<abstract xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

To simulate the drying process of cut tobacco in a batch rotary dryer, six different models of equilibrium moisture content were selected to calculate the driving force of mass transfer, and a mathematical model of heat and mass transfer was numerically solved. The multi-objective nonlinear problem of heat and mass transfer coefficients was optimized by employing a weight factor. The simulation results showed that the weight factor r was an important parameter for fitting results of moisture content and temperature. The model evaluation indices almost reached their minimal values with r at 0.1. For all the six equilibrium/classic models the fit was better for moisture content than for temperature. One model (M-H<sc>en</sc>/C) was superior to other equilibrium/classic models and the REA (reaction engineering approach) model. This study aims for an understanding of heat and mass transfer in the tobacco drying process, and provides a theoretical framework to support the prediction of temperature and moisture in various drying situations.
</abstract>

To simulate the drying process of cut tobacco in a batch rotary dryer, six different models of equilibrium moisture content were selected to calculate the driving force of mass transfer, and a mathematical model of heat and mass transfer was numerically solved. The multi-objective nonlinear problem of heat and mass transfer coefficients was optimized by employing a weight factor. The simulation results showed that the weight factor r was an important parameter for fitting results of moisture content and temperature. The model evaluation indices almost reached their minimal values with r at 0.1. For all the six equilibrium/classic models the fit was better for moisture content than for temperature. One model (M-Hen/C) was superior to other equilibrium/classic models and the REA (reaction engineering approach) model. This study aims for an understanding of heat and mass transfer in the tobacco drying process, and provides a theoretical framework to support the prediction of temperature and moisture in various drying situations.

Simulation of Heat and Mass Transfer of Cut Tobacco in a Batch Rotary Dryer by Multi-Objective Optimization

<trans-abstract xml:lang="de" xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

Zur Simulation des Trocknungsprozesses bei Schnitttabak im Trommeltrockner im Chargenbetrieb wurden sechs verschiedene Modelle des hygroskopischen Gleichgewichts zur Berechnung der Antriebskraft beim Massetransport ausgewählt. Zudem wurde ein mathematisches Modell des Wärme- und Massetransports numerisch gelöst. Das multi-faktorielle, nichtlineare Problem der Wärme- und Massetransportkoeffizienten wurde durch die Anwendung eines Gewichtungsfaktors optimiert. Aus den Simulationsergebnissen ging hervor, dass der Gewichtungsfaktor r ein wichtiger Parameter bei der Anpassung der Ergebnisse für Feuchtigkeitsgehalt und Temperatur ist. In der Modell-evaluation erreichten die Indizes mit r bei 0,1 beinahe ihre Minimalwerte. Bei allen sechs Gleichgewichtsmodellen / klassischen Modellen war die Anpassung beim Feuchtigkeitsgehalt besser als bei der Temperatur. Ein Modell (M-H<sc>en</sc>/C) war anderen Gleichgewichtsmodellen / klassischen Modellen sowie dem REA-Modell (reaction-engineering approach / Reaktionstechnikansatz) überlegen. Das Ziel der vorliegenden Studie ist ein tieferes Verständnis des Wärmeund Massetransports im Tabaktrocknungsprozess sowie die Schaffung eines theoretischen Rahmens zur besseren Prognose von Temperatur und Feuchtigkeit in verschiedenen Trocknungssituationen.
</trans-abstract>

Zur Simulation des Trocknungsprozesses bei Schnitttabak im Trommeltrockner im Chargenbetrieb wurden sechs verschiedene Modelle des hygroskopischen Gleichgewichts zur Berechnung der Antriebskraft beim Massetransport ausgewählt. Zudem wurde ein mathematisches Modell des Wärme- und Massetransports numerisch gelöst. Das multi-faktorielle, nichtlineare Problem der Wärme- und Massetransportkoeffizienten wurde durch die Anwendung eines Gewichtungsfaktors optimiert. Aus den Simulationsergebnissen ging hervor, dass der Gewichtungsfaktor r ein wichtiger Parameter bei der Anpassung der Ergebnisse für Feuchtigkeitsgehalt und Temperatur ist. In der Modell-evaluation erreichten die Indizes mit r bei 0,1 beinahe ihre Minimalwerte. Bei allen sechs Gleichgewichtsmodellen / klassischen Modellen war die Anpassung beim Feuchtigkeitsgehalt besser als bei der Temperatur. Ein Modell (M-Hen/C) war anderen Gleichgewichtsmodellen / klassischen Modellen sowie dem REA-Modell (reaction-engineering approach / Reaktionstechnikansatz) überlegen. Das Ziel der vorliegenden Studie ist ein tieferes Verständnis des Wärmeund Massetransports im Tabaktrocknungsprozess sowie die Schaffung eines theoretischen Rahmens zur besseren Prognose von Temperatur und Feuchtigkeit in verschiedenen Trocknungssituationen.

<trans-abstract xml:lang="fr" xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

Dans le cadre d’une simulation du processus de séchage du tabac haché à l’intérieur d’un sécheur discontinu à tambour rotatif, six différentes modélisations de l’équilibre hygrométrique furent sélectionnées afin de calculer la force motrice du transfert de masse et un modèle mathématique de transfert de chaleur et de masse fut numériquement résolu. Le problème non-linéaire à objectifs multiples des coefficients de transfert de chaleur et de masse fut optimisé à l’aide d’un facteur de pondération. Les résultats de la simulation révélèrent que le facteur de pondération r était un paramètre important de mise en relation des résultats de la teneur en humidité et de la température. Les indices d’évaluation des modèles atteignirent presque leurs minima à une valeur r de 0,1. Sur toutes les six modélisations équilibre/classique, la correspondance fut meilleure pour la teneur en humidité que pour la température. Un modèle (M-H<sc>en</sc>/C) supplanta les autres modèles équilibre/classique et le modèle REA (reaction engineering approach / approche fondée sur l’ingénierie des réactions). La présente étude entend approfondir la compréhension du transfert de masse et de chaleur lors du processus de séchage du tabac et propose un cadre théorique en guise d’appui aux prédictions de température et d’humidité dans diverses conditions de séchage.
</trans-abstract>

Dans le cadre d’une simulation du processus de séchage du tabac haché à l’intérieur d’un sécheur discontinu à tambour rotatif, six différentes modélisations de l’équilibre hygrométrique furent sélectionnées afin de calculer la force motrice du transfert de masse et un modèle mathématique de transfert de chaleur et de masse fut numériquement résolu. Le problème non-linéaire à objectifs multiples des coefficients de transfert de chaleur et de masse fut optimisé à l’aide d’un facteur de pondération. Les résultats de la simulation révélèrent que le facteur de pondération r était un paramètre important de mise en relation des résultats de la teneur en humidité et de la température. Les indices d’évaluation des modèles atteignirent presque leurs minima à une valeur r de 0,1. Sur toutes les six modélisations équilibre/classique, la correspondance fut meilleure pour la teneur en humidité que pour la température. Un modèle (M-Hen/C) supplanta les autres modèles équilibre/classique et le modèle REA (reaction engineering approach / approche fondée sur l’ingénierie des réactions). La présente étude entend approfondir la compréhension du transfert de masse et de chaleur lors du processus de séchage du tabac et propose un cadre théorique en guise d’appui aux prédictions de température et d’humidité dans diverses conditions de séchage.

Contributions to Tobacco & Nicotine Research

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

To simulate the drying process of cut tobacco in a batch rotary dryer, six different models of equilibrium moisture content were selected to calculate the...

Simulation of Heat and Mass Transfer of Cut Tobacco in a Batch Rotary Dryer by Multi-Objective Optimization

Published Online: Dec 31, 2020

Page range: 145 - 155

Received: Apr 09, 2020

Accepted: Nov 09, 2020

DOI: https://doi.org/10.2478/cttr-2020-0013

Keywords
Cut tobacco, drying, heat and mass transfer, equilibrium moisture content, multi-objective optimization

© 2020 Feng Huang et al., published by Sciendo

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

Simulation of Heat and Mass Transfer of Cut Tobacco in a Batch Rotary Dryer by Multi-Objective Optimization

Published Online: Dec 31, 2020

Page range: 145 - 155

Received: Apr 09, 2020

Accepted: Nov 09, 2020

DOI: https://doi.org/10.2478/cttr-2020-0013

KeywordsCut tobacco, drying, heat and mass transfer, equilibrium moisture content, multi-objective optimization

© 2020 Feng Huang et al., published by Sciendo

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

Keywords
Cut tobacco, drying, heat and mass transfer, equilibrium moisture content, multi-objective optimization