Egyidejű hő- és anyagátadás dobszárítókban

Hasonló dokumentumok
Részletes összefoglaló jelentés

POÓS TIBOR DOKTORI ÉRTEKEZÉS

Hallgatói segédlet. Konvekciós szárítás

Lemezeshőcserélő mérés

Anyagjellemzők változásának hatása a fúróiszap hőmérsékletére

Danfoss Hőcserélők és Gömbcsapok

Ellenáramú hőcserélő

Égés és oltáselmélet I. (zárójelben a helyes válaszra adott pont)

1. feladat Összesen 21 pont

1. feladat Összesen 25 pont

Cseppfolyós halmazállapotú közegek. hőtranszport-jellemzőinek számítása. Gergely Dániel Zoltán

Termodinamika (Hőtan)

1. feladat Összesen 5 pont. 2. feladat Összesen 19 pont

1. feladat Összesen 17 pont

2. (d) Hővezetési problémák II. főtétel - termoelektromosság

VI. Az emberi test hőegyensúlya

Hőtan (BMEGEENATMH) Gyakorlat A gyakorlat célja A gyakorlat eredményes végrehajtásához szükséges előzetes ismeretek Hőközlés

Ellenörző számítások. Kazánok és Tüzelőberendezések

SZAKDOLGOZAT VIRÁG DÁVID

Dinamikus modellek felállítása mérnöki alapelvek segítségével

X. FIATAL MŰSZAKIAK TUDOMÁNYOS ÜLÉSSZAKA

Egy részecske mozgási energiája: v 2 3 = k T, ahol T a gáz hőmérséklete Kelvinben 2 2 (k = 1, J/K Boltzmann-állandó) Tehát a gáz hőmérséklete

MŰSZAKI HŐTAN I. 1. ZÁRTHELYI. Termodinamika. Név: Azonosító: Helyszám: Munkaidő: 80 perc I. 50 II. 50 ÖSSZ.: 100. Javította: Képzési kódja:

Művelettan 3 fejezete

MŰSZAKI TERMODINAMIKA 1. ÖSSZEGZŐ TANULMÁNYI TELJESÍTMÉNYÉRTÉKELÉS

Belső energia, hőmennyiség, munka Hőtan főtételei

HALLGATÓI SEGÉDLET. Térfogatáram-mérés. Tőzsér Eszter, MSc hallgató Dr. Hégely László, adjunktus

Az extrakció. Az extrakció oldószerszükségletének meghatározása

1. feladat Összesen 8 pont. 2. feladat Összesen 18 pont

HŐÁTADÁSI TÉNYEZŐ VIZSGÁLATA EGYIDEJŰ HŐ- ÉS ANYAGÁTADÁSI FOLYAMATOKNÁL* SZENTGYÖRGYI S., ÖRVÖS M., SZENDREY R.

23/2001. (XI. 13.) KöM rendelet

Termodinamika. Belső energia

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

Fotovillamos és fotovillamos-termikus modulok energetikai modellezése

MŰSZAKI HŐTAN II. (HŐKÖZLÉS) ÍRÁSBELI RÉSZVIZSGA

Al-Mg-Si háromalkotós egyensúlyi fázisdiagram közelítő számítása

1. feladat Alkalmazzuk a mólhő meghatározását egy gázra. Izoterm és adiabatikus átalakulásokra a következőt kapjuk:

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék HALLGATÓI SEGÉDLET

BEPÁRLÁS. A bepárlás előkészítő művelet is lehet, pl. porlasztva szárításhoz, kristályosításhoz.

DIFFÚZIÓS ELJÁRÁSOK ÉS BERENDEZÉSEK

Fizika feladatok. 1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből november 28. Hővezetés, hőterjedés sugárzással. Ideális gázok állapotegyenlete

A mérnöki módszerek alkalmazásának lehetőségei a hő- és füstelvezetésben

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

23/2001. (XI. 13.) KöM rendelet

Hőtan I. főtétele tesztek

A diplomaterv keretében megvalósítandó feladatok összefoglalása

Épületszerkezeti elemekbe integrálható héjszerkezetű kollektorok

A BÍRÁLÓ TÖLTI KI! Feladat: A B C/1 C/2 C/3 ÖSSZES: elégséges (2) 50,1..60 pont

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

ÉPÜLETEK KOMFORTJA Hőkomfort 1 Dr. Magyar Zoltán

Légköri termodinamika

HŐKÖZLÉS ZÁRTHELYI BMEGEENAMHT. Név: Azonosító: Helyszám: K -- Munkaidő: 90 perc I. 30 II. 40 III. 35 IV. 15 ÖSSZ.: Javította:

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

Környezetvédelmi

ALLEGRO gázhűtésű gyorsreaktor CATHARE termohidraulikai rendszerkódú számításai

Szennyvíziszap dezintegrálási és anaerob lebontási kísérlete. II Ökoenergetika és X. Biomassza Konferencia Lipták Miklós PhD hallgató

b) Ábrázolja ugyanabban a koordinátarendszerben a g függvényt! (2 pont) c) Oldja meg az ( x ) 2

ÉLELMISZER-IPARI ALAPISMERETEK ÉRETTSÉGI VIZSGA II. A VIZSGA LEÍRÁSA

3. (b) Kereszthatások. Utolsó módosítás: április 1. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

Mérnöki alapok 8. előadás

BME Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék 2. MÉRÉS

Tüzeléstan előadás Dr. Palotás Árpád Bence

A vizsgálatok eredményei

Hidraulika. 1.előadás A hidraulika alapjai. Szilágyi Attila, NYE, 2018.

1. feladat Összesen 10 pont. 2. feladat Összesen 10 pont

NYOMÁS ÉS NYOMÁSKÜLÖNBSÉG MÉRÉS. Mérési feladatok

Fizika. Tanmenet. 7. osztály. 1. félév: 1 óra 2. félév: 2 óra. A OFI javaslata alapján összeállította az NT számú tankönyvhöz:: Látta: ...

A gyakorlat célja az időben állandósult hővezetési folyamatok analitikus számítási módszereinek megismerése;

100% = 100 pont A VIZSGAFELADAT MEGOLDÁSÁRA JAVASOLT %-OS EREDMÉNY: EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA 20%.

KÖZEG. dv dt. q v. dm q m. = dt GÁZOK, GŐZÖK ÉS FOLYADÉKOK ÁRAMLÓ MENNYISÉGÉNEK MÉRÉSE MÉRNI LEHET:

ÉLELMISZERIPAR ISMERETEK

HÍDTARTÓK ELLENÁLLÁSTÉNYEZŐJE

MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV. A mérési jegyzőkönyvet javító oktató tölti ki! Kondenzációs melegvízkazám Tanév/félév Tantárgy Képzés

Szárítás során kialakuló hővezetés számítása Excel VBA makróval

PhD DISSZERTÁCIÓ TÉZISEI

MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV M4. számú mérés Testek ellenállástényezőjének mérése NPL típusú szélcsatornában

Közbenső hőcserélővel ellátott hőszivattyú teljesítménytényezőjének kivizsgálása

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉPSZINT Függvények

HŐÁTADÁSI FOLYAMATOK SZÁMÍTÁSA

A szárazmegmunkálás folyamatjellemzőinek és a megmunkált felület minőségének vizsgálata keményesztergálásnál

Mérésadatgyűjtés, jelfeldolgozás.

Molekuláris dinamika I. 10. előadás

Segédlet az ADCA szabályzó szelepekhez

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

1. előadás. Gáztörvények. Fizika Biofizika I. 2015/2016. Kapcsolódó irodalom:

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

ÉPÜLETEK KOMFORTJA Hőkomfort 2 Dr. Magyar Zoltán

TÉRFOGATÁRAM MÉRÉSE. Mérési feladatok

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Q

MŰSZAKI HŐTAN I. 1. ZÁRTHELYI

Művelettan 3 fejezete

MŰANYAG HULLADÉK HASZNOSÍTÓ BERENDEZÉS

Fűtési rendszerek hidraulikai méretezése. Baumann Mihály adjunktus Lenkovics László tanársegéd PTE MIK Gépészmérnök Tanszék

Polimerek fizikai, mechanikai, termikus tulajdonságai

Használati meleg víz termelés

Hő- és füstelvezetés, elmélet-gyakorlat

MŰSZAKI HŐTAN II. EXTRA PÓTZÁRTHELYI. Hőközlés. Név: Azonosító: Terem Helyszám: Q-II- Munkaidő: 120 perc

HŐHIDAK. Az ÉPÜLETENERGETIKÁBAN. Energetikus/Várfalvi/

Átírás:

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék Pattantyús-Ábrahám Géza Gépészeti Tudományok Doktori Iskola Egyidejű hő- és anyagátadás dobszárítókban Ph.D. tézisfüzet POÓS TIBOR Témavezető: DR. ÖRVÖS MÁRIA Budapest 2013

Egyidejű hő- és anyag{tad{s dobsz{rítókban JELÖLÉSEK JEGYZÉKE Latin betűk Jelölés Megnevezés Mértékegység a fajlagos érintkezési felület m 2 /m 3 A felület, üres keresztmetszet m 2 c izobár fajhő J/(kg C) d átmérő m G száraz gáz tömegáram-sűrűség kg/(m 2. s) k hőátbocsátási tényező ( ) l töltési fok m 2 /m 3 m tömeg kg tömegáram kg/s Nu Nusselt-szám 1 Pr Prandtl-szám 1 r fázisváltozási hő J/kg Re Reynolds-szám 1 t idő s T hőmérséklet C v sebesség m/s V térfogat m 3 X szárazanyagra vonatkoztatott nedvességtartalom kgh2o/kgdp Y szárítógáz abszolút nedvességtartalom kgh2o/kgdg z dobhossz axiál koordináta m hőátadási tényező ( ) gáz-anyag közötti térfogati hőátadási tényező ( ) λ hővezetési tényező ( ) kinematikai viszkozitás m 2 /s gáz-anyag közötti térfogati párolgási tényező kg/(m 3 s) Indexek, kitevők módosított a környezeti ax axiális, tengely irányú cir kerületi dg száraz gáz dp szárazanyag D dobszárító F felületi G nedves szárítógáz G-a szárítógáz és a környezet közötti G-P szárítógáz és száradó anyag közötti G-W szárítógáz és a dobfal közötti P nedvesanyag v vízgőz W dobfal W-P dobfal és a száradó anyag közötti 1

Tézisfüzet BEVEZETÉS, CÉLKITŰZÉSEK A nedvesség elvonási folyamatok célja az anyagban lévő oldószer vagy víz koncentrációjának csökkentése. A nedvességtartalom csökkentése megvalósítható mechanikai eljárással (szűrés, préselés, centrifugálás stb.). Ez akkor alkalmazható, ha az anyagot a folyamat közben ki lehet tenni mechanikai igénybevételnek, illetve az anyag geometriájának megváltozása nem okoz a későbbi felhasználásnál problémát. Minden olyan esetben, ahol a mechanikai eljárással nem tudunk további nedvességtartalom-csökkenést elérni, illetve annak alkalmazása nem lehetséges, ott a termikus eljárás a célravezető. A szárítás fajlagosan az egyik legtöbb energiát igénylő ipari művelet, ezért a kutatók és a fejlesztők legfontosabb feladata a szárítók termikus hatásosságának növelése. A fejlesztésekre a pontos hőtani modellek adnak lehetőséget. Az utóbbi évek modellezési és szimulációs technikáinak fejlődése miatt egyre fontosabb a modellek, valamint a modell paraméterek pontosítása. A szárítási folyamat modellezése segíti a különböző műveleti és geometriai tényezők hatásának elemzését, ezáltal lehetővé válik a szárítók hatékony üzemeltetése és gazdaságos tervezése. A téma aktualitása Az ipari szárítók leggyakrabban levegővel vagy füstgázzal, konvekciós úton adják át a hőt a száradó anyagnak, és ezzel egyidejűleg az anyagban lévő nedvesség páragőz formájában kerül a szárítógázba. Egyes anyagok szárítása csak konvekciós hőközléssel nem biztosítható. Ilyen anyag például a szennyvíztisztítás melléktermékeként keletkező fölösiszap, mely ártalmatlanításának egyik módszere az iszap szárítása, majd elégetése. Az ilyen pasztaszerű anyagok szárítása csomós, kenőcsszerű, ragadós tulajdonságaik miatt konduktív-konvektív hőközlésű, keverős dobszárító készülékben lehetséges. Ezekben a dobszárítókban a hőközlés konvekciós úton a szárítógázzal, valamint köpenyoldalról konduktív módon pl. fűtőgőzzel valósítható meg. A szárítók műveleti méretezéséhez a hőközlő közeg és az anyag közötti hőátadási tényezők ismerete szükséges, melyek meghatározása általában méréssel történik. A mérések során ismeretlenek a hőközlő közegek és a száradó anyag közötti érintkezési felületek. Szemcsés anyagok érintkezési felületének meghatározása a szabálytalan szemcsegeometria, a nagy szemcseméret-szórás, a bizonytalan szemcsedarabszám, illetve a száradó anyag hőközvetítő közeggel történő bizonytalan érintkezése miatt nehezen kivitelezhető. A szárítással foglalkozó szakirodalom az átadási 2

Egyidejű hő- és anyag{tad{s dobsz{rítókban tényezőt az érintkezési felülettel összevonva térfogati átadási tényezőnek nevezi. A térfogati hőátadási- és párolgási tényezők keverős dobszárítóban történő meghatározására mérési módszert dolgoztam ki. Az átadási tényezők a szárítás folyamatát leíró differenciálegyenlet-rendszer megoldásának bemenő adatait képezik. A szárítás komplex, egyidejű hő-és anyagátadással járó művelet. A szerteágazó szárítási igényektől és a szárítási feltételektől függően, több mint kétszázféle szárító kialakítás fordul elő. Értekezésem a konduktív-konvektív hőközlésű, keverős dobszárító műveleti méretezésével, illetve az ahhoz szükséges térfogati átadási tényezők meghatározásával foglalkozik. Célkitűzések A tudományos munkám célja konduktív-konvektív hőközlésű dobszárítók műveleti méretezéséhez és vizsgálatához szükséges matematikai modell és számítási algoritmus kidolgozása. E cél megvalósítása érdekében: Irodalmi források alapján - bemutatom és feldolgozom a legelterjedtebben alkalmazott dobszárító kialakításokat, valamint ismertetem a szerzők által alkalmazott konvekciós hőközlésű szárítókra vonatkozó matematikai modelleket és a forgó dobszárítókra megállapított térfogati hőátadási tényező meghatározási összefüggéseket. Bemutatom a mérőrendszert, amelyen mérési módszert fejlesztek ki kevert dobszárító térfogati hőátadási tényezőinek meghatározására. A mérési eredmények felhasználásával a konduktív-konvektív, keverős szárítók térfogati hőátadási- és párolgási tényezőinek meghatározására dimenziótlan számokkal képezett összefüggéseket hozok létre. Ismertetem a konduktív-konvektív hőközlést alkalmazó, egyen- vagy ellenáramú közegvezetésű, folyamatos üzemű, kevert halmazú szárítókra kidolgozott matematikai modellt. A matematikai modellen alapuló számítási algoritmus segítségével megvizsgálom a főbb műveleti- és készülékparamétereknek a szárításhoz szükséges dob hosszára és az anyag kilépő nedvességtartalmára gyakorolt hatását. Mérési eredményekkel igazolom a munkatársaimmal kifejlesztett biomassza szárítóra értelmezett matematikai modell alkalmazhatóságát. 3

Tézisfüzet SZAKIRODALMI ÁTTEKINTÉS A szárítókban lejátszódó egyidejű hő- és anyagtranszport folyamatokkal számos közlemény foglalkozik, melyek közül több részletesen elemzi a dobszárítókban végbemenő folyamatokat. A dobszárítók hőtani leírása visszanyúlik a XX. század első felére, bár ezt a típusú szárítót már jóval korábban is alkalmazták. Dobszárítókban három fő folyamat valósul meg: a száradó anyag keveredése, melegedése, valamint a nedvesség diffúzióval történő eltávozása. A dobszárítókban ez a három folyamat egymástól nem válik el, ezért a szárítás műveletétől nem lehet elkülöníteni a másik két művelet egyidejű jelenlétét sem. A folyamat összetettsége miatt a kutatók a keverés és a hőközlés alapműveletét számos esetben a szárítástól elkülönítve is vizsgálták. Az értekezésben rendszereztem azokat a modellegyenleteket, melyeket az elmúlt évtizedekben alkottak meg a dobszárítók műveleti jellemzésére. Megállapítottam, hogy ezek a lineáris differenciálegyenlet-rendszerek csak konvektív hőközlésű egyen-, illetve ellenáramú dobszárítókra alkalmazhatóak, melyekkel a szárítógáz és a száradó anyag jellemzői határozhatóak meg a szárító hossza, vagy a száradási idő függvényében. Az egyenletek megoldásához szükséges szárítógáz-száradó anyag közötti térfogati hőátadási tényező meghatározására számos lehetőség található az irodalomban. Megállapítható, hogy ezek az átadási tényezők csak meglehetősen korlátozott körülmények között érvényesek. Sok szerző a térfogati hőátadási tényezőt csak gáz tömegáram függvényeként jellemezte, figyelmen kívül hagyva az egyéb, hőátadást befolyásoló tagokat (pl. anyag fizikai tulajdonságai, tömegárama, stb.). A szakirodalomban a mai napig leggyakrabban alkalmazott öszszefüggés Myklestad által 1963-ban publikált, forgó dobszárító mérési eredményei alapján létrehozott egyenlete: (1) A disszertációban részletesen ismertetem a szakirodalomban fellelhető, több kutató által is létrehozott térfogati hőátadási tényező meghatározására szolgáló összefüggéseket és azok alkalmazhatósági korlátait. 4

Egyidejű hő- és anyag{tad{s dobsz{rítókban ANYAG ÉS MÓDSZER A hőátadás és a nedvesség-diffúzió szempontjából alapvetően fontos a szárítógáz és a száradó szilárd részecskék közötti érintkező felület ismerete. Az érintkezési felülettel képezett térfogati hőátadási tényezők meghatározására mérési eljárást és mérőrendszert dolgoztam ki. A keverős dobszárítón végzett mérési eredményeim a dobszárítók matematikai modelljében szereplő gáz-anyag, a fal-anyag és a gáz-fal közötti térfogati hőátadási és párolgási tényezők meghatározásához szükségesek. A mérőállomás méréstechnikailag korszerűen felszerelt, az adatokat szenzorok mérik és adatgyűjtő rögzíti. A 1. ábrán látható a berendezés műszerezési folyamatábrája. 1. ábra. Keverős dobszárító mérőállomás műszerezési rajza 1- Dobszárító; 2-Hajtóműves motor; 3-Elektromos léghevítő; 4-Légfúvó; 5-Mérleg; 6-Térfogatáram résszabályozó; 7-Porleválasztó A berendezéssel szárítási vizsgálatokat hajtottam végre kölesen, kukoricán, kukoricadarán, szennyvíziszapon, napraforgómagon, fakockán és faaprítékon. Az adatgyűjtő regisztrálta a szárítógáz be- és kilépő hőmérsékletét, nedvességtartalmát és térfogatáramát, a fal hőmérsékletét, a száradó anyag felületi hőmérsékletét, tömegváltozását, valamint az anyag kiindulási és végső nedvességtartalmát. 5

Tézisfüzet EREDMÉNYEK A gáz-anyag közötti térfogati párolgási tényező, valamint a szárítógáz-anyag, falanyag és szárítógáz-fal között értelmezett térfogati hőátadási tényezők meghatározó jelentőségűek kevert dob jellegű szárítók méretezésénél. A szakirodalmi áttekintésben ismertetett modellek alkalmazásához szükséges átadási tényezőkre összefüggéseket hoztam létre. Térfogati hőátadási tényezők értelmezése Az (1) egyenletekben található térfogati hőátadási tényező alatt azt a hőáramot értjük, amely egységnyi dobtérfogaton adódik át, egységnyi hőmérsékletkülönbség hatására: (2) ahol az indexben lévő x-y a hőátadásban résztvevő két oldalt jelenti (x-y= G-P, ha szárítógáz-száradó anyag között, x-y=w-p, ha fűtött fal-száradó anyag között, x-y=g-w, ha szárítógáz-fűtött fal között). A térfogati hőátadási tényezők az adott szárító típusnál a gázanyag érintkeztetési formától függő, általában kísérletileg meghatározható értékek. Térfogati hőátadási tényezők meghatározása Szárítógáz - száradó anyag közötti térfogati hőátadási tényező: (3) Fűtött fal - száradó anyag közötti térfogati hőátadási tényező: (4) Fűtött fal - szárítógáz közötti térfogati hőátadási tényező: (5) Dimenziótlan számok értelmezése A térfogati átadási tényezőket különböző anyagokon végzett szárítási kísérletek alapján határoztam meg. Az eredményeket - az általánosabb felhasználhatóság érdekében dimenzió nélküli számok alkalmazásával dolgoztam fel. A kevert halmazokra módosított, dimenziótlan Nusselt-számokat és Reynolds számokat értelmeztem az alábbiak szerint. 6

Egyidejű hő- és anyag{tad{s dobsz{rítókban A módosított Nusselt-szám a szárítógáz és a száradó anyag között: (6) A módosított Nusselt-szám a fűtött fal és a száradó anyag között: (7) A módosított Reynolds-szám: (8) Dimenziótlan számok között értelmezett kapcsolat A (6)-(8) összefüggésekkel értelmezett mérési eredmények konduktív-konvektív, és csak konvektív, keverős dobszárítóban történő hőközlés esetén a 2-3. ábrán láthatók. 2. ábra. Keverős dobszárítónál a szárítógáz és a száradó anyag közötti módosított dimenziótlan számokkal értelmezett kapcsolat konduktív-konvektív (x), illetve csak konvektív (o) szárítás esetén A 2. ábra mérési eredményei alapján létrehozott egyenlet, amely kapcsolatot teremt a csak konvektív, valamint a konduktív-konvektív hőközlés között: ( ) (9) 7

Tézisfüzet 3. ábra. Keverős dobszárítónál a fűtött fal és a száradó anyag közötti dimenziótlan számokkal értelmezett kapcsolat, konduktív-konvektív szárítás esetén A 3. ábrán látható mérési eredmények alapján létrehozott egyenlet, amely a fűtött fal és a száradó anyag közötti térfogati hőátadási tényező meghatározására alkalmas: (10) Szakirodalmi források alapján feldolgoztam a konvektív hőközlésű forgó dobszárítókra vonatkozó szárítógáz és száradó anyag között mért térfogati hőátadási tényezőket, melyeket a dimenziótlan számok kapcsolatrendszerében ábrázoltam. A dimenziótlan számok kapcsolata a 4. ábrán látható, ahol a -szal jelölt pontok a szakirodalomból vett konvekciós, forgó, míg a o -val jelölt pontok a saját, konvekciós, keverős dobszárítókra vonatkozó értékek. A 4. ábra irodalmi források mérési eredményei alapján, konvekciós hőközlésű forgó dobszárítók szárítógáz-száradó anyag közötti térfogati hőátadási tényezőjének meghatározására vonatkozó egyenlet: (11) A 4. ábra alapján megállapítható, hogy a konvekciós, forgó dobszárítókra vonatkozó térfogati hőátadási tényezők -ig nagyobbak a keverős dobszárítókénál. 8

Egyidejű hő- és anyag{tad{s dobsz{rítókban 4. ábra. Konvekciós keverős és konvekciós forgó dobszárító dimenziótlan számainak összehasonlítása Matematikai modell A konvekciós hőközlésű szárítás hő- és anyagátadási folyamatait leíró differenciálegyenlet-rendszert számos szerző alkalmazta szemcsés termékek szárítási folyamatainak vizsgálatára. Megállapítottam, hogy a konduktív-konvektív hőközlésű dobszárítók modellezésével az irodalmi források hiányosan foglalkoztak. Konduktív-konvektív hőközlést megvalósító szárítók hő- és anyagátadási folyamatainak modellezésére olyan módszert dolgoztunk ki [1-3, 6], amely figyelembe veszi a szárítógázzal, valamint a falon keresztül érkező hőáramot is a hőveszteség jelenléte mellett. A szárító elemi részére felírható hő- és anyagmérleg-egyenletek segítségével levezethető a szárítógáz és a száradó anyag hőmérsékletének és nedvességtartalmának alakulása a szárító hossza mentén. Az egyenletrendszer konduktív-konvektív hőközlésű, egyen- vagy ellenáramú közegvezetésű szárítók műveleti méretezésére alkalmas. A fal irányából a dob belseje felé mutató gáz-fal és a fal-anyag közötti hőáramsűrűség hatásának elhanyagolásával a levezetett differenciálegyenletek konvekciós, egyen- vagy ellenáramú szárítás modellezésére is alkalmasak. Az alábbiakban ismertetett (12)-(15) egyenletek konduktív-konvektív, egyenáramú, folyamatos üzemű kevert halmaz szárítására vonatkoznak, a hőveszteség figyelembe vételével. 9

Tézisfüzet Az anyag nedvességtartalmának változása a szárító hossza mentén: (12) Az anyag hőmérsékletének változása a szárító hossza mentén: [ ( ) ( )] (13) A szárítógáz hőmérsékletének változása a szárító hossza mentén: [ ( ) ( ) ( ) ] ( ) (14) A szárítógáz nedvességtartalmának változása a szárító hossza mentén: ( ) (15) A (12)-(15) egyenletek felhasználásával számítási algoritmust készítettem, mellyel mind a négy közegvezetés és hőközlési mód esetén számítható a termék nedvességtartalmának (X), hőmérsékletének (TP), valamint a szárítógáz hőmérsékletének (TG) és nedvességtartalmának (Y) változása a szárítási úthossz (z) mentén. 10

Egyidejű hő- és anyag{tad{s dobsz{rítókban Modell alkalmazása Munkatársaimmal új kialakítású, spirális anyagvezetésű biomassza szárítót fejlesztettünk ki, melynél a (12) (15) egyenletekkel ismertetett modellt használtam fel a szárítási jellemzők meghatározására. A modell felhasználásával számított, és a búzaszalma szárításával mért értékek az 5-6. ábrán láthatók, melyek jó közelítése a modell alkalmazhatóságát bizonyítják. 5. ábra. A mért és számított szárítógáz és anyaghőmérsékletek változása a szárítási út mentén 6. ábra. A mért és számított anyag és szárítógáz nedvességtartalmak változása a szárítási út mentén 11

Tézisfüzet ÚJ TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEK 1. Tézis Mérési eljárást dolgoztam ki konduktív-konvektív fűtésű, keverős dobszárítók szárítógáz-száradó anyag, fűtött fal-száradó anyag és szárítógáz-fűtött fal közötti térfogati hőátadási tényezőinek meghatározására. Megterveztem és elkészítettem az eljárás végrehajtására alkalmas mérőberendezést. A berendezésen végrehajtott mérésekkel igazoltam, hogy az új eljárás az eddig alkalmazott eljárásokhoz képest lehetővé teszi a fűtött falszáradó anyag és szárítógáz-fűtött fal közötti térfogati hőátadási tényezők meghatározását is. Kapcsolódó publikációk: [6, 7, 8, 9] 2. Tézis Új számítási összefüggéseket vezettem be konduktív-konvektív, kevert ágyas szárításra jellemző térfogati hőátadási tényezők (szárítógáz-száradó anyag közötti ( ), fűtött fal-száradó anyag közötti ( ) és szárítógáz-fűtött fal közötti ( )), valamint a gázzal érintkező anyag szabad felületén jelentkező párolgási tényezőből képezett térfogati párolgási tényező ( ) meghatározására. Létrehoztam a térfogati hőátadási tényezőkkel és a térfogati párolgási tényezővel képezett módosított Nusselt-számok (szárítógázszáradó anyag között ( ), fűtött fal-száradó anyag között ( ) és szárítógáz-fűtött fal között ( )) és módosított Sherwood-szám ( ) meghatározási összefüggéseit. Kapcsolódó publikációk: [2, 3, 6, 9] 3. Tézis Konduktív-konvektív és konvektív hőközlésű, keverős dobszárítóra a ( ) összefüggést vezettem be, ami alkalmas a szárítógáz-száradó anyag közötti térfogati hőátadási tényező meghatározására, egyenes keverőelemekkel felszerelt keverős dobszárító esetén. Az egyenlet felhasználásának feltételei: (konduktív-konvektív hőátadásnál) és (konvektív hőátadásnál) és 12

Egyidejű hő- és anyag{tad{s dobsz{rítókban érvényességi tartományai: és és és. Kapcsolódó publikációk: [3, 6] 4. Tézis Konduktív-konvektív hőközlésű, keverős dobszárítóra a összefüggést vezettem be, ami alkalmas a fűtött fal-száradó anyag közötti térfogati hőátadási tényező meghatározására, egyenes keverőelemekkel felszerelt keverős dobszárító esetén. Az egyenlet felhasználásának feltétele: (konduktív-konvektív hőátadásnál) és érvényességi tartományai: és és. Kapcsolódó publikációk: [3, 6] 5. Tézis Konvektív hőközlésű, forgó dobszárítóra a összefüggést vezettem be, ami alkalmas a szárítógáz-száradó anyag közötti térfogati hőátadási tényező meghatározására. Megállapítottam, hogy tartományban a forgó dobszárítóra vonatkozó szárítógáz-száradó anyag közötti módosított Nusselt-szám értékek nagyobbak, mint konvektív, keverős dobszárító esetén. Az egyenlet érvényességi tartományai: és. Kapcsolódó publikációk: [6] 13

Tézisfüzet 6. Tézis Kidolgoztam a konduktív-konvektív, egyen- és ellenáramú közegvezetésű, kevert halmaz szárításának matematikai modelljét a hőveszteség figyelembe vételével. A modellel meghatározható a száradó anyag nedvességtartalmának és hőmérsékletének, valamint a szárítógáz hőmérsékletének, nedvességtartalmának alakulása a szárító hossza mentén. Gáz-fal ( ) és fal-anyag ( ) közötti hőáram-sűrűségek elhagyásával a modell alkalmazható csak konvektív hőközlésű, kevert halmaz vizsgálatára. Új számítási algoritmus alkalmazásával megállapítottam, hogy konduktív-konvektív, egyenáramú keverős szárítódob hosszára a fal hőmérséklete és a szárítógáz tömegárama gyakorolja a legnagyobb hatást. Konvektív hőközlésre vonatkozó modell és számítási algoritmus új fejlesztésű, spirális anyag- és gázvezetésű biomassza szárítóra történő alkalmazását üzemi körülmények között végzett mérések eredményeivel igazoltam. Kapcsolódó publikációk: [1, 4, 5, 6] SAJÁT KÖZLEMÉNYEK [1] ÖRVÖS, M.; POÓS, T.: Dobszárítók hőtechnikai méretezése. XVIII. Nemzetközi Gépészeti Találkozó, Baia Mare, Románia, 2010, 356-359. Szóbeli előadás. [2] ÖRVÖS, M.; POÓS, T.: Simultaneous heat and mass transfer in agitated dryer. Seventh International Conference on Mechanical Engineering, Budapest, Hungary, 2010.05.25-26., 551-558. Poszter előadás. [3] ÖRVÖS, M.; POÓS, T.: Egyidejű hő- és anyagátadás keverős dobszárítóban. Magyar Szárítási Szimpózium, Gödöllő, Magyarország, 2011, 36-40. Szóbeli előadás. [4] KACZUR, J.; POÓS, T.; LEGEZA, L.; ÖRVÖS, M.: TOGIAS biomassza szárító. GÉP 62 (2), 2011, 3-4. [5] POÓS, T.; LEGEZA, L.; KACZUR, J.: TOGIAS biomassza szárító hőtani méretezése. XX. Nemzetközi Gépészeti Találkozó, Kolozsvár, Románia, 2012.04.19-22., 367-370. Szóbeli előadás. [6] POÓS, T.; ÖRVÖS, M.: Heat- and mass transfer in agitated, co-, or countercurrent, conductiveconvective heated drum dryer. Drying Technology 30 (13), 2012, 1457-1468. IF: 1,814 [7] POÓS T.; TÖMÖSY, L.; HORVÁTH, M.: Szennyvíziszap szárítása keverős készülékben. XXI. Nemzetközi Gépészeti Találkozó, Arad, Románia, 2013, 318-321. Szóbeli előadás. [8] POÓS, T.; ÖRVÖS, M.; LEGEZA, L.: Development and thermal modeling of a new construction biomass dryer. Drying Technology, 2013, közlésre elfogadott. IF: 1,814 [9] POÓS, T.; ÖRVÖS, M.; HORVÁTH, M.: Thermal dewatering of waste sludge in agitated drum dryer. Acta Polytechnica Hungarica, 2013, közlésre elfogadott. IF: 0,588 14

Egyidejű hő- és anyag{tad{s dobsz{rítókban A doktori disszertáció bírálata és a védésről készült jegyzőkönyv a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Karának Dékáni Hivatalában megtekinthetőek. 15