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Bilan matière et enthalpique dans un séchoir à grains

Un séchoir à grains est constitué de la façon suivante: un ventilateur aspire de l'air extérieur et l'envoie dans un tunnel de section rectangulaire en acier. A l'entrée du tunnel, l'air traverse un faisceau tubulaire orthogonal à l'écoulement, alimenté côté tubes par de la vapeur d'eau, nommé le préchauffeur. L'air, chauffé à 130°C, circule ensuite dans le tunnel d'environ 40 m de long, et ressort par une cheminée. Les grains à sécher sont alimentés dans le tunnel par un distributeur, et circulent à contre courant de l'air, transportés par une bande mobile sans fin. Les grains séchés sont récupérés à la fin de la bande transporteuse dans un distributeur à écluses. Des relevés indiquent les conditions opératoires suivantes:

  • Air alimentant le préchauffeur: température 15°C, humidité relative 90%, débit 6562 kg.h-1,
  • Air en sortie du préchauffeur: température 130°C,
  • Air sortant à la cheminée: température 38°C, air saturé,
  • Grains entrant dans l'installation: température 15°C, taux d'humidité 108%, débit 468 kg.h-1,
  • Grains sortant de l'installation: température 73°C.
1°) Réaliser un schéma de l'installation.
2°) A partir des données fournies et du diagramme de l'air humide, calculer les débits d'air sec V et de grains sec M alimentant l'installation, et l'humidité absolue de tous les flux. Déterminer ensuite les débits partiels (eau vapeur ou liquide, air sec, grains secs) dans chaque flux entrant ou sortant de l'installation. Regrouper les résultats dans un tableau.
3°) Calculer le débit d'eau évaporé dans le sécheur, et le flux énergétique correspondant uniquement à cette évaporation (considérée comme effectuée à 15°C).
4°) Calculer, sans utiliser le diagramme de l'air humide, les enthalpies des différents flux: hae pour l'air d'alimentation, h'ae pour l'air en sortie du préchauffeur, has pour l'air sortant de l'installation, hse pour les grains humides à l'entrée, hss pour les grains séchés à la sortie.
Rq: on considère que les Cp ne dépendent pas de la température, et que la chaleur latente de vaporisation de l'eau est donnée à 0°C Lv(0°C)=2494 kJ.kg-1. On prendra une enthalpie de référence nulle pour l'eau liquide, l'air gazeux et les grains solides à 0°C, 1 atm.
5°) En déduire la puissance thermique du préchauffeur, et les pertes thermiques de l'installation.
6°) Calculer le rendement thermique du sécheur comme le rapport entre le flux énergétique correspondant à l'évaporation (question 3°)) et la puissance thermique du préchauffeur.
7°) Trouver, en l'absence de pertes thermiques, la température qu'il faudrait régler en sortie préchauffeur pour obtenir le même séchage.

Données: Cp(Grains sec)= 1.925 kJ.kg-1.°C-1, Cp(Air sec)= 1.01 kJ.kg-1.°C-1, Cp(eau vap)=1.92 kJ.kg-1.°C-1, Cp(eau liq)=4.18 kJ.kg-1.°C-1.

Réponse

Réponse

2°) V=6500 kg.h-1, M=225 kg.h-1, Ye=9.5 g.kg-1, Ys=44 g.kg-1, Xs=8.33%,
3°) V×(Ys-Ye)=224.25 kg.h-1, ΔHévap=559MJ.h-1,
4°) hae=254.3 MJ.h-1, h'ae=1022.9 MJ.h-1, has=983.6 MJ.h-1, hse=21.7 MJ.h-1, hss=37.3 MJ.h-1,
5°) Φpréch=768.6 MJ.h-1, Φpertes=-23.6 MJ.h-1, 6°) η=72.8%, 7°) 126.5°C.

Correction

Correction

1°)Sécheur à convection de type tunnel

2°)

3°)

4°)

5°)

6°)

7°)