Calculer le débit d'air nécessaire pour évaporer de l'eau

[LyricV]

Bonjour,

Dans une chambre de séchage, j'injecte une solution concentrée à 30% préchauffée à 50°C à 300 Kg/h (cela me donne une quantité d'eau totale à évaporer par heure, ex : 150 Kg d'eau/h).
Mon air de séchage est envoyé à un débit de 5000 Kg/h chauffé à 175°C avec une humidité à 3g/Kg d'air.
En évaporant l'eau injectée dans la chambre, je souhaite que la température en sortie du sécheur ne descende pas en dessous de 120°C.

Je souhaiterai connaître par calcul via un tableur si mon air de séchage est capable à partir des paramètres mentionnés ci-dessus (qui peuvent être variables suivant les optimisations) évaporer la quantité d'eau injectée dans la chambre.

J'avoue galérer pour automatiser les calculs.
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[RomVi]

Bonjour

Il manque des données :
- Quel est le % d'eau souhaité sur le produit sec ?
- Dispose tu de l'isotherme de désorption ?
- Le sécheur est visiblement à co-courant ; peux tu confirmer ?

[LyricV]

Bonjour RomVi,

La teneur en eau souhaitée à la sortie est 1%.
Je n'ai malheureusement pas l'isotherme de désorption.
Effectivement, nous sommes sur un sécheur à co-courant .

Bonne journée.

[LyricV]

Teneur en eau sur le produit SEC à 1%

[A voir en vidéo sur Futura]

[RomVi]

J'oubliais une donnée, quelle est la nature du produit sec, ou si tu ne veux pas en dire trop son Cp.

[LyricV]

La nature du produit sec ?
Une poudre avec une densité apparente de 0,690 Kg/L.

La teneur en eau résiduelle oscille entre 0,7 et 1,1 %.

J'ai plusieurs acronymes pour Cp, duquel parlez-vous ? .

Bonne soirée.

[RomVi]

La capacité thermique massique du produit sec. Cette valeur intervient dans le bilan, puisque le part de produit sec entre à 50°C et sort à 120°C.
Si il y a dégagement de chaleur lors du mélange avec l'eau il faut aussi le considérer. Pour un produit type "organique" ce n'est généralement pas le cas.

[LyricV]

Le produit injecté dans la tour est effectivement d'origine organique.
J'essayerai de vous fournir toutes les données dont vous avez besoin .

[RomVi]

Pour ce type de problème la démarche habituelle est d'effectuer un bilan des enthalpies ; j'ai fais une feuille de calcul que je place en pièce jointe.
On peut ajuster le Cp du produit sec et la valeur de dissipation du sécheur, mais a priori il est impossible d'atteindre les performances annoncées (il n'y a pas assez de "puissance" en entrée)

Idéalement il faudrait mesurer quelques points de l'isotherme de désorption, afin de calculer automatiquement le % d'eau en sortie.

[LyricV]

Bonjour RomVi,

Merci beaucoup pour ce bilan. J'ai quelques questions :
- Concernant les performances, je suis en train d'ajuster les paramètres et nous retombons sur un bilan proche de zéro, est-ce bon signe ? Ne devrait-on pas être en excédent ?
- Le calcul de l'enthalpie utilise une table, y-a-t-il une formule de calcul qui nous permettrait d'approximer ces valeurs ?

Encore merci pour votre aide

[RomVi]

Si le bilan est proche de zéro alors l’énergie qui entre sort en quantité égale. Dans la pratique le sécheur dissipe un peu de chaleur (il n'est pas parfaitement calorifugé) donc effectivement il doit y avoir un peu d'excédent. C'est la valeur "dissipation" que l'on peut ajuster, et que j'ai fixée arbitrairement à 10kW. L'idéal est d'arriver à l'approximer.

Pour déterminer ces tables j'ai utilisé un logiciel de propriétés thermodynamiques, mais on peut établir des tables un peu plus approximatives, qui peuvent suffire. En principe en génie des procédés on s’accommode d'une précision à quelques %.
Par exemple pour construire une table d'enthalpie pour l'eau liquide on peut considérer que le Cp reste le même (4.18 kJ/kgK) et multiplier par la température.
Si tu compares avec mes chiffres tu verra qu'il n'y a pas une grande différence.

[LyricV]

Bonjour RomVi,

Encore merci pour ce travail, j'ai vu qu'il existe des formules empiriques pour calculer les Cp : exemple sur ce topic https://forums.futura-sciences.com/c...thermique.html

Sais-tu si cela existe aussi pour l'air sec et l'eau vapeur ?

[RomVi]

Oui il existe des formules toutes faites.
Pour l'air la démarche est assez simple, il suffit de multiplier le cp par la température, il y a très peu de déviation.
Pour la vapeur c'est un peu moins précis, aussi on peut utiliser une régression plus adaptée. On en trouve facilement, par exemple dans cette publi : https://www.sciencedirect.com/scienc...77705813002142

Une autre solution consiste enfin à utiliser un serveur de propriétés, pour calculer les caractéristiques des flux. Personnellement j'ai fais des macros avec ces régressions pour les utiliser sur n'importe quelle feuille excel.

[Jaunin]

Bonjour,
C'est juste pour information :

Calcul bassin et piscine, piscines, eau, evaporation, déshumidification, convection, rayonnement, pychrométrique (thermexcel.com)

Cordialement.
Jaunin__

[LyricV]

Encore merci RomVi pour ton aide.

Il me manque juste un paramètre à estimer, c'est l'activité de l'eau (je peux recréer un topic si besoin).
J'ai vu que celle-ci se calculait de cette manière : https://tech-alim.univ-lille.fr/sech...apitre1_1.html

Je ne comprends pas comment je peux estimer/calculer la pression partielle de la vapeur d'eau de ma poudre.
J'ai néanmoins réussi à calculer l'humidité relative de celle-ci (0,18%).

[RomVi]

Il y a 0.18% d'humidité dans la poudre et tu veux déterminer l'activité ?
Est-ce que tu dispose d'un échantillon ?

[LyricV]

Oui j'ai des échantillons, la poudre a un KF de 1%

[RomVi]

Dans ce cas il faut mesurer directement l'aw de cet échantillon. Il est assez facile d bricoler un appareil de mesure avec un hygromètre classique.
On peut en profiter pour mesurer quelques points en s'arrangeant pour avoir un échantillon stabilisé avec une atmosphère d’hygrométrie donnée (hygrométrie que l'on fixe avec un sel saturé).