Wpływ gruboci otoczki gstwy drodowej na kulach inertu na proces jej suszenia w suszarce fontannowej

Transkrypt

1 Stanisław Pero, Robert Kozłowski, Zbigniew Zdrojewski Instytt Inynierii Rolniczej Akademia Rolnicza we Wrocławi Wpływ grboci otoczki gstwy drodowej na klach inert na proces jej sszenia w sszarce fontannowej Streszczenie Dowiadczenie przeprowadzono w laboratoryjnej sszarce fontannowej. Mierzono zmiany zawartoci wody w otoczkach gstwy drodowej sszonej na szklanych klach. Sszenie przeprowadzono przy temperatrze czynnika sszcego t = 90 C i jego prdkoci v = 4,2 m/s. Grbo otoczki na klach wahała si od 0,08 do 0,25 mm. Pocztkowa zawarto wody w gstwie wynosiła 3,5 kg H 2 O/kg s.m., a kocowa 0,1 kg H 2 O/kg s.m. Wpływ grboci otoczki na kinetyk sszenia przedstawiono w postaci wykresów. Słowa klczowe: gstwa drodowa, sszenie, kle inert. Wykaz oznacze: A współczynnik równania (1) [ - ] b grbo otoczki na klach [mm] (τ) - bieca zawarto wody w sszonym materiale [kg/kg] 0 pocztkowa zawarto wody w materiale [kg/kg] r równowagowa zawarto wody w materiale [kg/kg] t zawarto wody obliczona z równania (1) [kg/kg] ex zawarto wody wynikajca z pomiar [kg/kg] - czas [s] d/d szybko sszenia [kg H 2 O/(kg s.s. min)] v prdko czynnika sszcego w komorze sszenia [m/s] t temperatra czynnika sszcego [ C] k współczynnik szybkoci sszenia q p redni strmie wody z 1 m 2 powierzchni kl Fom = De /R 2 masowa liczba Foriera De efektywny współczynnik dyfzji wody R zewntrzny promie kli z otoczk [1/min] [kg H 2 O/(m 2 h)] [ - ] [m 2 /s] [m] Wstp i cel pracy Gstwa drodowa powstajca (jako prodkt boczny) m.in. w przemyle browarniczym stanowi osad o wilgotnoci ok. 80% - zawierajcy ywe drode. Główn metod jej konserwacji jest sszenie. Analiza literatry [Lna Solano G. i in.1998, Mjmdar S. A. i in. 1995, Szentmarjay J. i in. 1991] oraz własne obserwacje pozwalaj przypszcza, e odpowiednim sposobem (ze wzgld na jako i ekonomik proces) byłoby sszenie gstwy w sszarce z fontannowym złoem materiał inertnego. Celem pracy było zbadanie przebieg proces sszenia browarniczej gstwy drodowej na fontannowym zło materiał inertnego w zalenoci od grboci jej otoczki na klach. 77

2 Stanowisko pomiarowe i metodyka bada Pomiary wykonano na stanowisk pokazanym na rysnk 1. Zasadnicz cz stanowiska stanowiła przeroczysta komora sszenia o rednicy czci cylindrycznej 0,094 m, wysokoci 0,3 m i pojemnoci ok. 0,002 m 3. Komora w czci stokowej z dnem sitowym zawierała 380 sztk szklanych kl (jako inert) o rednicy 0,007 m. Srowiec stanowiła gstwa drodowa o zawartoci wody ok. 3,5 kg H 2 O/kg s.s. pochodzca z Browarów Dolnolskich Piast we Wrocławi. Po wstpnym nagrzani kl w komorze do temperatry sszenia podawano porcj gstwy drodowej na złoe fontannjcych kl strzykawk. Dziki fontannowani nastpowało szybkie otaczanie si kl srowcem. Mas gstwy drodowej podawanej na złoe inert reglowano w zakresie 5 17g co dawało teoretyczn grbo otoczki na kadej z kl od ok. 0,08 do 0,25 mm. Sszenie prowadzono do wilgotnoci kocowej ok. 10%, przy temperatrze powietrza 90 C, oraz przy jego prdkoci w czci cylindrycznej 4,2 m/s. Pomiarów bytk masy sszonej gstwy dokonywano co 1 mint na wadze elektronicznej WPE 300 z dokładnoci ± 0,01 g wac komor (wczeniej wytarowan) wraz z zawartoci. Prdko przepływ powietrza w komorze mierzono anemometrem skrzydełkowym AA 2113 z dokładnoci ± 0,1 m/s. Wilgotnoci srowca i ssz okrelano metod sszarkow. Wilgotno wzgldn i temperatr otoczenia mierzono psychrometrem Assmanna z dokładnoci ± 2% oraz termometrem rtciowym z dokładnoci ± 0,2 %. Czas mierzono zegarem z sekndnikiem. Szybko sszenia d/d okrelano, dzielc (obliczone na podstawie pomiarów) bytki zawartoci wody przez odstpy czas midzy pomiarami, wynoszce 1 mint. redni powierzchniowy strmie wody obliczono odnoszc bytki masy próbki srowca do 1 m 2 powierzchni kl inert i do czas 1 godz. Kady cykl pomiarów powtarzano trzykrotnie. Ocena błdów pomiarów W tabeli 1 podano bezwzgldne i wzgldne błdy systematyczne mierzonych i obliczanych na podstawie pomiarów wielkoci. W przypadk pomiarów bezporednich błd bezwzgldny wyznaczano z klasy miernika lb na podstawie wartoci najmniejszej działki skali przyrzd. Błdy pomiarów złoonych wyznaczono metod róniczki zpełnej. Wyniki bada Na rysnk 2 przedstawiono (przy prdkoci czynnika sszcego v = 4,2 m/s i jego temperatrze 90 C) spadki zawartoci wody w fnkcji czas, dla 3 rónych grboci otoczek gstwy drodowej na klach. Kady z pnktów pomiarowych na rys.2. jest redni z trzech powtórze. Jak wynika z wykres w zalenoci od grboci otoczki, czas sszenia gstwy od zawartoci wody 3,44 do ok. 0,1 kg H 2 O/kg s.m. wahał si w granicach 4 8 mint. Przebieg pnktów pomiarowych wskazje na wystpowanie dwóch okresów o rónej intensywnoci sszenia. Okres o wyszej intensywnoci przypada w przyblieni na pierwsze 2 minty proces. Jest to szczególnie wyrane dla otoczki o 78

3 najmniejszej grboci (0,08 mm). Okres ten w przypadk sszenia fontannowego niekoniecznie msi by tosamiany z klasycznym (wg literatry) I okresem, gdy temperatra powierzchni srowca i szybko sszenia s stałe. Ze wzgld na brak moliwoci pomiar w sposób cigły bytków masy wody na klach oraz temperatry otoczek w fontannjcym zło-trdno było precyzyjnie okreli granic midzy I i II okresem sszenia. Po pominici pierwszego pnkt pomiarowego pozostałe pnkty dla poszczególnych grboci otoczek, mona przybliy równaniem wykładniczym: () = A e -k (1) - charakterystycznym dla II okres sszenia wikszoci materiałów rolinnych [Pabis S., 1982]. Wartoci współczynników A i k oraz korelacji r dla rónych grboci otoczki b na klach przedstawiono na rys.2. Wpływ grboci otoczki b na dynamik bytków wody potwierdzaj wykresy szybkoci sszenia, przedstawione na rys.3. Jak wynika z rys.3. szybko sszenia otoczki gstwy o grboci b=0,08 mm przez wikszo czas trwania proces była o ok. 50 % wysza w porównani z szybkoci sszenia otoczki o grboci b=0,25 mm. Szybsze wysychanie cieszej otoczki na klach (czyli skrócenie czas sszenia) mona wyjani w oparci o istniejce rozwizanie równania konwekcyjnego sszenia ciała stałego o kształcie kli [Pabis S., 1982]. Z rozwizania tego m.in. wynika zwizek, który symbolicznie mona przedstawi jako: ( τ ) r = f(fom) (2) 0 r, gdzie Fom stanowi masow liczb Foriera Jak wynika z jej zapis czas sszenia otoczki gstwy drodowej bdzie malał w miar zmniejszania zewntrznego promienia R dwwarstwowej granli (a wic i grboci otoczki). Rozbienoci pomidzy zawartoci wody t obliczon z równania (1), a wynikajc z pomiarów ex oceniano obliczajc błd wzgldny rednich kwadratów odchyle RMS wg formły: RMS = n j= 1 ex ex n 1 t (3) oraz wzgldny błd lokalny Rlok z zalenoci: 79

4 Rlok = ex ex t 100 (4) Wartoci RMS dla rónych grboci otoczki przedstawiono poniej. Warnki sszenia RMS [%] 90 C, 4,2 m/s, b = 0,08 mm 21,5 90 C, 4,2 m/s, b = 0,19 mm 6,2 90 C, 4,2 m/s, b = 0,25 mm 7,0 Przebieg wielkoci błd lokalnego Rlok dla rónych wartoci b w zalenoci od zawartoci wody w sszonym srowc pokazano na rysnk 4. Wartoci RMS i Rlok wskazj, e równanie (1) dostatecznie dokładnie przyblia wyniki eksperyment. Maksymalna warto RMS wyniosła ok. 21 %, ponad 80 % wyników Rlok mieciło si w przedziale ± 10 %. Zwikszenie teoretycznej grboci otoczki od 0,08 do 0,25 mm spowodowało wzrost wielkoci strmienia wody z 1 m 2 powierzchni kl od ok. 0,7 do ok. 1,3 kg H 2 O/ m 2 h. Wnioski 1. Pomijajc pierwsz mint proces, pozostałe pnkty na krzywych sszenia gstwy drodowej na klach inert mona przybliy równaniem wykładniczym: () = A e -k 2. Zwikszenie grboci otoczek na klach od ok. 0,08 do ok. 0,25 mm spowodowało spadek redniej szybkoci sszenia ok. 50% oraz prawie dwkrotny wzrost wartoci redniego powierzchniowego strmienia wody. Spis rysnków: Rys.1. Schemat stanowiska pomiarowego: 1 wentylator, 2 zaswa reglacyjna, 3 nagrzewnica z reglatorem temperatry, 4 termopara, 5 komora sszenia, 6 fontannjce złoe, 7 króciec pomiarowy, 8 anemometr, 9 manometr cieczowy, 10 filtr workowy Fig.1. Scheme of measring stand: 1 fan, 2 damper, 3 heater with temperatre controller, 4 thermoelement, 5 drying chamber, 6 spoted bed of inert spheres with envelopes of yeast slrry, 7 measring pipe, 8 anemometer, 9 liqid manometer, 10 sack filter Rys.2. Spadek zawartoci wody w czasie dla rónych grboci otoczek na klach, v = 4,2 m/s, t = 90 C Fig.2. Drop of water fraction verss time for varios thickness of the envelope on the spheres, v = 4,2 m/s, t = 90 C 80

5 Rys.3. Szybko sszenia w zalenoci od zawartoci wody dla rónych grboci otoczek na klach, v = 4,2 m/s, t = 90 C Fig.3. Drying rate verss water content for varios thickness of the envelope on the spheres, v = 4,2 m/s, t = 90 C Rys.4. Wartoci błd lokalnego w fnkcji zawartoci wody dla rónych grboci otoczki Fig.4. The vale of the local error as a fnction of water content for varios thickness of the envelope Spis tabel Tabela 1. Błdy systematyczne mierzonych wielkoci. Table 1. Systematical errors of the measred vale. Tabela 1. Mierzona wielko Błd bezwzgldny Błd wzgldny [%] Uwagi Temperatra powietrza na wlocie do sszarki Prdko przepływ powietrza wylot sszarki Grbo otoczki gstwy na kli inert Pocztkowa zawarto wody w gstwie drodowej ± 1 C 1,5 2 % Wahania błd wzgldnego dla temperatry 90 C ± 0,1 m/s 2,2 Wahanie błd wzgldnego dla prdkoci v = 4,2 m/s ± 10µm 9 15 Wahanie błd wzgldnego dla b = µm 0,02 kg/kg 2,5 Przeprowadzono trzy niezalene pomiary Kocowa wilgotno ssz ± 0,02 kg/kg 3,4 Przeprowadzono trzy niezalene pomiary Temperatra otoczenia ± 0,2 C 1,3 2,7 Przeprowadzono trzy niezalene pomiary Wilgotno wzgldna otoczenia ± 2% 3,4 4,2 Przeprowadzono trzy niezalene pomiary 81

6 Rys h Rys. 2 Zawarto wody, [kg H2O/kg s.m.] 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Grbo otoczki [mm] Wsp. równania Wsp. korelacji A k [1/min] r b=0,25 3,5769 0,437 0,99 b=0,19 4,1083 0,624 0,98 b=0,08 4,1500 0,990 0,97 () =A e -k b=0,25 mm b=0,19 mm b=0,08 mm Czas, [min] Rys. 3 82

7 Szybko sszenia d/d, [kg H2O/kg s.m. min] 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 b=0,25 mm b=0,19 mm b=0,08 mm 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Zawarto wody, [kg H 2 O/kg s.m.] Rys Błd lokalny, Rlok [%] b=0,25 mm b=0,19 mm b=0,08 mm 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Zawarto wody [kg/kg] Bibliografia: Lna- Solano G. i in Yeast viability (Saccharomyces cerevisiae) dried by flidized bed and spray drying, Drying 98, vol. C, pp , Halkidiki, Greece. Pabis S Teoria konwekcyjnego sszenia prodktów rolnych. PWRiL Warszawa. 83

8 Inflence of the envelope thickness of yeast slrry on inert spheres on the drying process in a spoted bed drier Smmary The trial were carried ot in a lab spoted bed drier. Measrements of water content in the envelopes of yeast slrry dried on glass spheres were made. The drying was performed at the temperatre of drying medim t = 90 C, at air flow rates v = 4.2 m/s. Thickness of the slrry envelopes on the spheres ranged from 0.08 to 0.25 mm. The initial water content in the slrry was 3.5 kg H 2 O/kg d.m. and the final one 0.1 kg H 2 O/kg d.m. The effect of the envelope thickness on the drying kinetics was described by linear eqations. Key words: yeast slrry, drying, inert material 84