Exercice 3
Une tour de séchage par pulvérisation traite 2,5 t/h de lait concentré à 48 % de matière sèche (MS), pour faire une poudre à 3 % d'humidité. Le produit entre à 50°C et sort à 75°C
L'air extérieur est à 25°C, avec une température de thermomètre humide (
) de 18°C. Il est réchauffé à 180°C par une batterie chauffée à la vapeur. Le débit d'air sec à l'entrée est de 37 t/h. L'air sort à 95°C de la tour.
Les chaleurs massiques du lait concentré et de la poudre sont respectivement de 3 kJ/kg/°C et 1,7 kJ/kg/°C).
Question
Déterminer le bilan matière (débit de poudre et quantité d'eau évaporée)
En supposant le régime stationnaire et en négligeant les pertes de matière :
quantité de MS qui entre = quantité de matière sèche qui sort d'où 2500 x 0,48 = 0,97. ṁp ===> ṁp = (2500x0,48)/0,97 = 1237 kg/h
- Le débit d'eau évaporé ṁe = 2500-1237 = 1263 kg/h
Question
Déterminer le bilan thermique ou énergétique
D'après le diagramme enthalpique de l'air humide, on a : H1 = H2 ≈ 210 kJ/kg
Débit d'énergie de l'air = (210 x 37000)/3600 = 2158 kW
Débit thermique du concentré (
)
=
=(2500/3600) x 3 x 50 = 104,2 kW
Débit thermique de la poudre
= (1237/3600) x 1,7 x 75 = 43,8 kW
entrées = 2158 + 104,2 = 2262,2 kW
sorties = 2158 + 43,8 = 2201,8 kW
On trouve un décalage de ~ 60 kW qui peut correspondre à des pertes de chaleur par les parois, mais qui peut s'expliquer par les erreurs de mesure, de lecture du diagramme, etc.
Question
Quelle serait l'efficacité énergétique du séchoir ?
H0 = 50 kJ/kg; H2 = 210 kJ/kg
Ha0 = 0,009 kg d'eau/kg AS; Ha2 = 0,044 kg d'eau/kg AS
1 kg d'air sec coûte 160 kJ (210-50) et emporte 0,035 kg d'eau (0,044-0,009)
160 -->0,035
? <----1
CEM = 160/0,035 = 4571 kJ/ kg d'eau évaporée
RCE = CEM/
La température moyenne du produit est de 62,5 °C [(50 +75)/2], son énergie latente de vaporisation est de ~ 2353 kJ/kg d'où :
RCE = 4571/2353 = 1,94 ≈ 2
On dépense donc le double de l'énergie nécessaire
Remarque :
H0 et H1 peuvent également être déterminées à partir de l'équation suivante :
H1 = 2494 Ha +
(1,01 + 1,92 Ha)
Avec Ha ~ 0,009 ;
= 25 pour H0 et
= 180 pour H1 ; ce qui donne :
H0 ~ 48,1 kJ/kg
H1 ~ 207,5 kJ/kg
