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Tetra Pak CPS optimiert Sprühtrockner mit CFD-Software

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Die Größe des Sprühtrockners hängt von der Trocknungszeit (Fallzeit) und der gewünschten Tropfen-/Partikelgröße ab. Dabei ergeben sich beeindruckende Dimensionen, wie Jongsma beschreibt: „Ein typischer Sprühtrockner hat ein Volumen von 700 m³ mit einem Durchmesser von 8,5 m und einer Höhe von 20 m, verarbeitet 5 t Milch oder Molke in der Stunde und muss dafür eine Leistung von 5 MW aufbringen. Die Energieeffizienz liegt zwischen 40 und 65 % – da lohnt sich jeder Optimierungsschritt.“

Die CFD-Analyse kann dabei vier wesentliche Parameter bei einer Sprühtrocknung verbessern:

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  • die chemische Zusammensetzung und die Ausgangskonzentration;
  • die Temperatur der Heißluft;
  • das Mischverhalten von Tropfen und Luft;
  • die Flugbahn und das Agglomerationsverhalten.

Realitätsnahe Modelle

Klar ist: Die Qualität einer solchen Simulation steht und fällt mit der Qualität des zugrunde liegenden Modells – wie realitätsnah also die relevanten physikalischen, chemischen und technischen Vorgänge numerisch beschrieben sind. Das Ganze sollte möglichst schnell gehen und einfach in der Handhabung sein. Beide Ansprüche zu erfüllen, das verspricht das von CD-Adapco angebotene Software-Werkzeug. „Ganz allgemein gesprochen haben wir durch den Einsatz von CFD unser Verständnis über die komplexe Physik in Sprühtrocknern deutlich verbessert. Wir wissen nun mehr über die optimalen Bedingungen für den Trocknungsprozess“, so Jongsma.

Das Ziel sei es, den Durchsatz zu optimieren und zugleich die Ablagerungen im Trockner zu minimieren. Denn solche Ablagerungen limitieren die Betriebszeit, nach wenigen Wochen müsse der Trockner gereinigt werden. „Es scheint, dass die gleichen Faktoren, die zu einer geringeren Ablagerung führen, sich auch positiv auf die Kapazität auswirken. Die Parameter, die wir mithilfe der CFD optimieren konnten, betreffen den Luftstrom ins System und die Art und Weise, wie die Flüssigkeit über die Hochdruckzerstäuber eingebracht wird“, erläutert Jongsma. Der Kunde profitiert so von einer höheren Produktionskapazität, einer besseren Pulverqualität und einer längeren Standzeit bis zur notwendigen Reinigung des Sprühtrockners.

Bei der Entwicklung von Star-CCM+ standen drei Zielsetzungen im Vordergrund: Das CFD-Programm, das auf einer objektorientierten Client-Server-Architektur beruht, soll die Dauer der Produktentwicklung verkürzen, die Qualität der Produkte verbessern und dem Nutzer verwertbare Erkenntnisse über das Verhalten und die Leistungseigenschaften seiner Technik vermitteln.

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