Mathematical Model for Agglomeration Process of Milk Powder

การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการรวมตัวของนมผง

Name: Sunetra Auamwong

keyword: Agglomeration

; กระบวนการรวมตัวกันของอนุภาค

Abstract: Stickiness is the phenomenon that commonly encounter during spray drying of milk powder. It can lead to the agglomeration of milk powder which can cause problem in industrial dryer and damage to the processing equipment. Better understanding of this phenomenon can be achieved by mathematical model of agglomeration process. In this thesis, heat and mass transfer of droplet, and Distinct Element Method (DEM) simultaneously with Computational Fluid Dynamics (CFD) were used to describe the agglomeration process of skim milk powder. The proposed mathematical model was comprised of 4 parts; particle formation, prediction the surface stickiness of droplet, agglomeration of sticky powder, and particle size distribution. In the calculation of particle formation part, the droplet size produced from atomization and number of particle formation were calculated. Next, the calculated size of droplet were used in prediction of surface stickiness of droplet to determine the moisture content, droplet surface temperature, droplet size after drying, and sticky point temperature. After that, the agglomeration of sticky powder inside spray chamber was predicted. In addition, the particle and fluid motion inside spray chamber were also determined in this part. Then, the particle size distribution after agglomeration was obtained. Furthermore, parts of the model were validated with the experimental data of Williams et.al. [25] which has three different droplet size, 56.8, 78.28, and 108.5 micrometers. The results gave the same trend of sticky surface of powder. The moisture content of droplet rapidly decreased in the first period and fell to critical value which is 0.044, 0.048, and 0.061 kg water/kg solid, respectively. It was observed that the time period for powder to have sticky surface after spraying from atomizer was around 0.033, 0.03, and 0.024 seconds of all three cases of powder to agglomerate. However, only the largest droplet size from the simulation was selected for the study of agglomeration process. The results showed that this model can predict the agglomeration of sticky powder since there were 216 from 900 powders that agglomerated during simulation. Moreover, the largest droplet size after agglomeration was 100.6 micrometers and the most popularity was 79.9 micrometer which was the size of unagglomerated powder.

Abstract: Stickiness เป็นปรากฏการณ์หนึ่งที่เกิดขึ้นในอุตสาหกรรมผลิตนมผง ทำให้เกิดการรวมตัวกันของอนุภาคก่อให้เกิดปัญหาในอุตสาหกรรมการอบแห้งแบบพ่นฝอยและอาจทำให้เกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์ที่ใช้ในกระบวนการผลิต เพื่อให้เกิดความเข้าใจมากขึ้นจึงมีการนำแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เข้ามาช่วยในการอธิบายถึงกระบวนการการรวมตัวกันของอนุภาค โดยในงานวิจัยนี้ได้มีการนำเอาหลักการการถ่ายเทความร้อนและมวลสารและหลักการคำนวณหาการเคลื่อนที่ของอนุภาคแบบไม่ต่อเนื่องมาใช้ในการอธิบายกระบวนการการรวมตัวของนมผงขาดมันเนย แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ถูกพัฒนาขึ้นประกอบไปด้วยสี่ส่วนหลัก คือ การคำนวณหาจำนวนอนุภาคที่เกิดขึ้นจากการพ่นฝอย การทำนายคุณสมบัติในการติดแน่นที่พื้นผิวของอนุภาค การทำนายการรวมตัวกันของอนุภาคที่มีความเหนียว และการกระจายขนาดของอนุภาค ในส่วนของการคำนวณ เริ่มจากการคำนวณหาขนาดของนมผงและจำนวนอนุภาคที่เกิดขึ้นจากการพ่นฝอย จากนั้นจึงคำนวณหาค่าของนมผงขาดมันเนย ผลที่ได้จากการคำนวณบางส่วน ของนมผงขาดมันเนย ผลที่ได้จากการคำนวณบางส่วนมีการนำไปเปรียบเทียบกับผลการทดลองของ williams และคณะ ที่ทำการศึกษาการรวมตัวกันของอนุภาค 3 ขนาด 56.8 78.28 และ 108.5 ไมโครเมตร เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลอง ในการทำนายคุณสมบัติในการติดแน่นที่พื้นผิวของอนุภาคพบว่าผลที่ได้จากแบบจำลองพบว่ามีแนวโน้มเดียวกัน โดยในช่วงแรกจะพบว่า ค่าความชื้นของอนุภาคจะมีค่าลดลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากได้รับความร้อนจากอากาศและจะลดลงจนถึงค่าวิกฤต 0.044 0.048 และ0.061 กิโลกรัมน้ำ/กำโลกรัมของแข็ง ตมลำดับ นอกจากนี้ยังพบว่าอนุภาคจะมีคุณสมบัติในการติดแน่นที่พื้นผิวที่ช่วงเวลา 0.033 0.03 และ 0.024 วินาที สำหรับ การศึกษาในส่วนชองการรวมตัวของอนุภาค มีการเลือกศึกษาการรวมตัวกันของอนุภาคขนาด 108.5 ไมโครเมตร โดยผลที่ได้จะพบว่าแบบจำลองนี้สามารถทำนายการรวมตัวกันของอนุภาคโดยมีการรวมตัวกันของอนุภาคจำนวน 216 อนุภาค จาก 900 อนุภาค ขนาดของอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดหลังจากการรวมตัวกันคืออนุภาคขนาด 100.6 ไมโครเมตร และขนาดของอนุภาคภายหลังการอบแห้งที่พบมากที่สุดคือ อนุภาคขนาด 79.9 ไมโครเมตร ซึ่งเปนขนาดของอนุภาคที่ไม่มีการรวมตัวกันกับอนุภาคอื่น

King Mongkut's University of Technology Thonburi. KMUTT Library

Address: BANGKOK

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: Thongchai Srinophakun

Role: Advisor

Created: 2009

Modified: 2012-02-29

Issued: 2553-05-06

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: CHE2096

eng

DegreeName: Master of Engineering

Level: Master's Degree

Descipline: Chemical Engineering

Grantor: King Mongkut's University of Technology Thonburi

©copyrights King Mongkut's University of Technology Thonburi

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	CHE2096.pdf	1.91 MB	134	2022-08-11 20:26:06
2	CHE2096ab.pdf	34.43 KB	43	2020-12-11 14:01:44

ใช้เวลา

0.023135 วินาที