دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

سمینار برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – طراحی فرآیندهای نفتی

عنوان:

مدلسازی و تحلیل ترمودینامیکی فرآیند خشک کردن (اگزرژی به عنوان معیاری از بازدهی خشک کن ها)

چکیده:

فرآیند خشک کردن کاربردهای مختلفی در صنعت دارد. این فرآیند که یک عملیات انرژی گرمایی است در خشک کردن غذا، چوب، دانه های خوراکی و مواد مختلف شیمیایی و سلولزی کاربرد فراوان دارد. استفاده از مقادیر زیاد انرژی در صنعت خشک کردن این فرآیند را به یکی از مصرف کننده ترین عملیات ها از لحاظ انرژی و دارای اهمیت بالای صنعتی تبدیل کرده است. در دهه های گذشته، تحلیل ترمودینامیکی خصوصا تحلیل اگزرژی به یکی از ابزارهای لازم جهت طراحی، تحلیل و بهینه سازی سیستم های گرمایی تبدیل شده است. در مقاله حاضر مدلسازی ترمودینامیکی فرآیند خشک کردن و به ویژه خشک کردن بستر سیال و دستگاه معادلات همزمان انتقال جرم و گرما ارائه شده است و سعی شده تا بازدهی اگزرژی به صورت تابعی از پارامترهای انتقال گرما و جرم به دست آمده و تغییرات آن برحسب دمای هوای ورودی، اگزرژی ویژه هوا، اختلاف اگزرژی مواد ورودی و محصولات خروجی، وزن محصول، محتوای رطوبت هوای ورودی و خروجی بررسی شود. این مدل می تواند در 1) بهینه سازی عملیات خشک کردن و 2) مشخص کردن کاربردهای مناسب هر سیستم و شکل و آرایش بهینه دستگاه مفید باشد.

مقدمه:

فرآیند خشک کردن در کاربردهای مختلف گرمایی به صورت گسترده ای به کار می رود از، خشک کردن مواد غذایی تا خشک کردن چوب و مواد سلولزی. به کارگیری مقادیر زیادی انرژی در صنعت خشک کردن این صنعت را به یکی از مصرف کننده ترین و گرانترین صنایع از لحاظ انرژی و در عین حال دارای اهمیت بالا تبدیل کرده است. هدف یک دستگاه خشک کن رساندن گرما به محصول بیش از آنچه که می توان تحت شرایط محیطی رساند می باشد، تا بدین ترتیب بتوان به میزان کافی فشار بخار رطوبت موجود در محصول را افزایش دارد تا انتقال رطوبت از درون محصول شدت یافته و همچنین رطوبت نسبی هوای خشک کن را به شکل قابل توجهی کاهش داد تا قابلیت حمل رطوبت آن بیشتر شود تا در نهایت به تعادلی با محتوای رطوبت اندک محصول دست یابیم.

فصل اول: کلیات

1-1) هدف

در چند دهه گذشته، تحلیل ترمودینامیکی و خصوصا تحلیل اگزرژی، به ابزاری ضروری جهت طراحی، تحلیل و بهینه سازی سیستم های حرارتی تبدیل شده است. از دیدگاه ترمودینامیکی، اگزرژی به صورت حداکثر مقدار کاری تعریف می شود که توسط جریانی از ماده گرما یا کار که در حال رسیدن به تعادل با یک محیط مرجع است، تولید می شود. اگزرژی شامل قانون بقا نمی شود، یعنی اینکه می تواند در برگشت ناپذیری های موجود در هر فرآیند مصرف شده یا از بین برود.

اگزرژی مقیاسی از پتانسیل یک جریان در ایجاد تغییر به علت پایدار نبودن در مقایسه با محیط مرجع است. به همین دلیل، حالت محیط مرجع یا حالت مرجع بایستی کاملا مشخص باشد. این کار غالبا با تعیین دما، فشار و ترکیب شیمیایی محیط مرجع انجام می شود.

روش استفاده از اگزرژی می تواند در دستیابی به هدف استفاده بهینه تر از منابع اگزرژی نیز مفید باشد چرا که موقعیت ها، انواع و مقادیر دقیق اتلاف و هدررفت ها را مشخص می کند. بنابراین تحلیل اگزرژی مشخص می سازد که تا چه حد امکان دارد که با کاهش منابع عدم بازدهی؛ سیستم هایی با بازدهی بیشتر حرارتی طراحی کرد.

2-1) پیشینه تحقیق:

افزایش بازدهی غالبا منجر به حفظ انرژی با روش های قابل قبول زیست محیطی توسط کاهش مستقیم برگشت ناپذیری هایی که می تواند وجود داشته باشند، می شود. این امر باعث شده است که اگزرژی تبدیل به قوی ترین ابزار جهت ایجاد شرایط بهینه خشک کردن شود. تحلیل اگزرژی خصوصا در کاربردهای خشک کن های صنعتی (مقیاس بزرگ) در دمای بسیار بالا مهم می باشد.

در دهه گذشته، تحقیقات بسیاری جهت بررسی مشخصه های ترمودینامیکی فرآیندها سیستم های حرارتی از سردسازی تا خشک کردن انجام شده است. مروری بر این مراجع نشان می دهد که روش تحلیل اگزرژی بر محدودیت های قانون اول ترمودینامیک فایق آمده است زیرا براساس ترکیبی از قوانین اول و دوم ترمودینامیک انجام می شود. بازدهی کمتر اگزرژی منجر به اثرات نامطلوب زیست محیطی می شود.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.