technologien an, die Pulver in Sprühtrocknern eindampfen und verarbeiten.

Diese Verfahren optimiert das Unternehmen mithilfe der CFD-Software Star-CCM+ von CD-Adapco. Die Vorteile einer CFD-Analyse gegenüber aufwändigen Experimenten in Labor- und Pilotanlagen liegen auf der Hand: Die Simulation reduziert die Zahl der notwendigen Experimente und erlaubt einen einfacheren Vergleich von Alternativen. Neben einer verbesserten Lufteinströmung in Sprühtrocknern hat die Tochtergesellschaft von Tetra Pak auch in anderen Bereichen gute Erfahrungen mit dem Programm gesammelt. Dazu zählen:

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  • die Untersuchung nicht-Newtonscher Strömungen in der Aufkonzentrierung;
  • die Minimierung des Druckverlustes in Fallfilmverdampfern;
  • die Optimierung der Trenneffizienz in Separatoren;
  • die Analyse der Wärmerückgewinnung am Trocknerausgang.

Trockene Milch ist das Ziel

„Wir nutzen Star-CCM+ generell in unseren Forschungs- und Entwicklungsabteilungen zur Optimierung der Konstruktion, zur Problembehandlung und Problemlösung“, sagt Alfred Jongsma, Manager Research & Development bei Tetra Pak CPS. Am Beispiel einer Sprühtrocknung wird deutlich, wie die Simulationssoftware die Trocknung von Milch und Molke verbessert: Das Verfahren macht sich das Prinzip der Oberflächenvergrößerung zunutze, indem flüssige Produkte im Trockenturm in feine Tröpfchen zerstäubt werden.

Diese trocknen auf ihrer Flugbahn durch Erwärmung mittels eines Heißluftstroms. Die Temperatur der Heißluft kann zwischen 150 und 250 °C liegen und wirkt nur sehr kurz (0,5 bis 1 s) auf das Produkt ein. Die entstehenden Partikel fallen nach unten. Dabei erreicht der Betreiber nur mit einer möglichst engen Tropfengrößenverteilung ein hochwertiges Feststoffprodukt mit enger Korngrößenverteilung.

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