Dimensionnement d'un sécheur industriel

konig69 · 21/06/2012 - 13h04

Bonjour à tous,

J'aurais besoin de votre aide pour dimensionner un sécheur industriel de bois (précédant un réacteur de pyrolyse) pour un projet de fin d'année. Le dimensionnement ne doit pas forcément être complexe, simplement déterminer une longueur en fonction d'un diamètre fixé.

J'ai choisi un sécheur de type tambour rotatif. Le principe est simple : des particules de bois circule dans le cylindre avec de l'air chaud à contre-courant dont le but est d'éliminer l'eau du bois. Voici mes conditions de départ :

Débit de gaz à l'entrée : 10000 kg/h
Débit de bois à l'entrée : 1000 kg/h
Humidité absolue du gaz à l'entrée : 4%
Humidité absolue du bois à l'entrée : 45%
Humidité absolue du bois à la sortie : 18% (cahier des charges)
Température gaz à l'entrée : 105 °C
Température bois à l'entrée : 25°C

A partir de là en écrivant les différents bilans coté gaz puis coté solide, ainsi qu'en m'aidant du diagramme de Mollier, j'ai pu déterminer les différentes caractéristiques à la sortie du sécheur :

Débit de gaz à la sortie : 10600 kg/h
Humidité du gaz à la sortie : 5,9%
Débit de bois "sec" à la sortie : 690 kg/h
Température du bois à la sortie : 45°C
Débit de vaporisation : 186 kg/h

Pour cette partie du problème je suis à peu près sûr de moi, le problème vient par la suite. La longueur du sécheur est donnée par le produit de la Hauteur d'Unité de Transfert (HUT) et le Nombre d'Unité de Transfert (NUT) : L = NUT*HUT

NUT = ln [ (température gaz à l'entrée - température bois sortie ) / ( température gaz sortie - température bois sortie ) = ln [(105-45/(60-45)]= 1,39

C'est pour HUT que je bloque, puisqu'il faut s'intéresser au coefficient de transfert.

HUT = (Débit gaz sortie * Capacité massique gaz)/(coefficient transfert matière * diamètre)

Et donc pour déterminer le coefficient de transfert, il faut se pencher sur l'écoulement du gaz à travers le cylindre (calculer Reynolds, Prandtl et Nusselt)

Re = (Masse volumique gaz * vitesse gaz * diamètre) / (viscosité gaz)

Nu = 0,02 * Re^0,8 (on considère Prandtl = 0,7)

coefficient de transfert = (Nu * conductivité thermique) / (Diamètre)

Il est difficile d'être clair sans pouvoir rentrer d'équation... Cependant mon problème est le suivant : En faisant mes calculs, je trouve que la longueur du sécheur diminue lorsque je diminue le diamètre ce qui me parait bizarre (Et d'ailleurs les dimensions sont hallucinantes : 1m de diamètre et 150 m de long...). Je pense donc qu'il y a un souci avec la géométrie (peut-être introduire un diamètre hydraulique ?) que je n'arrive pas à résoudre.

Si quelqu'un parvient à comprendre mon problème et arrive à me proposer une solution, ça serait génial ! Merci par avance

phys4 · 21/06/2012 - 15h41

Bonjour,

Le procédé exige une durée de mise en contact minimale pour obtenir le séchage désiré.

Cette durée ne sera pas la même suivant qu'il s'agit de briquettes , de copeaux ou de sciure ?

Je ne vois pas où est pris en compte ce paramètre dans votre calcul ?
Cela peut expliquer l'anomalie, un courant d'air rapide suffit pour de la sciure!!!

konig69 · 21/06/2012 - 16h05

Mon anomalie tenait simplement du fait que toutes les relations que j'ai écrite précédemment ne sont pas valables pour un tambour rotatif. Apparemment il fallait que je considère un coefficient d'échange volumique. Du coup j'ai pu obtenir plus bêtement une relation entre mon diamètre et ma longueur.

Avec les dimensions retenues, le temps de contact serait de l'ordre de quelques minutes (4-5 minutes). Est-ce suffisant pour des particules de bois de l'ordre du mm ?

Merci pour votre réponse

konig69 · 21/06/2012 - 17h02

Non pardon je me suis trompé, le temps de séjour serait plutôt de 3-4 heures ce qui parait plus cohérent

phys4 · 21/06/2012 - 17h31

Envoyé par konig69

Non pardon je me suis trompé, le temps de séjour serait plutôt de 3-4 heures ce qui parait plus cohérent

Les particules seraient donc des copeaux de bois, le temps parait très suffisant, en effet.

konig69 · 21/06/2012 - 17h45

D'accord merci beaucoup pour vos réponses

Dudulle · 21/06/2012 - 18h05

Bonjour

Désolé de venir tout chambouler, mais cette approche n'est absolument pas pertinente ; dans un sécheur le paramètre vraiment important est lié à l'équilibre hygrométrique du bois et de l'air, c'est ce que l'on appelle les isotherme d'absorption/désorption.
Ces isothermes sont fonctions du matériau, elles sont différentes d'une essence de bois à une autre. La plupart du temps il faut les déterminer expérimentalement.

konig69 · 21/06/2012 - 19h45

Bonjour,

En fait je suis en stage en Ecosse et disons qu'on est pas très très bien encadré donc j'ai pas la possibilité d'effectuer ces mesures là. Du coup je me contente d'une approche grossière faite sur les transferts de matière mais je me doute bien que c'est loin d'être le plus pertinent possible (il faudrait certainement tenir compte des transferts radiaux etc...)

Dudulle · 21/06/2012 - 19h56

C'est surtout que ce sera un travail inutile ; un sécheur doit être capable de faire ce qu'on lui demande, mais il doit aussi être bien dimensionné pour couter le juste prix.
Si tous les éléments industriels étaient dimensionnés avec une approche grossière on ferait des colonnes à distiller de 400m de haut, des réacteurs pour produire 100kg d'aspirine de 200 m3, on utiliserait des câbles en cuivre de 5cm de diamètre pour alimenter une ampoule au plafond...

Tu fais ce que tu veux, mais si tu as la prétention de faire un travail sérieux tu devrais au minimum te renseigner sur le sujet des isothermes de sorption, tenter de les déterminer avec les moyens dont tu disposes (ce n'est pas compliqué), et si ce n'est pas possible le mentionner dans le rapport en expliquant que l'étude est à prendre avec beaucoup de réserves.

konig69 · 21/06/2012 - 20h43

L'isotherme de désorption me permet, pour une humidité du bois donnée, de connaitre l'humidité relative de l'air à l'équilibre c'est bien ça ?

Dudulle · 21/06/2012 - 20h45

Oui c'est ça, il s'agit de la courbe d'équilibre entre l'humidité de l'air et celle du bois.

konig69 · 21/06/2012 - 20h51

Donc, si je comprends bien, si je fixe depuis mon cahier des charges une humidité du bois, l'humidité de l'air correspondante sera fixée et ne dépendra en aucun cas du débit de vaporisation ? Effectivement ça chamboule un peu mon approche. En relisant mon cours, j'ai l'impression que mes calculs sont bons si l'activité du liquide n'est pas affectée par les liaisons solide/fluide ce qui ne doit jamais être le cas en pratique...

Du coup un truc m'échappe, quelle est l'utilité des diagrammes enthalpique de l'air ?