Rozprašovací sušárna Anhydro – cvičení EXP

Zpracoval : Ing. Pavel Hoffman, CSc
	       ČVUT Praha, strojní fakulta
	       Ústav procesní a zpracovatelské techniky

Datum: listopad 2000

Popis laboratorní sušárny

	Rozprašovací kotouč je umístěn v horní části tělesa sušárny. Sušená látka je z nerezové nádržky  sušeného roztoku přiváděna do rozprašovacího kotouče čerpadlem s variátorem (Mono pumpa). Sušící vzduch je ohříván třemi bateriemi elektrických topných těles z okolní teploty tA0 na hodnotu tA1. Proudění vzduchu zajišťuje ventilátor. Vzduch před sušárnou je filtrován. Usušený produkt je oddělen v cyklónovém odlučovači a odveden do nerezové nádoby. Sušárna je opatřena snímačem tlaku, který při ztrátě podtlaku v sušící komoře zajistí automatické vypnutí topných těles. Na výstupu ze sušárny (před cyklónovým odlučovačem) je měřena teplota sušícího vzduchu za sušárnou (tA2). 

Schéma rozprašovací sušárny je uvedeno na obr.1. Objem sušící komory rozprašovací sušárny je 1,688 m3, průměr rozprašovacího kotouče je 100 mm. Množství sušícího vzduchu nelze regulovat, rovněž nelze regulovat způsob jeho proudění v sušící komoře. Teplotu vystupujícího vzduchu lze regulovat pouze teplotou vstupujícího vzduchu a nástřikem sušeného roztoku. Teplotu vstupujícího sušícího vzduchu lze regulovat počtem zapnutých topných těles a ručním zapínáním (vypínáním) jednoho tělesa.

Postup při spouštění sušárny

1.	Promazat pohon rozprašovacího kotouče (kontrola oleje v nádobce ev. jeho doplnění či odčerpání pumpičkou).
2.	Zapojit sušárnu na přívod proudu.
3.	Zkontrolovat, zda lze volně otáčet rozprašovacím kotoučem.
4.	Uzavřít sušárnu.
5.	 Zapnout ventilátor.
6.	Zapnout požadovaný počet topných těles.
7.	Do nádoby si připravit odměřené množství sušeného roztoku (vody), zkontrolovat zda je nádoba (konev) pod cyklonem prázdná a suchá, připevnit ji pákami a otevřít klapku.
8.	Vyčkat až se sušící vzduch ohřeje na požadovanou teplotu resp. se ustálí na teplotě odpovídající zapnutému počtu topných těles (1 TT cca 120 až 140 °C, 2 TT cca 180 až 210 °C, 3 TT cca 230 až 280 °C).
9.	Zapnout pohon rozprašovacího kotouče a nastavit otáčky (pro předmět EXP maximálně 25000 1(min.).
10.	Zapnout čerpadlo a nastavit průtok sušené kapaliny na požadovanou hodnotu. V případě sušení roztoků se změnami otáček čerpadla nastaví teplota vystupujícího vzduchu tak, aby byl vystupující prášek suchý a nelepivý a nedocházelo k jeho nalepování na stěnách sušárny. V případě předmětu EXP se nastaví na hodnotu cca “0,5 až 0,6 l/min”, aby se neodpařila veškerá voda.

		Obr.1: Schéma laboratorní rozprašovací sušárny Anhydro

Postup měření

1.	Odměrným válcem odměřit 4 až 5 l vody, změřit její teplotu a nalít do prázdné nádržky na surovinu.
2.	Spustit podávací čerpadlo nastavené na průtok cca “0,5 l/min”.
3.	Od okamžiku, kdy stoupne proud na pohon rozprašovacího kotouče začít měřit čas (kapalina se začíná rozprašovat).
4.	Po ustálení teplot odečíst vstupní a výstupní teplotu vzduchu, teplotu a vlhkost vzduchu v hale, otáčky kotouče, intenzitu proudu, počet zapnutých topných těles a nastavení čerpadla.
5.	Sledovat pokles hladiny v nádržce. Krátce před jejím vyčerpáním znovu odečíst výše uvedené hodnoty.
6.	V okamžiku, kdy hladina v nádržce klesne ke hraně výstupního hrdla stopnout čas a vypnout čerpadlo (nastavit na 0). Zapsat čas měření.
7.	Vyčkat až se veškerá voda vyfouká ze sušárny, sundat konev pod cyklonem a “neusušenou” vodu nalít do odměrného válce. Odečíst její množství a teplotu.
8.	Změnit počet zapnutých topných těles a celý postup opakovat. Doporučený postup, který je časově nejvýhodnější je: 1.měření – 1 TT, 2.měření – 2 TT. 3.měření – 3 TT, 4.měření – 3 TT, 5.měření – 2 TT, 6.měření – 1 TT. Tak dochází k postupnému ohřevu a ochlazování sušícího vzduchu.

Postup při vypnutí sušárny

1.	Pokud se suší roztok, tak se do nádržky nalije voda (ev. se sací hadice přehodí do nádoby s vodou) a zvýší se průtok na cca “0,6 až 0,7 l/min.” Tím se sušárna promyje. Teplota sušícího vzduchu postačí cca 130 °C (1 TT).
2.	Otvorem ve dveřích sušárny ev. jejich otevřením zkontrolovat čistotu stěn a stropu sušárny. Sušárnu ev. mechanicky dočistit.
3.	Vypnout topná tělesa.
4.	Snížit výkon čerpadla na 0 a vypnout pohon jeho motoru.
5.	Snížit otáčky rozprašovacího kotouče na 0 a vypnout pohon jeho motoru.
6.	Vyčkat až se teplota sušícího vzduchu sníží na cca 80 °C (nebezpečí poškození ev. přehřátých TT).
7.	Vypnout ventilátor.
8.	Otevřít sušárnu a zkontrolovat její stav (ev. ji znovu propláchnout podle bodu 1).
9.	Odpojit přívod proudu.

Naměřené hodnoty
č.m.		číslo měření (1 až 6)
tA0 (°C)	teplota vzduchu v hale
tA1 (°C)	teplota vzduchu na vstupu do sušárny
tA2 (°C)	teplota vzduchu na výstupu ze sušárny (teploměr sušárny + Therm)
A0 (%)	relativní vlhkost vzduchu v hale
A2 (%)	relativní vlhkost vzduchu na výstupu ze sušárny
VV1 (l)		objem vstupující sušené vody (5 l v nádržce)
tV1 (°C)	teplota vstupující vody
VV2 (l)		objem vystupující neusušené vody (v konvi pod cyklonem)
tV2 (°C)	teplota vystupující neusušené vody
 (s)		doba měření při nastavených parametrech
n (1/min.)	nastavené otáčky rozprašovacího kotouče
V (l/min.)	nastavený výkon zubového čerpadla
m (-)		počet zapnutých topných těles
I (A)		intenzita proudu pro pohon rozprašovacího kotouče
d (m)		průměr výstupního potrubí (pokud se používá anemometr)
wA2 (m/s)	 rychlost vzduchu ve výstupním potrubí (anemometrem – pokud se měří)

Pozn.:		ev. poznámka k průběhu měření

Objem sušárny

VSK = 1,688 m3	objem sušící komory

Vyhodnocení výsledků měření

Hmotnost vody vstupující do sušárny		MV1 = VV1 * V1 / 		(kg/s)
Hmotnost vody vystupující ze sušárny		MV2 = VV2 * V2 / 		(kg/s)
Množství odpařené vody				MOV = MV1 – MV2		(kg/s)
Měrná odpařivost					O = MOV * 3600 / VSK	(kg o.v./m3h)
Tepelná účinnost sušárny				T = (tA1 – tA2) / (tA1 – tA0)	     (%)
Odpařovací účinnost sušárny				O = (tA1 – tA2) / (tA1 – tAMT2)      (%)
Množství sušícího vzduchu (z tepelné bilance)	MA = MOV / (x2 – x1)		     (kg/s)
Teplo potřebné na ohřev sušícího vzduchu		QA = MA * (hA1 – hA0)	     (kW)
Měrná spotřeba vzduchu				mA = 1 / (x2 – x1)	       (kg s.v./kg o.v.)

Kontrola určení množství vzduchu (z rychlostního profilu)
							MA2 =  * d2 / 4 * wA2 * A2	    (kg/s)

Pozn.: Hustoty vody  a vzduchu jsou odečteny z tabulek, entalpie a měrné vlhkosti vzduchu a 
           teplota mokrého teploměru z Mollierova h – x diagramu vlhkého vzduchu.

Hodnoty T, O a O vyneste do grafu v závislosti na tA1. Zakreslete do Mollierova diagramu průběhy sušení (viz obr. 2).

x (kg/kg s.v.)

2

0

tA0

tA2

tA1

hA1 = hA2

hA0

xA0 = xA1

xA2

 = 100 %

tMT2

MT

t (oC)

1

 

	Obr. 2: Průběh sušení v h - x  diagramu (Mollierův) a označení stavů vzduchu. 
Návrh sušárny

Zadané hodnoty:						A          B         C        D        E

Množství sušené kapaliny			M1 (kg/h) =	500	1000	1500	800     351
Koncentrace sušené kapaliny (sušina)	S1 (%) =	50	45	50	48       45
Požadovaná vlhkost prášku			W2 (%) =	5	10	3	7           7
Teplota okolního vzduchu			tA0 (°C) =	20	25	30	23        20
Měrná vlhkost okolního vzduchu	x0 = x1 (kg/kg s.v.) =	0,01	0,01	0,01	0,01    0,009
Teplota sušícího vzduchu vstupní		tA1 (°C) =	220	250	200	175      240
Teplota sušícího vzduchu výstupní		tA2 (°C) =	90	95	90	92         80
Reálná hodnota měrné odpařivosti	    OR (kg/m3h) =        5,7       7,0       4,8       3,8        6,5
	pro sušení roztoků na prášek

Určit:

Množství sušícího vzduchu						MA (kg/s) = ?
Teoretickou spotřebu tepla pro ohřev sušícího vzduchu		QA (kW) = ?
Rozměry sušárny 							D = H (m) = ?
(podle naměřené měrné odpařivosti a pro reálnou hodnotu měrné odpařivosti)

Při návrhu využijte výsledků experimentů.

Postup výpočtu:

Celková hmotnostní bilance

	M1 =  M2 + MOV 

Hmotnostní bilance sušiny

	S2 = 100 – W2  		(%)			M1 * S1 = M2 * S2 

	M2 = M1 * S1 / S2 		(kg/s)

Množství odpařené (odsušené) vody

	MOV = M1 – M2 		(kg o.v./h)

Množství sušícího vzduchu

	MA = MOV / (3600*(x2 – x1)		(kg/s)

Spotřeba tepla na ohřev sušícího vzduchu

	QA = MA * (hA1 - hA0)			(kW)

Pozn.: Hodnoty x2, hA0 a hA1 odečteme z h – s diagramu. Předpokládáme ideální izoentalpický
	průběh sušení.

Ze získaného grafu závislosti měrné odpařivosti na teplotě vstupujícího vzduchu určíme pro zadanou teplotu tA1 odpovídající měrnou odpařivost O = ?

Objem navrhované sušárny

	VS = MOV / O				(m3)

Pro sušárnu uvažujeme že D = H a vrcholový úhel sdpodní kuželové části je 60 °.

Průměr navrhované sušárny