EEN-E3003 Industrial drying and evaporation processes

Transkriptio

1 EEN-E00 Indsrial drying and evaporaion proesses Callaion eerise sar proble solion Proble. Bioass is dried before gasifiaion in a dryer sown in Figre. Te dry solid flow rae of e bioass rog e dryer is.7 ds/ and e bioass id dried fro e iniial oisre onen of. kg/kgds o e final oisre onen of 0. kg/kgds. Te eperare of e dryig air before e dryer is 00 o C. Before eaing e air eperare and idiy are 0 o C and 00kg/kg, respeively. Te oal pressre is 00kPa. Te air eperare afer e dryer is 0 o C and i is flly saraed. Ansewer e following qesions: A) Wa is e ass flow rae of drying air (kg/s) and e speifi ea onspion of e dryer (kj/kgho)? B) Wa are ea losses fro e dryer o e srronding in lowas? Yo an negle power onspion of e fans and eaing of aerial. C) Wa is e ass flow rae of drying air (kg/s) and e speifi ea onspion of e dryer (kj/kgho) wen e dryer is eqipped wi a ea reovery ni (HRU) of e eas air? Te ini eperare differene in e HRU is o C D) Wa is e ass flow rae of drying air (kg/s) and e speifi ea onspion of e dryer (kj/kgho) wen e dryer onsis of wo drying sages (see Figre )? Te air eperare afer e firs sage is e sae as in poin A). Afer e seond sage e air eperare is 8 o C and air is flly saraed. E) How old e ea onspion of e dryer frer be dereased in poin D)? Menion few eans. F) In e fre, e dry solid flow rae of e bioass rog e dryer will be inreased fro.7 ds/ o 6.7 ds/. Wa is e new eperare of e drying air afer e apaiy inrease if e ass follow rae of e drying air reains nanged (i.e. is e sae as in poin A))? Yo an asse a e air is sill flly saraed afer e dryer and ea losses are e sae as in poin A). In is ase, yo an also negle power onspion of e fans and eaing of aerial. Is i possible o inrease e air eperare o e desired one wen saraed sea a e pressre of.7bar (abs.) is.8 kg/s available for eaing of drying air? Vaporizaion ea of e sea a e pressre of.7bar is kj/kg.

2 Figre.Dryer onfigraion in poin A) Figre.Dryer onfigraion in poin D) Solion A) Le s se nbers in Figre for saes of air rog e drying syse Mass flow rae of drying air fro e ass balane of e dryer bioass in o Eas air is flly saraed fro e sea able p (0 o C) = Pa p 6 6 = 07 kg/kg p p o 700, 600 = 8,7kg/s 07 0 Sepifi ea onspion is obained fro e energy balane of e ea eanger. Average speifi ea apaiies for dry air and vapor beween 0-00 o C are p =,006kJ/kgK, =,8kJ/kgK. Absole air idiy does no ange over e eaer = q p v 0 0 p = 006, 087, = 670kJ/kgHO B) Hea losses of e dryer are obained fro e energy balane of e drying aber. Heaing of aerial and power onspion of e fans are negleed

3 Q loss 0 0 Qloss p p = 8,7[, (, ), (,870 +0)] = 00kW C) Figre sows ow e air eperare an be inreased before eaing by eqipping e dryer wi e HRU. = 0 o C o C = 6 o C Figre.A drying syse wi e HRU Mass flow rae of drying air does no ange alog e HRU is inegraed ino e drying syse = 8,7kg/s Speifi ea sonspion is obained fro e energy balane of e ea eanger: q p = 006, 087, = 0 kj/kgho p

4 D) Le s se nbers in Figre for drying air. Figre sows ow e sae of air anges over e -sage drying proess in Mollier diagra. Figre. Saes of drying air in e Mollier-diagra over -sage drying Mass flow rae of drying air is one again obained fro e ass balane of e dryer: bioass in o, were is e absole air idiy afer e seond drying sage. Air is flly saraed afer e seond drying sage and e saraed vapor pressre is obained fro e sea able p (8 o C) = 66Pa 0.6 p o p p = 0.0kg/kg

5 =.kg/s Speifi ea onspion is obained fro e energy balane of ea eangers q p p p p = 80kJ/kgHO E) Hea onspion an be frer reded by iproving inslaion of drying abers and by eqipping e dryer wi a ea reovery ni of e eas air (afer sae ). F) Mass flow rae of drying air is e sae as in poin A). Te ass balane of e dryer gives e new absole air idiy afer e apaiy inrease. bioass in o = 0.006kg/kg 8.7 ' 006 Saraed vapor pressre p = 689Pa Air is flly saraed afer e dryer. Te eperare orresponding o e saraed vapor pressre of 689Pa is o C (fro e sea able) Ne e enalpy afer e eaing s be allaed fro e energy balane of e drying aber: Qloss = 7.9 kj/kg 8.7 = p + ( + 0) = 09.7 o C = 0 o C Hea onspion of e dryer kW Φ = Vaporizaion ea of e sea a e pressre of.7bar is kj/kg.

6 Sea deand sea Φ l v 790 =.6kg/s <.8kg/s ok Teperare of e saraed sea a e pressre of,7bar is o C < 0 o C ok. Tis eans a e apaiy inrease is possible! Teävä. Hakea kivaaan ennen kaassa kvan kivrissa. Hakea kivaaan,7 ka/ alkkosedesa,kg/kgka loppkoseeen kg/kgka. Kivasilan läpöila ennen kivria on 00 o C. Ennen läiysä ilan läpöila on 0 o C, koses 0kg/kg ja kokonaispaine 00kPa. Ilan läpöila kivrin jälkeen on 0 o C ja se on äysin kylläisä. Määriä läöieojen perseella seraava asia. A) Kivasilan assavira ja kivrin läönkls aidea vesiloa koi. B) Kivrin läpöäviö lowaeina. Paliien säkönklsa ja aeriaalin läpeneiseen klvaa energiaa ei arvise oioi. C) Kivasilan assavira ja läönkls aidea vesiloa koi, kn kivriin lisäään poisoilan läönaleenoo, jonka aseiss on o C. D) kivasilan assavira ja läönkls aidea vesiloa koi, kn kivas oeeaan kaksivaieisena (ks. kva ). Kivasilan läpöila ennen oisa kivasvaiea on saa kin A)-kossa. Kaksivaieisen kivaksen jälkeen ilan läpöila on 8 o C ja ila on äysin kylläisä. E) Millä keinoilla kivrin läönklsa voiaisiin D)-kossa edelleen pienenää? F) Teaalla aan A)-kon kivrin kapasieein nosaisa 6,7 kiva-aineonniin nnissa. Mikä kivasilan läpöilan lee olla, joa kapasieein noso onnis ilan eä kivasilan assaviraa lisäään? Olea ila kivrin jälkeen äysin kylläiseksi ja kivrin läpöäviö saaksi kin A)-kossa. Paliien säkönklsa ja aeriaalin läpeneiseen klvaa energiaa ei arvise oioi. Onnisko läpöilan noso, kn ilan läiykseen on saaavilla,7barin kylläisä öyryä,8kg/s.,7barin öyryn öyrysyisläpö on kj/kg. Ila Läiys Hake, o Kivas Hake, in Kva. A-kon akkeen kivasjärjeselä

7 Ila Läiys Kivas Hake, o Läiys Kivas Hake, in Kva. D-kon Hakkeen kivasjärjeselä Rakais A) Käyeään kvan neroinia ilan ilalle. Kivasilan assavira kivrin assaaseesa ake in o Poisoila on äysin kylläisä öyrynpainealkosa p (0 o C) = Pa p 6 6 = 07 kg/kg p p o 700, 0, = 8,7kg/s Läönkls aidea vesiloa koi saaan läönvaiien energiaaseesa. Kivan ilan ja vesiöyryn kesääräise oinaisläpökapasieei välillä 0-00 o C: p =,006kJ/kgK, p =,8kJ/kgK. Ilan koses läiyksessä ei, eli = q p 0 0 p p p = 006, 087, = 670kJ/kgHO B) Kivrin läpöäviö saaan selville kivaskaion energia- ja assaaseesa. Maeriaalin läpeneisä ja paliien säkönklsa ei oioi Q äv 0 0 Qäv pi p pi p

8 = 8,7[, (, ), (,870 +0)] = 00kW C) Kn kivriin lisäään poisoilan läönaleenoo (ks. kva ), saaan kivasila esiläieyä. Ilan läpöila ennen varsinaisa läiysä on ällöin = 0 o C o C = 6 o C 0 o C Ila 0 o C LTO Lan vesi LTO läönaleenoo 6 o C 00 o C 0 o C Läiys Maeriaali, o Kivas Maeriaali, in Kva. Poisoilan läönaleenoolla varse kivassyseei Ilan assavira ei esiläiyksen seraksena, eli = 8,7kg/s Läönkls aidea vesiloa koi läönvaiien energiaaseesa: q p = 006, 087, p = 0 kj/kgho p D) Käyeään kvan neroinia ilalle. Kvassa on esiey ilapiseiden okse kaksivaieisessa kivaksessa Mollier diagrailla. p

9 Kva. Ilan ilan os Mollier-diagraissa Kivasilan assavira saaan jälleen kivrin assaaseesa ake in o, issä on ilan koses oisen kivasvaieen jälkeen. Ila on äysin kylläisä oisen kivasvaieen jälkeen. Höyrynpainealkosa saaan p (8 o C) = 66Pa p = 0kg/kg p p o 700, 0, =,kg/s Kivaksen oinaisläönläönkls läönvaiiien energiaaseesa

10 q p p p p p p p p 006, 087, , 0787, 00 0 = 80kJ/kgHO E) Läönklsa voian edelleen pienenää paranaalla kivaskaioiden erisysä ja lisääällä kivriin poisoilan läönaleenoo F) Kivasilan assavira on saa kin A-kossa. Kivrin assaaseesa saaan si loslokoses srealla akevirralla ake in o , 0, 600 = 006kg/kg 8, 7 ' 006 Höyrynpaine p = 689Pa Ila on äysin kylläisä kivrin jälkeen. Kylläisen öyrynpainea 689Pa vasaava läpöila o C (oe öyrynpainealkosa) Kivaskaion energiaaseesa saaan a ilannea vasaava ilan sisäänloenalpia Q äv , , 0 = 7,9 kj/kg 8, 7 = pi + (p + 0) , 087, = 09,7 o C = 0 o C. Kivrin läönkls 8, 7006, 087, 0 0 Veden öyrysyisläpö paineessa,7 bar (abs.) on kj/kg = 790kW öyrynarve l v 790 =,6kg/s <,8kg/s, eli ok. Höyrynpainealkosa saaan kylläisen,7barin öyryn läpöilaksi o C < 0 o C, eli ok. Kapasieein noso onnis!