TP Final Fluidisation PDF [PDF]

Zitiervorschau

Sommaire I-

Introduction

II-

Etude théorique • • • • •

Description de l’installation Fonctionnement de l’installation Mode opératoire Le but Le principe

III- Etude pratique •

Exploitation des résultats

1 2eme année Génie des Procédés de l’Energie et de l’Environnement.

I- Introduction Le séchage effectué dans le TP est nommé "séchage par lit fluidisé". La fluidisation peut se définir comme étant le fait de donner à une poudre solide les propriétés d'un liquide par contact avec un courant fluide ascendant (liquide ou gaz), qui compense la vitesse de chute des particules. Ce courant, s'il est envoyé à une vitesse suffisante, provoque une désagrégation du solide, mais si cette vitesse n'est pas trop forte, les grains, au lieu d'être entrainés, ont une agitation désordonnée comparable à l'agitation moléculaire. C'est ce qu'on appelle un lit fluidisé. Le but de la fluidisation est notamment d'augmenter la surface de contact gaz-solide pour faciliter le séchage.

2 2eme année Génie des Procédés de l’Energie et de l’Environnement.

II- Etude théorique 1-Description de l’installation

 

Ce sécheur se constitue de deux éléments essentiels : la chambre de fluidisation : chambre de forme cylindrique dans laquelle le produit est placé dans un bol pour être ensuite fluidisé et séché. Le ventilateur : qui envoie l'air chauffé par le préchauffeur vers la chambre afin de mettre le produit placé dans le bol en suspension et de le sécher.

3 2eme année Génie des Procédés de l’Energie et de l’Environnement.

2-Fonctionnement de l’installation   



Le débit d’air sera réglé par une variation de vitesse du moteur du ventilateur grâce à un potentiomètre en face avant de l’armoire électrique. La vitesse de l’air est mesurée par une sonde anémométrique. La température d’entrée d’air est régulée. L’arrêt du séchage est automatique ou manuel, soit en fonction d’un niveau d’humidité, soit en fonction d’une température limite du produit. Le lit fluidisé est supporté est supporté par un châssis inox et noix aluminium.

3-Mode opératoire Remarque : il est très important avant de démarrer la manipulation d’avoir bien compris quelles étaient les sondes correspondantes aux indications de l’afficheur. 2.1-Introduction de la masse à sécher : La masse du riz (250 g) doit être humidité 15 min dans une bassine. Ensuite, laisser reposer sur une grille environ 5 min avant de le repeser avec la balance. 2.2-mise en route de l’installation:  mettre en route préablement le banc de séchage (interrupteur général et marche général).Introduire dans le sécheur la masse du riz humide.

 





Il est fondamental pour une réussite du séchage que le solide ne soit pas tassé mais seulement lissé en surface. Refermer le bol soigneusement. Régler la vitesse d’air à l’aide du potentiomètre en positionnant celui-ci sur la valeur 6.Lire la vitesse d’air (donnée en m/s) sur l’afficheur. Il est important de contrôler cette valeur pendant le séchage pour la réajuster si besoin. Fixer une température d’air chaude de 55°c et mettre en marche le chauffage de l’air : il faut vérifier absolument qu’il y’ ait une circulation d’air pour ne pas endommager la résistance électrique. Suivre l’évolution des températures, humidités et pertes de charge. Suivre également l’aspect visuel du produit.

2.3-Arret de l’installation: Lorsque la manipulation est finie ; arrêter la chauffe puis diminuer de débit d’air à sa valeur minimale. Laisser tourner quelques minutes afin de refroidir la résistance de chauffe puis arrêter la ventilation. Lorsque le ventilateur s’est arrêté, retirer le bol et effectuer la pesé du produit séché.

4 2eme année Génie des Procédés de l’Energie et de l’Environnement.

4-Le but   

Déshumidification du riz par l’air sec. Détermination de l’humidité du produit initial et du produit final. Détermination de la masse d’eau initiale et finale contenue dans le riz.

5-Le principe     

On a pesé 250g du riz. Cette masse de 250g est humidifiée dans une bassine pendant 15min. On a laissé reposer sur une grille pendant 5min. On a pesé le riz ,on a trouvé 299.48g. On a mis le riz dans le bol, en le distribuant sur le bol.

 

On a chauffé l’air à 55°C ,en enlevant le bol, et en réglant le potentiomètre de vitesse à 5 . On a arrêté le chauffage de l’air ,et on a entré le bol en réglant le potentiomètre cette fois à 6.

5 2eme année Génie des Procédés de l’Energie et de l’Environnement.

 

Après chaque minute ,on a mesuré Te, Ts, He,et Hs, ceci est répété pendant 25min. Finalement on a mesuré le produit séché :225.28g

III-

Etude pratique: Exploitation des résultats

1-Détermination de l’humidité du produit initial et du produit final :



La masse d’eau initiale contenue dans le riz :

 La masse initiale du riz : 250 g  La masse du riz humidifié : 299.48 g  Masse d’eau initiale contenue dans le riz : = . − = .



L’humidité du produit initial : Elle est égale à :





=



. .

∗ 100=16.5219%



La masse d’eau finale contenue dans le riz :

 La masse initiale du riz : 250 g  La masse du riz séchée : 225.28 g  Masse d’eau finale contenue dans le riz : = − . = . 

L’humidité du produit final : Elle est égale à :



é é

é

é

=

. .

∗ 100=10.987%

On remarque bien que l’humidité du produit final est bien inférieure à celle du produit Initiale puisqu’on a fait un séchage .

6 2eme année Génie des Procédés de l’Energie et de l’Environnement.

2-Détermination de l’humidité relative , absolue et l’enthalpie de l’air avant le chauffage et à l’entrée du sécheur : Dans cette partie ,on doit utiliser le diagramme psychrométrique afin de dégager la valeur des humidités absolues et les enthalpies correspondantes. On a utilisé un calculateur sur internet qui permet de faire des calculs sur l'air humide, ainsi que de placer le point représentatif d'un air humide dans le diagramme psychrométrique. Voilà le calculateur :

Résultats obtenues :  Avant le chauffage Te=24°c ; HRe=49,9% , on obtient par le calculateur ci-dessus :

Y= humidité absolue= 9.28 g vapeur/kg d’as=0.00928 kg vapeur /Kg d’as h=Enthalpie= 47488.70 J/kg d’as=47.4887 KJ/kg d’as

7 2eme année Génie des Procédés de l’Energie et de l’Environnement.

 A l’entrée du sécheur : On a fait une interpolation entre la 1ére valeur (Te=56°c ;HRe=6.6%)et la 2éme valeur (Te=52°c ;HRe=8.7%),on a aboutit à la température d’entrée égale à 55°c et une humidité relative d’entrée égale à 7.125% Te=55°c ; HRe=7.125% , on obtient :

Y= humidité absolue= 6.97 g vapeur/kg d’as=0.00697 kg vapeur /Kg d’as h=Enthalpie= 73097.66J/kg d’as=73.09766 KJ/kg d’as Temps(min)

Te(°C)

HRe(%)

Ye(Kg/Kgd’as)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

56 52 49 51 54 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 54 55 55 55 55 55 55

6.6 8.7 9.2 7.8 6.9 6.8 6.8 5.9 7 6.8 6.7 6.9 6.9 6.7 6.8 7 6.7 6.8 7.1 6.7 6.9 6.8 6.9 6.8 6.3

0.00677 0.00737 0.00671 0.00628 0.00643 0.00665 0.00665 0.00576 0.00685 0.00665 0.00655 0.00675 0.00675 0.00655 0.00665 0.00685 0.00655 0.00665 0.00662 0.00655 0.00675 0.00665 0.00675 0.00665 0.00616

Enthalpie he (KJ/Kg d’as) 73.59508 71.07171 66.33211 67.24751 70.68078 72.2667 72.2667 69.96999 72.77796 72.2667 72.01119 72.52229 72.52229 72.01119 72.2667 72.77796 72.01119 72.2667 71.16736 72.01119 72.52229 72.2667 72.52229 72.2667 70.98995

8 2eme année Génie des Procédés de l’Energie et de l’Environnement.

3-Tracé de l’évolution en fonction du temps,des humidités (HRe et HRs) et des températures(Te,Ts et Tp) Temps(min) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Tp(°C) 46.2 36.5 41.8 51.9 56.8 53.6 52 59.3 51.5 52.4 52.4 50.7 52.1 52.8 50.5 50.9 53.5 50.5 49.1 54 50.3 52.7 51.7 52.5 51.5

Te(°C) 56 52 49 51 54 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 55 54 55 55 55 55 55 55

Ts(°C) 40.6 39.7 39.1 40.4 45.2 45.3 46.7 47.8 48.3 49 49.6 49.7 50.2 50.7 50.8 50.8 51.2 51.4 51.1 51.4 51.5 51.6 51.8 51.8 52.1

HRe(%) 6.6 8.7 9.2 7.8 6.9 6.8 6.8 5.9 7 6.8 6.7 6.9 6.9 6.7 6.8 7 6.7 6.8 7.1 6.7 6.9 6.8 6.9 6.8 6.3

HRs(%) 15.2 14.8 16.2 14.5 12.3 10.6 10.3 9.9 9.9 9.4 9.2 9.1 9.1 8.7 8.7 8.8 8.7 8.4 8.9 8.5 8.4 8.4 8.3 8.3 8

A l’aide du tableau précédent , on trace l’évolution en fonction du temps , des humidités relatives et températures :

9 2eme année Génie des Procédés de l’Energie et de l’Environnement.

70 60 50

T sorties (°C)

40

T entrée (°C) Tp (°C)

30

HRe(%) 20

HRs (%)

10 0 1

3

5

7

9

11 13 15 17 19 21 23 25

4-Détermination de l’humidité absolue de l’air à la sortie du sécheur Temps(min) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Ts(°C) 40.6 39.7 39.1 40.4 45.2 45.3 46.7 47.8 48.3 49 49.6 49.7 50.2 50.7 50.8 50.8 51.2 51.4 51.1 51.4 51.5 51.6 51.8 51.8 52.1

HRs(%) 15.2 14.8 16.2 14.5 12.3 10.6 10.3 9.9 9.9 9.4 9.2 9.1 9.1 8.7 8.7 8.8 8.7 8.4 8.9 8.5 8.4 8.4 8.3 8.3 8

Ys(Kg/Kgd’as) 0.0072 0.0068 0.00708 0.00679 0.00741 0.00641 0.00669 0.00680 0.00697 0.00686 0.00692 0.00687 0.00705 0.00691 0.00694 0.00702 0.00708 0.00690 0.00721 0.00698 0.00694 0.00697 0.00695 0.00695 0.00680

10 2eme année Génie des Procédés de l’Energie et de l’Environnement.

5-Détermination de la masse d’eau gagnée et la masse d’eau cumulée .

Le procédés de calcule de masse d’eau perdus par le solide : Le calcul repose sur l'hypothèse que la masse d'eau perdue par le solide est intégralement transmise à l'air. On utilise les notations suivantes: qv, ρ: débit volumique et masse volumique de l'air sec (m3.h-1 et kg d'air sec.m-3) dm

: Masse d'eau transmise à l'air sec entre les instants t - dt et t (g d'eau)

w(t): masse d'eau transmise à 1 kg d'air sec lors de son passage dans le sécheur à un instant t (g d'eau par kg d'air sec). On peut seulement considérer W(t) comme constant pendant un intervalle de temps très petit. On constate d’après la question 4 que l'humidité absolue de l'air à la sortie du sécheur varie dans le temps; par conséquent W est une fonction du temps. On peut écrire l'égalité suivante:

=

. .

. ()

où le terme qv.ρ.dt correspond à la masse d'air sec traversant le sécheur pendant dt. Dans l'intervalle de temps [t - ∆t; t] (∆t est un intervalle entre deux mesures d'humidité de l'air en sortie), on calcule meau qui est la masse d'eau transmise à l'air sec: =∫

∆

( )

=

∫

∆

( )

L'intégrale I correspond à l'aire de la fonction w(t) entre t - ∆t et t.

La méthode consiste donc à tracer d'abord la fonction W(t). Les valeurs expérimentales d'humidités absolues de l'air entre la sortie et l'entrée (assimilée à une constante à l'entrée) permettent facilement d'obtenir w(t) par différence. Comme la fonction n'est pas connue de manière analytique mais seulement par quelques points, il va être nécessaire d'utiliser une méthode numérique pour le calcul de l'intégrale I (méthode des trapèzes). On assimile dans cette méthode la variation de W entre les instants de mesure t et ∆t à une variation linéaire. L'intégrale précédente I est donc la somme de l'aire d'un rectangle (côtés ∆t et w(t)) et la demi somme de l'aire d'un autre rectangle (côtés ∆t et W(t)-W(t-∆t)). On obtient alors: I= W (t- ∆t). ∆t+ . ∆t. (W(t)-W(t- ∆t))= . ∆t. (W(t)+W(t- ∆t))

11 2eme année Génie des Procédés de l’Energie et de l’Environnement.

Donc :

. .∆ .[ ( ) +

=

( − ∆ )]

Résultats obtenues : Pour l’air on a : la vitesse de l’air égale à 0.69 m/s donc :

= . Donc :

= . . ²= . = .



.(

.

) .

/

et

=

et finalement

:

= .

.∆ .[ ( ) +

( − ∆ )]

D’après les résultats précédents on aboutit au tableau suivant dans lequel on calcule La masse d’eau (Meau) et la masse d’eau cumulée( Meau cumulée) et La masse d’eau dans le solide : Pour le calcul de Meau on prend la valeur de w à t et à t-dt , le . ∆t en seconde. On ne prend en considération que les valeurs positives de w, et on élimine les autres. Pour la masse de l’eau dans le temps=3min par exemple elle est égale à : 0.011*[ ( ) + ( − )]*2*60=1.056*10^(-3) Kg=1.056g Pour la valeur de Meau dans le solide dans le temps 3min est égale à : (299.48-225.28)-1.056=73.144 Temps(min) Ye (Kg eau/Kg d’as 0.00677 1 0.00737 2 0.00671 3 0.00628 4 0.00643 5 0.00665 6 0.00665 7 0.00576 8 0.00685 9 0.00665 10 0.00655 11 0.00675 12 0.00675 13 0.00655 14 0.00665 15 0.00685 16 0.00655 17

Ys (Kg eau/Kg d’as

W=Ys-Ye

0.0072 0.0068 0.00708 0.00679 0.00741 0.00641 0.00669 0.00680 0.00697 0.00686 0.00692 0.00687 0.00705 0.00691 0.00694 0.00702 0.00708

0.00043 -0.00057 0.00037 0.00051 0.00098 -0.00024 0.00004 0.00104 0.00012 0.00021 0.00037 0.00012 0.0003 0.00036 0.00029 0.00017 0.00053

Meau(g)

Meau cumulé(g)

Meau dans le solide(g)

1.056 0.5808 0.9834

1.056 1.6368 2.6202

73.144 72.5632 71.5798

1.3464 0.7128 0.7656 0.2178 0.3828 0.3234 0.2772 0.4356 0.429 0.3036 0.462

3.9666 4.6794 5.445 5.6628 6.0456 6.369 6.6462 7.0818 7.5108 7.8144 8.2764

70.2334 69.5206 68.755 68.5372 68.1544 67.831 67.5538 67.1182 66.6892 66.3856 65.9236

12 2eme année Génie des Procédés de l’Energie et de l’Environnement.

0.00665 0.00662 0.00655 0.00675 0.00665 0.00675 0.00665 0.00616

18 19 20 21 22 23 24 25

0.00690 0.00721 0.00698 0.00694 0.00697 0.00695 0.00695 0.00680

0.00025 0.00059 0.00043 0.00019 0.00032 0.0002 0.0003 0.00064

0.5148 0.5544 0.6732 0.4092 0.3366 0.3432 0.33 0.6204

8.7912 9.3456 10.0188 10.428 10.7646 11.1078 11.4378 12.0582

65.4088 64.8544 64.1812 63.772 63.4354 63.0922 62.7622 62.1418

L’évolution en fonction du temps de la masse d’eau contenue par le solide :

Meau dans le solide 74 72 70 68 66 64 62 60 58 56

Meau dans le solide

D’après la courbe, on constate que la masse d’eau contenue dans le solide diminue en fonction de temps d’une manière rapide. D’après la courbe la valeur finale égale à 62.1418 g, mais analytiquement on a trouvé que la masse finale d’eau contenue dans le riz est égale à 24.72 g. On constate qu’il y a une grande différence entre la valeur obtenue par analyse et la valeur finale de la courbe. Ceci est dû à une faute au moment de prendre les valeurs affichées à chaque minute, donc on a provoqué le risque de trouver des valeurs qui ne sont pas exactes. Une autre raison de cette différence est que puisque on a passé le TP de 16h à 18h .donc la machine était déjà chauffé d’où la lecture des températures qui est fausse puisque on a commencé avec Te=56°C. 6-Evolution de la vitesse de disparition de l’eau du solide :La cinétique de séchage on calcule pour chaque instant la différence





=

()

( ∆

∆ )

.

et M est la masse d’eau contenue dans le solide. On trouve le tableau ci-dessous en utilisant les valeurs obtenues précédemment de la masse d’eau contenue dans le solide

13 2eme année Génie des Procédés de l’Energie et de l’Environnement.



Temps(min)

= (3 ; 4) (4 ; 5) (5 ;7) (7 ;8) (8 ;9) (9 ;10) (10 ;11) (11 ;12) (12;13) (13 ;14) (14 ;15) (15 ;16) (16 ;17) (17 ;18) (18 ;19) (19 ;20) (20 ;21) (21 ;22) (22 ;23) (23 ;24) (24 ;25)

( )

(

∆ )

∆

0.00968 0.01639 0.01122 0.01188 0.01276 0.00363 0.00638 0.00539 0.00462 0.00726 0.00715 0.00506 0.0077 0.00858 0.00924 0.01122 0.00682 0.00561 0.00572 0.0055 0.01034

Voila le tracé :

évolution de la vitesse de disparition de l'eau dans le solide 0,018 0,016 0,014 0,012 0,01 0,008 0,006 0,004 0,002 0

évolution de la vitesse de disparition de l'eau dans le solide

14 2eme année Génie des Procédés de l’Energie et de l’Environnement.

On remarque que la vitesse varie trop avec le temps , elle est presque constante dans les temps [13 ;14] et [14 ;15] , et aussi dans les temps [21 ;22] et [22 ;23]. 7-L’enthalpie de l’air à la sortie du sécheur On choisit deux instants ou la vitesse est presque contante ,il s’agit bien des instants 13 et14. V(13)=0.00726 et V(14)=0.00715 A l’instant 13 on a : Ts1=50.2°C HRs1=0.091 Et donc hs1=68.42334 KJ/Kg d’as A l’instant 14 on a : Ts2=50.7°C HRs2=0.087 Et donc hs2=68.56312 KJ/Kg d’as On calcule hs moy=(hs1+hs2)/2=68.49323 KJ/Kg d’as D’après la question 2: A l’instant 13 ,on a l’enthalpie à l’entrée = 72.52229 KJ/Kg d’as A l’instant 14, on a l’enthalpie à l’entrée = 72.01119 KJ/Kg d’as Donc he moy=(72.52229+72.01119)/2= 72.26674 KJ/Kg d’ as Commentaire : D’après la question 3 du tracé des températures et des humidités, on constate que la variation de la température d’entrée est supérieure à celle de sortie, et la variation de l’humidité relative à l’entrée est inférieure à celle de sortie. En augmentant la température et en diminuant l’humidité relative, l’enthalpie devient petite . Donc on déduit que l’enthalpie à l’entrée du sécheur (72.26674 KJ/Kg d’ as ) est supérieure à l’enthalpie à la sortie du sécheur(68.49323 KJ/Kg d’as). C’est ce qu’on a trouvé dans nos calculs. 8-l’énergie(sous forme chaleur) nécessaire pour sécher 1kg du riz humide fourni :  L’enthalpie de l’air à la sortie du sécheur : A Ts=52.1°C et HRs=0.08 on a h1=69.71387 KJ/Kg  L’enthalpie de l’air à l’entrée du sécheur h2=47.4887 KJ/Kg

Q=m Δh= 250*10-3(69.71387-47.4887)=5.556 KJ Pour un 1Kg : Q=22.22587 KJ

15 2eme année Génie des Procédés de l’Energie et de l’Environnement.