Sušení
Tomáš Vítěz
Základní pojmy Suchý vzduch – směs plynů 99% tvoří N2 a O2, Vlhký vzduch – suchý vzduch + vodní páry, Absolutní vlhkost (f) – hmotnost vlhkosti obsažená v 1 m3 vlhkého vzduchu, Relativní vlhkost (φ) – kolik % vlhkosti obsahuje vzduch z maximální vlhkosti, kterou je vzduch schopen pojmout při téže teplotě, Měrná vlhkost (x) – množství par obsažené ve vlhkém vzduchu, vztažené na hmotnost 1 kg suchého vzduchu
Základní pojmy Volná voda – nachází se dutinách, Vázaná voda – nachází se v buněčných stěnách, ve struktuře vláken, apod.
Sušení Fyzikální děj -
účinkem tepla snižuji obsah vody v produktech,
-
nemá docházet k chemickým změnám v produktu,
-
voda se odstraňuje odpařováním nebo sublimací.
Toto je hlavní rozdíl od jiných metod snižování vlhkosti - mechanických.
Vyjádření vlhkosti Hmota vlhkého materiálu je tvořena : -
hmotou absolutně suché látky,
-
hmotou vody (vlhkosti).
Absolutně suchá látka existuje zcela výjimečně → pojem sušina vlhkého materiálu.
Měrná vlhkost materiálu:
M M − M MS u= W = M M MS M MS
[kg ⋅ kg ] −1
MW – hmotnost vody MM – hmotnost vlhkého materiálu MMS – sušina materiálu
Vyjádření vlhkosti Relativní vlhkost materiálu:
ϕ=
MW M − M MS ⋅100 = M ⋅100 [%] MM MM
MW – hmotnost vody MM – hmotnost vlhkého materiálu MMS – sušina materiálu
V průběhu sušení se mění měrná vlhkost materiálu
u = f (τ)
Proces sušení
Probíhá ve třech fázích Počátek sušení Sušení Dosoušení
Rychlost sušení závisí na teplotě sušení a relativní vlhkosti, rychlosti a směru proudění tepla, ploše materiálu, který je v kontaktu se sušícím médiem, promíchání materiálu, době zdržení, způsobu kontaktu materiálu se sušícím médiem.
Sušící médium
temperovaný vzduch, spaliny, kapaliny (olej, voda, …).
Způsob sušení a typy sušáren
Přímé sušení (konvekční) Pneumatické sušárny, Rotační nebo bubnové sušárny, Fluidní sušárny (sušárny s fluidním ložem). Sprejové sušárny, Vakuové sušárny
Nepřímé sušení (kontaktní) Lopatkové sušárny, Bubnová sušárna, Diskové sušárny, Infračervené sušárny,
Infračervené sušárny, Mikrovlnné sušárny.
Výpočet sušárny odpadů (čistírenských kalů)
Jaké právní předpisy?
Z. č. 185/2001 Sb., o odpadech a o změně některých dalších zákonů Z. č. 86/2002 Sb., o ochraně ovzduší a o změně některých dalších zákonů Vyhl. č. 428/2001 Sb., k provedení zákona o vodovodech a kanalizacích Vyhl. č. 376/2001 Sb., o hodnocení nebezpečných vlastností Vyhl. 381/2001 Sb., Katalog odpadů a Seznam nebezpečných odpadů Vyhl. 382/2001 Sb., o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě Vyhl. 356/2002 Sb., seznam znečišťujících látek a obecné emisní limity znečiš. ovzduší Vyhl. 357/2002 Sb., kterou se stanoví požadavky na kvalitu paliv z hlediska ochrany ovzduší Vyhl. 383/2001 Sb., o podrobnostech nakládání s odpady
Co je kal?
Produkt čištění odpadních vod Vzniká při primárním, sekundárním a terciálním čištění 70-90 g na EO za den 5% sušina Vysoká koncentrace nutrientů, patogenů a těžkých kovů,
Způsoby nakládání s kalem
Skládkování
Aplikace na půdu (kompost nebo digestát)
Stavební materiály cement, hliněné cihly, lehčivo
Bilanční rovnice
VSTUP
SYSTÉM
VÝSTUP
Odvodnění kalů - centrifuga
Odvodnění kalů - centrifuga Kolá č Ka l d o ce n trifu g y s u š in a 3 m /h % kg s u š /h A 41,3 2,84
3
m /h
Vod a ka lová s u š in a %
4,81
NL NL kg s u š /h g /l kg /h B C 24,40 0,30
3
m /h D
Přepočet na sušinu kalu ⎡ kgsuš ⎤ A = kaldocentr ifugy ( m 3 / h) * kaldocentr ifugy ( sušina %) *10 ⎢ ⎥ ⎣ h ⎦ ⎡ kgsuš ⎤ A = 41,3 * 2,84 *10 ⎢ ⎥ ⎣ h ⎦
Odvodnění kalů - centrifuga Koláč
Voda kalová
Kal do centrifugy sušina sušina NL NL 3 3 m /h % kgsuš/h m /h % kgsuš/h g/l kg/h A B C 41,3 2,84 1173,77 4,81 24,40 0,30
3
m /h D
Přepočet na sušinu kalu ⎡ kgsuš ⎤ A = kaldocentr ifugy ( m 3 / h) * kaldocentr ifugy ( sušina %) *10 ⎢ ⎥ ⎣ h ⎦ ⎡ kgsuš ⎤ ⎡ kgsuš ⎤ A = 41,3 * 2,84 *10 ⎢ A 1173 , 77 = ⎥ ⎢ h ⎥ ⎣ h ⎦ ⎣ ⎦
Odvodnění kalů – kalová voda Kolá č
Vod a ka lová
Ka l d o c e n trifu g y s u š in a s u š in a NL NL 3 3 m /h % kg s u š /h m /h % kg s u š /h g /l kg /h A B C 41,3 2,84 1173,77 4,81 24,40 0,30 3 ⎡ ⎤ m 3 3 D = kaldocentr ifugy ( m / h) − koláč ( m / h ) ⎢ ⎥ ⎣ h ⎦
3
m /h D
Odvodnění kalů – kalová voda Kolá č
Vod a ka lová
Ka l d o c e n trifu g y s u š in a s u š in a NL NL 3 3 m /h % kg s u š /h m /h % kg s u š /h g /l kg /h A B C 41,3 2,84 1173,77 4,81 24,40 0,30 3 ⎡ ⎤ m 3 3 D = kaldocentr ifugy ( m / h) − koláč ( m / h ) ⎢ ⎥ ⎣ h ⎦
⎡ m3 ⎤ D = 41,33 − 4,81⎢ ⎥ ⎣ h ⎦
⎡ m3 ⎤ D = 36,52 ⎢ ⎥ ⎣ h ⎦
3
m /h D 36,52
Koláč
Vod a kalová
Kal do ce ntrifugy su šina sušina NL NL 3 3 m /h % kg suš/h m /h % kgsuš/h g/l kg/h A B C 41,3 2,84 1173,77 4,81 24,40 0,30
Nerozpuštěné látky v kalové vodě
⎡ kg ⎤ C = NL ( g / l ) * D ⎢ ⎥ h ⎣ ⎦ ⎡ kg ⎤ C = 0 , 30 * 36 , 52 ⎢ ⎥ h ⎣ ⎦
3
m /h D 36,52
Koláč
Vod a kalová
Kal do ce ntrifugy su šina sušina NL 3 3 m /h % kg suš/h m /h % kgsuš/h g/l A B 41,3 2,84 1173,77 4,81 24,40 0,30
NL 3 kg/h m /h C D 11,03 36,52
Nerozpuštěné látky v kalové vodě
⎡ kg ⎤ C = NL ( g / l ) * D ⎢ ⎥ h ⎣ ⎦ ⎡ kg ⎤ C = 0 , 30 * 36 , 52 ⎢ ⎥ h ⎣ ⎦
⎡ kg ⎤ C = 11 , 03 ⎢ ⎥ h ⎣ ⎦
Koláč
Voda kalová
Kal do centrifugy sušina sušina NL 3 3 m /h % kgsuš/h m /h % kgsuš/h g/l A B 41,3 2,84 1173,77 4,81 24,40 0,30
Skutečná sušina
⎡ kgsuš B = A − C⎢ h ⎣
⎤ ⎥ ⎦
⎡ kgsuš B = 1173 , 77 − 11 , 03 ⎢ h ⎣
⎤ ⎥ ⎦
NL 3 kg/h m /h C D 11,03 36,52
Koláč
Vod a kalová
Kal do ce ntrifugy su šina sušina NL 3 3 m /h % kg suš/h m /h % kgsuš/h g/l A B 41,3 2,84 1173,77 4,81 24,40 1162,74 0,30
NL 3 kg/h m /h C D 11,03 36,52
Skutečná sušina
⎡ kgsuš B = A − C⎢ h ⎣
⎤ ⎥ ⎦
⎡ kgsuš B = 1162 , 74 ⎢ h ⎣
⎡ kgsuš B = 1173 , 77 − 11 , 03 ⎢ h ⎣
⎤ ⎥ ⎦
⎤ ⎥ ⎦
Schéma sušárny
VENTILACE
SUŠÁRNA LEGENDA BAREV KAL PÁRA ZNEČIŠTĚNÁ VODA CHLADICÍ VODA PRACH
PRAČKA PAR
PRAČKA PRACHU
CHLADÍCÍ ŠNEKY DOMÁCÍ KANALIZACE
Lopatková sušárna
Lopatková sušárna
Sušárna Kal do sušárny m3/h sušina % kgsuš/h B 4,810541 24,4 1162,74 Vysušený kal kg/h kgsuš/h E F
teor kondenz sušina % m3/h 87,77
Voda z pračky vstup výstup rozdíl m3/h m3/h NL g/l m3/h H 31,17 34 Prach v páře a plynech m3páry/h % prachu kg/h J K 0,05
3,76
NL kg/h I 0,5
Kal do sušárny m3/h sušina % kgsuš/h B 4,810541 24,4 1162,74 Vysušený kal kg/h kgsuš/h E F
teor kondenz sušina % m3/h 87,77
Voda z pračky vstup výstup rozdíl 3 3 m /h m /h m3/h NL g/l H 31,17 34 Prach v páře a plynech m3páry/h % prachu kg/h J K 0,05
3,76
NL kg/h I 0,5
3 ⎡ ⎤ m 3 3 H = vodazpračk yvýstup ( m / h ) − vodazpračk yvstup ( m / h ) ⎢ ⎥ ⎣ h ⎦
Kal do sušárny m3/h sušina % kgsuš/h B 4,810541 24,4 1162,74 Vysušený kal kg/h kgsuš/h E F
teor kondenz sušina % m3/h 87,77
Voda z pračky vstup výstup rozdíl m3/h m3/h NL g/l m3/h H 31,17 34 2,83 Prach v páře a plynech % prachu m3páry/h kg/h J K 0,05
⎡ m3 ⎤ H = 34 ,00 − 31,17 ⎢ ⎥ ⎣ h ⎦
3,76
NL kg/h I 0,5
⎡ m3 ⎤ H = 2,83 ⎢ ⎥ ⎣ h ⎦
3 ⎡ ⎤ m 3 3 H = vodazpračk yvýstup ( m / h ) − vodazpračk yvstup ( m / h ) ⎢ ⎥ ⎣ h ⎦
Kal do sušárny m3/h sušina % kgsuš/h B 4,810541 24,4 1162,74 Vysušený kal kg/h kgsuš/h E F
teor kondenz sušina % m3/h 87,77
Voda z pračky vstup výstup rozdíl 3 3 m /h m3/h NL g/l m /h H 31,17 34 2,83 Prach v páře a plynech m3páry/h % prachu kg/h J K 0,05
3,76
NL kg/h I 0,5
⎡ kg ⎤ I = vodazpračkyNL( g / l ) * vodazpračkyvýstup(m / h) ⎢ ⎥ ⎣h⎦ 3
Kal do sušárny m3/h sušina % kgsuš/h B 4,810541 24,4 1162,74 Vysušený kal kg/h kgsuš/h E F
⎡ kg ⎤ I = 0,5 * 34,00⎢ ⎥ ⎣h⎦
teor kondenz sušina % m3/h 87,77
Voda z pračky vstup výstup rozdíl 3 3 m /h m3/h NL g/l m /h H 31,17 34 2,83 Prach v páře a plynech m3páry/h % prachu kg/h J K 0,05
3,76
NL kg/h I 0,5 17
⎡ kg ⎤ I = 17,00⎢ ⎥ ⎣h⎦
⎡ kg ⎤ I = vodazpračkyNL( g / l ) * vodazpračkyvýstup(m / h) ⎢ ⎥ ⎣h⎦ 3
Kal do sušárny m3/h sušina % kgsuš/h B 4,810541 24,4 1162,74 Vysušený kal kg/h kgsuš/h E F
teor kondenz sušina % m3/h 87,77
Voda z pračky vstup výstup rozdíl m3/h m3/h NL g/l m3/h H 31,17 34 2,83 Prach v páře a plynech % prachu m3páry/h kg/h J K 0,05
3,76
NL kg/h I 0,5 17
⎡m3 ⎤ I J = * 22 , 4 ⎢ ⎥ 0 , 018 h ⎣ ⎦ plynová konstanta molekulová hmotnost vody
Kal do sušárny sušina % kgsuš/h m3/h B 4,810541 24,4 1162,74 Vysušený kal kg/h kgsuš/h E F
⎡ m3 ⎤ 17 J= * 22,4⎢ ⎥ 0,018 ⎣h⎦
teor kondenz sušina % m3/h 87,77
Voda z pračky vstup výstup rozdíl m3/h m3/h NL g/l m3/h H 31,17 34 2,83 Prach v páře a plynech % prachu m3páry/h kg/h J K 3521,778 0,05
3,76
NL kg/h I 0,5 17
⎡m3 ⎤ I J = * 22 , 4 ⎢ ⎥ 0 , 018 h ⎣ ⎦ plynová konstanta molekulová hmotnost vody
⎡ m3 ⎤ J = 3521,78⎢ ⎥ ⎣h⎦
Kal do sušárny m3/h sušina % kgsuš/h B 4,810541 24,4 1162,74 Vysušený kal kg/h kgsuš/h E F
teor kondenz sušina % m3/h 87,77
Voda z pračky vstup výstup rozdíl m3/h m3/h m3/h NL g/l H 31,17 34 2,83 Prach v páře a plynech % prachu m3páry/h kg/h J K 3521,778 0,05
3,76
NL kg/h I 0,5 17
⎡ kg ⎤ K = J * % prachu ⎢ ⎥ ⎣ h ⎦
Kal do sušárny sušina % m3/h 4,810541
kgsuš/h B 24,4 1162,74
Vysušený kal kg/h kgsuš/h E F
teor kondenz sušina % m3/h 87,77
Voda z pračky vstup výstup rozdíl m3/h m3/h NL g/l m3/h H 31,17 34 2,83 Prach v páře a plynech % prachu m3páry/h kg/h J K 3521,778 176,0889 0,05
⎡ kg ⎤ K = 3521 , 78 * 0 , 050 ⎢ ⎥ ⎣ h ⎦ 3,76
NL kg/h I 0,5 17
⎡ kg ⎤ K = J * % prachu ⎢ ⎥ ⎣ h ⎦
⎡ kg ⎤ K = 176 , 09 ⎢ ⎥ ⎣ h ⎦
Kal do sušárny m3/h sušina % kgsuš/h B 4,810541 24,4 1162,74 Vysušený kal kg/h kgsuš/h E F
teor kondenz sušina % m3/h 87,77
3,76
Voda z pračky vstup výstup rozdíl m3/h m3/h NL g/l m3/h H 31,17 34 2,83 Prach v páře a plynech % prachu m3páry/h kg/h J K 3521,778 176,0889 0,05
⎡ kgsuš F = B − I⎢ h ⎣
NL kg/h I 0,5 17
⎤ ⎥⎦
Kal do sušárny m3/h sušina % kgsuš/h B 4,810541 24,4 1162,74 teor kondenz sušina % m3/h
Vysušený kal kg/h kgsuš/h E F 1145,743 87,77 Voda z pračky vstup výstup rozdíl m3/h m3/h NL g/l m3/h H 31,17 34 2,83 Prach v páře a plynech % prachu m3páry/h kg/h J K 3521,778 176,0889 0,05
⎡ kgsuš F = B − I⎢ h ⎣
⎡ kgsuš ⎤ F = 1162,74 − 17,00⎢ ⎥ h ⎣ ⎦ 3,76
NL kg/h I 0,5 17
⎤ ⎥⎦
⎡ kgsuš ⎤ F = 1145,74⎢ ⎥ h ⎣ ⎦
Kal do sušárny m3/h sušina % kgsuš/h B 4,810541 24,4 1162,74 teor kondenz sušina % m3/h
Vysušený kal kg/h kgsuš/h E F 1145,743 87,77 Voda z pračky vstup výstup rozdíl 3 3 m /h m3/h NL g/l m /h H 31,17 34 2,83 Prach v páře a plynech m3páry/h % prachu kg/h J K 3521,778 176,0889 0,05
3,76
NL kg/h I 0,5 17
F *100 ⎡ kg ⎤ E= vysušenýkalsuš.% ⎢⎣ h ⎥⎦
Kal do sušárny sušina % kgsuš/h m3/h B 4,810541 24,4 1162,74
⎡ kg ⎤ E = 1305,39⎢ ⎥ ⎣h⎦
teor kondenz sušina % m3/h
Vysušený kal kg/h kgsuš/h E F 1305,39 1145,743 87,77 Voda z pračky vstup výstup rozdíl m3/h m3/h NL g/l m3/h H 31,17 34 2,83 Prach v páře a plynech % prachu m3páry/h kg/h J K 3521,778 176,0889 0,05
3,76
NL kg/h I 0,5 17
F *100 ⎡ kg ⎤ E= vysušenýkalsuš.% ⎢⎣ h ⎥⎦
1145,74 *100 ⎡ kg ⎤ E= ⎢h⎥ 87,77 ⎣ ⎦
Spotřeba energie a náklady na sušení
Na odpaření vody nutno dodat výparné teplo vody (2250 kJ/kg) Náklady na odpaření 1 kg vody 9,- Kč
Kal na vstupu má sušinu 30% 1 kg kalu obsahuje 700 g vody
Kal na výstupu má sušinu 90% 1 kg kalu obsahuje 100 g vody Potřebuji 1350 kJ energie pro odvedení 600 g vody Tzn. 5,4,- Kč na odpaření 600g vody
Děkuji za pozornost
