Development of an in-line evaporation unit for the production of gas mixtures containing hydrogen peroxide – numerical modeling and experimental results

材料科学 蒸发 热力学 等温过程 气溶胶 工作(物理) 热的 传热 化学 有机化学 物理
作者
Zaid B. Jildeh,Patrick Kirchner,Klaus Baltes,Patrick Wagner,Michael J. Schöning
出处
期刊:International Journal of Heat and Mass Transfer [Elsevier BV]
卷期号:143: 118519-118519 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.118519
摘要

Hydrogen peroxide (H2O2) is a typical surface sterilization agent for packaging materials used in the pharmaceutical, food and beverage industries. We use the finite-elements method to analyze the conceptual design of an in-line thermal evaporation unit to produce a heated gas mixture of air and evaporated H2O2 solution. For the numerical model, the required phase-transition variables of pure H2O2 solution and of the aerosol mixture are acquired from vapor-liquid equilibrium (VLE) diagrams derived from vapor-pressure formulations. This work combines homogeneous single-phase turbulent flow with heat-transfer physics to describe the operation of the evaporation unit. We introduce the apparent heat-capacity concept to approximate the non-isothermal phase-transition process of the H2O2-containing aerosol. Empirical and analytical functions are defined to represent the temperature- and pressure-dependent material properties of the aqueous H2O2 solution, the aerosol and the gas mixture. To validate the numerical model, the simulation results are compared to experimental data on the heating power required to produce the gas mixture. This shows good agreement with the deviations below 10%. Experimental observations on the formation of deposits due to the evaporation of stabilized H2O2 solution fits the prediction made from simulation results.
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