SECADO CONTINUO Balance de materia y energía. Secadores continuos directo (rotatorios): dimensionamiento preliminar,, a altas temperaturas preliminar
Secado Continuo Secadores rotatorios. Contracorriente.
Intercambiador
T4, YB Aire frío
Sólido húmedo Aire
Ciclón
Aire Caliente
T1, YA T2, YA
T3, YB
Sólido Seco
100%
Secado Adiabático
Línea de saturación adiabática
YB YA
T1
T4
T3
T2 100%
Secado no Adiabático
Línea de saturación adiabática
YA
T
T
T
T
Balance de Materia y Energia GS, TG2, Y2, HG2
2
1
GS, TG1, Y1, HG1
SS, TS1, X1, HS1
SS, TS2, X2, HS2 Z HS = entalpía del sólido. HG = entalpía del gas.
Balance de Masa S S X 1 GS Y 2
S S X 1 X 2
S S X 2
GS Y 1
G Y Y S
1
2
Lb S S Lb H 2O Lb H 2O S S X tiempo área 1 Lb S S tiempo área
Balance de Energía S S H S 1 GS H G 2
S S H S 2
GS H G1 Q p
Lb S S energía energía S S tiempo área H S Lb S S tiempo área 1
Para el sólido H Si
C S T Si
T o X i C A
T
Si
T o H A
Donde, ∆HA: calor de hidratación del sólido; C S, CA: capacidad calorífica del sólido y del líquido respectivamente .
Para el gas H Gi
C GH T Gi
T o
Donde, CGH: capacidad calorífica del gas húmedo; λo: calor latente de vaporización (2.502.300 J/Kg o 1075.8 Btu/Lbm) @ To.
Y o
i
En el caso de Agua-aire
C GH C GH
1005 1884Y i
S .I .
0,24 0,45Y i S . I . A.
Aplicaciones del Balance de Materia y Energía S S X 1 GS Y 2
S S X 2
S S H S 1 GS H G 2
GS Y 1
S S H S 2
GS H G1 Q p
Dimensionar: Estimar el flujo de aire requerido y el requerimiento energético para calentar el aire: Se conoce las condiciones del solido a secar a la entrada y a la salida, y las condiciones del gas entrante, el calor perdido se puede evaluar en función del coeficiente de transferencia de calor teórico, y se desconoce (Y1,Gs) •
Evaluar: estimar la perdida energética del sistema: Se conocen los datos del proceso, pero se desconoce Qp. •
Perfil de temperatura en el secador
I
III
II
TG1 TS1
TG2 TS TS2
Zona I: Precalentamiento del sólido, ocurre poco secado. Zona II: Velocidad de evaporación ctte, Ts ctte, se retira la humedad no ligada, y se alcanza la humedad critica del sólido, y es la zona principal del secado. Si el proceso es adiabático Ts=Tbh. Zona III: Velocidad de evaporación decreciente, se retira la humedad ligada, Ts aumenta, y se acerca a la TG1 •
•
•
Secado Altas Temperaturas--Longitud del Secador
Considerando que este proceso de secado se rige prácticamente por la transferencia de calor y suponiendo despreciable cualquier transferencia de calor indirecta entre el sólido y el secador, se puede expresar que la ganancia de calor en el sólido (dq) El diferencial de energía en el solido, puede describirse en términos del coeficiente de transferencia de calor, como:
dq U * dS * t G t S
Y finalmente, el diferencial de superficie se puede relacionar con la longitud del secador Z, introduciendo el término del área superficial.
dq U * a * dZ * t G t S
Secado Altas Temperaturas--Longitud del Secador
Por otra parte la ganancia energía del sólido, proviene del gas, entonces el dq puede describirse como sigue
dq GS * C GH * dt G Donde: dtG : es el gradiente de temperatura experimentado en el gas como resultado de la transferencia de calor únicamente al sólido,
dq U * a * dZ * t G
t S
G
S
* C S * dt G
Secado Altas Temperaturas--Longitud del Secador
dq U * a * dZ * t G
dZ
GS * C GH U * a
t S
*
G
S
* C GH * dt G
dt G t G t S
Como el proceso de secado esta regido por tres zonas, con las características antes descrita, la longitud de cada zona Z, será igual a:
t G Z * U * a t m GS * C GH
Secado Altas Temperaturas--Longitud del Secador Longitud del Secador
t G Z * t m U * a GS * C GH
Δtm: promedio logarítmico de las diferencias de temperaturas terminales en cada zona
En términos de la longitud de un equipo de contacto continuo, se tienen la altura de una unidad de transferencia, y el numero de unidades de transferencia, lo que equivale a decir:
Z H TOG N TOG
Taller Ejemplos
TREYBAL
12.7/12.8/
Ejemplo 12.8 Estimación Preliminar del Tamaño del Secador Datos X2:0.5%, TS2:150 S2: 0.63KG/S
X1: 8%, TS1:27C
Y1, TG1
Y2:6.8% molar agua TG2:480C Gas combustible Q= 0.15 HG2
DATOS ADICIONALES Flujo de Gas debe ser menor a 0.7kg/m2s Capacidad calorífica del sólido: 837J/kgK Se conocen otras propiedades del sólido, como densidad, y diámetro de partícula
Metodologia
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Se considera estimación preliminar del tamaño del secador, parametros como longitud, diametro y pendiente
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Se desarrollará el calculo de la longitud.
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Z es función del número y la altura de la unidad de transferencia
Z H TOG N TOG t `G Z * U * a t m GS * C GH
Δtg`: cambio en la temperatura en el gas solamente por transferencia hacia el sólido. Δtm`: diferencia temperatura promedio entre el gas y el sólido.
Estos parámetros se evaluan para cada zona de secado.
Metodología
III I
II
D TG1
TS1
C A
TG2 TS2
TS
B
Suposiciones La Temperatura TG1 se supone TS2 menos 30C El secado sucede totalmente en la zona 3, eso indica que X1=XB, ó X2=XA Ts es Tbh +(2 a 5C), por que el sistema no es adiabatico. La relación psicrometrica del gas secante es la del aire, asi la tbh, se estima por la ecuación 7.26 Suponer conocido el porcentaje de perdidas en cada zona
Metodología 1. Resolver el balance de materia y energía, para encontrar los valores de Gs, y Y1 2. Calculo por zona del NTOG 3. Cálculos en la zonas III y I, donde no hay secado, solamente calientamiento del solido y enfriamiento del gas, y por ende las entalpias en los limites de las zonas, solo incluyen calor sensible.
t G `
t m
ΔTG`= TG2-TGD SIN LAS PERDIDAS DE CALOR, ESTIMARLO POR BALANCE DE ENERGIA HACIENDO Q=O. ΔTM: MEDIA LOGARITMICA ( TG -TS) EN LOS PUNTOS 2, B, Y D QUE LIMITAN LA ZONA PARA ELLO REQUIERE EVALUAR EL TGD, Y HACER UN BALANCE DE ENERGIA INCLUYENDO LAS PERDIDAS.
4. Plantee el Balance de energía en la zona ?????
Metodologia
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Se considera estimación preliminar del tamaño del secador, parámetros como longitud, diámetro y pendiente Falta diámetro y pendiente, revise el ejercicio y saque la metodología.