Ensuring Technical Product Quality in the Energy Efficient Hot Air Drying of Extruded Fish Feed

Det er er ofte muligt at øge energieffektiviteten ved varmluftstørring af ekstruderet fiskefoder.
Hertil udvises der i industrien oftest tilbageholdenhed, af hensyn til risikoen for at kompromittere
foderets tekniske kvalitet. Denne Ph.d. afhandling omhandler den udfordring der
ligger i at optimere energieffektiviteten i tørreprocessen, og samtidig bevare den tekniske
kvalitet, og i særdeleshed den mekaniske holdbarhed, af de ekstruderede fiskefoderpiller. En
matematisk model af tørringen med høj lagtykkelse og ved brug af varm luft er udviklet og
valideret eksperimentelt. Den numeriske model er baseret på masse- og energibevarelse og
løses ved en central ’finite difference’ metode. Modellens nøjagtighed er fundet til at kunne
forudsige eksperimentelle tørringer med høj lagtykkelse, med en variationskoefficient for
kvadratroden af den gennemsnitlige kvadratafvigelse (CV(RMSE)) på 6-13 %. Det er fundet,
at fiskefoder med høj holdbarhed har viskoelastisk karakter. På denne baggrund er tørreparametrenes
indflydelse på foderets strukturelle kvalitet og mekaniske holdbarhed undersøgt
i regi af glasovergangsteori for viskoelastiske biopolymerer. Det er fundet i projektet, at foderpillernes
viskoelastiske karakter øges, når de tørres i en mobil ’gummiagtig’ fase. Dette
fremmer således også krympning og reducerer trækspændinger på pillens overflade. Det blev
i denne kontekst også fundet, at høj temperatur, høj fugtighed og høj lufthastighed hver især
øger den mekaniske holdbarhed. Disse interagerer dog således, at én parameter med høj parameter
kan gøre effekten af at have høje værdier for de to øvrige parametre overflødig.
Ydermere skal høj temperatur ved indtræf af glasovergangen undgås, for at undgå øget hårdhed
og plasticitet af pillerne. Den udviklede matematiske model af tørreprocessen muliggør forudsigelse samt optimering af den opnåede energieffektivitet; øvrig output fra modellen er tidslig og rumlig vandindhold og temperatur for en pille placeret et givent sted i tørrelaget. Disse detaljer kan benyttes til en endelig vurdering af foderets mekaniske holdbarhed. Et kvalitetsestimat er udviklet på baggrund af disse detaljer for pillerne. Dette inkluderer bl.a.pillernes minimumtemperatur fra fordampningsafkølingen. Det udviklede kvalitetsestimat blev fundet at være signifikant i kontekst af at forudsige mekanisk holdbarhed af foderet, og var i stand til forklare 44 % af den total varians i mekanisk holdbarhed, målt over 54 tørreforsøg, under antagelse af en ikke-lineær sammenhæng. Den udviklede model danner udgangspunkt for et multiobjektivt optimeringsværktøj der har til formål at øge energieffektiviteten i tørreprocessen, under tørrebetingelser der ikke kompromitterer foderets tekniske kvalitet.