Transkript

1 F SKE RIDIRE KTORATETS KJE MI SK-TE KNIS I(E FORS KN IN GS INSTITUTT Rapport fra forsøk med direkte kontakt kjøetårn for nedkjøing av uft med sjøvann Ved Einar Bagge-Lund, J. 45/5 -L nr. o".1'1.. h. 34. BERGEN

2 Rapport fra forsøk med direkte ko~1takt kjøetårn for nedkjøing av uft med sjøvann ~~ ~ Ved Einar Bagge-Lund~ I :forbindese med tørrfisktørkeanegg vi det ved høyere uf'ttemperaturer og reativ fuktighet 'tære nødvendig å kjøe friskr-~ u:e'ten og derved utkondensere ende av ::f'tfu-ctd.gheten for at ikke temperaturen som uften må oppvarmes ti sk?v bi for hø:' og skade fisken. For tørkeanegg i Finnmark skue en kunne regne med en mak"' sima sommertemperatur på sjøvannet på ca. 9 0~ Ved avkjøing av uften ti et par grader over s jøvannstem-, peraturen f~eksø ti maksimat 0 skue det da være muig å bs nytte utemt på oppti 20 0 og 100 ~s reativ fuktighet ti tørking ved oppvarming etter kjøingen ti oao 25 0, og avere for mindre ekstreme forhod. Tien enkeste konstruksjon av et passende kjøetårn vi da være en type hvor vann og uft kan Jringes i direkte kontakt o nette oppnås ved å a vann og uft passere i motstrøm over en størst muig kontaktfate~ Av sike tårn finnes ende kjente typer fie ks" a) tårn med trerister overriset med vanndusj" b) tårn pakket med en fying av diverse kor:.taktiiedier, hvor de mest effektive er Raschig - ringer, sader, o o~ o) tårn hvor uften passerer forst~rningsspredere~ Ae disse typer har forskjeige uemper. a) er'ite effektiv på grunn av den begrensete kontaktfate en kan få~ b) pakkingen er forhodsvis kostbar og måtstanden bir så stor a.i:; en må ha høytrykævifte eer båsere. c) bir for kostbart på grunn av det store anta spredere nøc::.-v~y'i- dig<) I den senere tid har sidojeindustrien i forbindese med deodorisering av avgass anvendt en tårntypc med et anta brett 1Jestående av nettingfettverk som ska være ganske effektive på grunn av at vannet bir meget jevnt fordet o-c,.rer en stor fate sik at en får et stort anta dråper fra rwert brett. Va.nndrå= pene som faer nedover bir sått i stykker på brettet nedenfor og igjen samet ved at vannet får renne nedover tråd.en et st:ykke og det vi igjen fae en dråpe fra hver maske i fettvetketo

3 - 2 - Ved Sidoje- og Sidemeindustriens Forskningsinstitutt i Tjæreviken hvor de har et sikt tårn har vi hatt anedning ti å foreta en serie forsøk for å undersøke hvike resutater en kan få ved temperaturer som passer for tørrfisktørking. 28 forsøk be foretatt over tre dager med varierende vannog uftmengder. Resutatet av-forsøkene er gitt i tabe. Arrangementet er vist på figur. Atmosfæreuft be oppvarmet og deretter befuktet med vann i en gjennomfyringstørke for å få uft mest muig mettet ved ca Luften gikk fra tørken gjennom en vifte ti kjøetårnet bygget av tre og utstyrt med 15 nettingbrett som kunne fjernes etter ønske. Temperaturen av inn- og utgående uft og vann be måt med termometer med stor inndeing (O,-0,2 0 C) og vannmengden be måt med et 48. kar og stoppekokke ved utøpet på bunnen av tårnet. Både tørr- og våtku.etemperaturer bje tatt for inngående uft men bare de siste er gitt i tabe 1, da varmeinnhodet av uften er den samme ved begge og er ettere å finne for den siste. Ved utregning av deq reative fuktighet viste det seg at den varierte fra ca %. Ltuthastigheten be måt med en hastighetsmåer av pitot-typen med sma for hastighet i m/min., men da egenvekten skaaen var bestemt for ikke var kjent, be resutatene av måingene bare brukt som sammenikning. De data en fikk stemte forhodsvis dårig for mange observasjåærs vedkommende og midere verdier be brukt for videre utregning. DGt antas at de fei en J:Br fått skriver seg fra føgende kider: Luftfuktigheten ti tårnet var meget varierende på grunn av ufustendig befuktning i t.ørken~~" Fuktighetsmåeren (hygrometer) kan hå gitt upåiteige resutater uten at en var oppmerksom på dette, da den måtte vætes ca. hvert 15 min. og min. vie medgå før den igjen var kar ti bruk. Da vannmengden er stor, vi en iten fei i temperaturen resutere i store fei i varmemengden som be overført. Bruk av observasjonsdata. Måingene som be foretatt vi gi data som bare kan anvendes på iknende tårnkonstruksjpn, men for å kunne sa~wenikne resutatene for ae kapasiteter og temperaturer må en finne frem ti en sammenikningsfaktor. \Teom vannet og uften vi der foregå en varmeoverføring fra uftfimen som omgir hver vanndråpe og gjennom vannfimen inn ti vannet. Samtidig vi det ved kondensasjon foregå en stoffoverføring ved diffusjon fra den kondenserende vanndamp i u'ten fra uftfimen gjennom vannfimen ti vanndråpene, Diffusjonshastigheten er proporsjona med forskjeen på vanninnhod ved metningstemperaturen (våtkuetemp.) og uftens vanninnhod ved vannets overfatetemperatur. Disse størreser varierer imidertid fra punkt ti punkt.

4 - 3 - I grunnprinsippet foregår varmeoverføringen etter føgende ikning: hvor Q er den mengde varme som overføres pr. tidsenhet K er varmeoverføringskoeffesienten P er 'C.en drivende kraft og A den overfate hvor varmen overføres. Både K og A er vanskeig eer umuig å regne ut men kan kombineres og bestemmes ved eksperiment P ::::: den drivende kraft" er den midere effektive entapidifferanse. nenne kan finnes på forskjeige måter som ae er mer eer mindre omtrentige. 1. Ved ogaritmisk midde. 2. Ved grafisk integrasjon. En tredje metode som påstås å være mere nøyaktig er den såkate nstevens metoc1e, En kurve for bruk av denne metode er gjengitt i Refrigerating Engineering" for desemoer 1956 side 39 fig. 6 og er benyttet ved utregning av P i tabe. vv == vannmengde kg/h L == uftmengde T 1 vanntem:p. ti tårn 0. T = ty fra '' n q 2 ~ varmeinnhod koa/kg uft. Tiet er næriggende å anta at A er direkte proporsjona med W da A er den samete overfate av ae vanndråper pr. tidsenhet. Likedan er detlnaturig å anta at K er en funk~jon av ufthastigheten eer av - hvor a er tårntverrsnittet i m a Det har imidertid ikke ved tarike forsøk ykkes å finne en empirisk forme for K A med eksponensiafunksjoner av de variabe. En-grafisk fremstiing ~ som funksjon av~ er vist på pansje. De beregnete punkte~ er avsatt o~ ved rsiden av hvert punkt er merket massehastigheten av uften, A kg/m 2 h (dividert med 1000 av passhensyn). Bortsett fra ende punkter som ikke stemmer (antakeig på grunn av observasjonsfei) synes punktene å igge i grupperlsom gir muight for å forbinne med kurver med samme verdi av A' spesiet for A ~ Da man må kjenne Aq for å kunne nytte pansje er det i tabe 2 utregnet en rekkepverdier sammeniknet med praktisk forekommende temperaturer.

5 - 4 - FLå verdien6!q er på pansje avest de tisvarende verdier av ~ P For direkte avesning av ~ i forhod ti ~_for en rekke temperaturer er i pansje 2 ved gjefrtatte forsøk og~orandring opptrukket et avesningskart i monogramform og pansje er endret tisvarende der hvor tistrekkeig data manger. På denne måte skue en få et hurtigavesningsdiagram som anses tistrekkeig nøyaktig for oversikt. Formået med forsøksserien er jo egentig å få et uttrykk for de beastninger en kan benytte veo. forskje ige temperaturforhod for denne bestemt tårnkonstruksjon. Kurvene viser at ufthastigheten ~ har stor innfytese på varmeoverføringen. EnLkån såedes redus&re forhodet vann ti uft 1 (! ) med økende A L L Imidertid er det sannsynig at det finnes en optima verdi av A som ikke bør overskrides uten å få medrevet!annpartiker i 2 uf~strømmen. Tia det er få observasjonsdata for over 6000 kg/m h vie det antakeig ikke være tirådeig å benytti verdier som igger meget høyere. Benytter en f.eks. L ="5000 vi en for et vanig tørrfiskt~rkeri med kg uft*pr. time få et tårntverrsnitt på O m Tårnkonstruks j onen. Forsøkstårnet hadde totat 15 stk. nettingbrett. For å forenke konstruksjonen vi det ha interesse å finne ut hviken innfytese anta brett har på resutatene. Under forsøkene Nr, oe for hvert forsøk et brett fjernet nederst så en'i forsøk nr. 21 hadde bare 7 brett i tårnet (som vist i tabe ). En fant det ikke hensiktsmessig å fjerne fere brett. Resutatene viser at meom et anta på 15 og 7 brett har antaet praktisk tat ingen innfytese og en oppnår atså praktisk tat det samme med 7 brett som med 15. JJessuten bir motstanden mindre med ferre brett. ])et antas at resutatet skydes at den man{~jende oppdeing av vanndråpene i den avere de av tårnet oppveies av den økende hastighet på vanndråpene. En skue fra dette kunne trekke den sutning at 7 brett vie være tistrekkeig dersom tårnhøyden behodes. Brettene i den øvre de anses som'nødvendig for god. fordeing av vanndråpene over hee tverrsnittet.

6 Opptegning og bruk av pansje 2. Fra varmebaansen: W(T 2 - T 1 ) = Aq L får en: T2 = ~ + T r; T er atså gitt ved de tre variabe Aq,! og T. Dessuten har en vfdere to variabe t, og t?. Nå er Aq av~engi~ av t -t og en får iat 3 uavhengig variabie og 2 avhengig variabe. 1 2 For~ opptegning av pansje ~ er frgt-gsom uavhengig variabe: t 1 -t 2, t 2 og t 2 -T og avhengge: L og 1 x I tabe 2 er vagt et anta vikårige verdier av de variabe og utregnet tisvarende verdier for~ som fra pansje P r ~ P o tt ved å trekke vikårig vagte rette injer for t -t = 9 og t = kan der sammen med tisvarende verdier for - 1 tfekkes for~pet av k:ui'ver for den tredje variabe t 2 -T 1 for f-&rskjeige vagte verdier. Likedan kan en ved å hode de andre variabe konstant konstruere opp forøpet av kurvene for forskjeige verdier av t 1 -t 2 og t I kurvene for t er det iten variasjon da den bare uttryk~er forskjeen i v~rmeverdier som varierer noe ved høyere og avere temperaturer. Som en ser er opptegning av et sådant diagram ikke eksakt da antaet åv de variabe er for mange og mange av observasjonene er tvisomme4 For verdier av L/A som igger utenfor de som en har fått fra forsøkene vi derfor pansje være b~re tinærmet men ved å benytte verdiene av L/A som passer ti pansje 2 har det vært muig å få noenunde ora overensstemmese med skrittvis å endre pansje tisvarende. Eks ~ Eksempe på bruk: t..,t 2 eer t 2 Fra pansje 2: ~ = oa. 3,1 Tårntverrsnitt A ~ 2 W = 3, L = 3,1~5000 ~ rj = 15, 500 A.

7 - 6 - Dimensjonering av tårn for tørrfisktørke. Ut fra de forsøksdata en har oppnådd skue det være en enke sak å finne frem ti tårndimensjonene som en må benytte ved vag av den største verdi av L/A som- anses trygt uten å rive vann ~~åpene med, som tidigere bemerket. En passende middeverdi for VA ser ut ti å være ca kg/m~h, men det er muig en trygt mn anvende Med den høyere verdi vi en spare både tårnarea og pumpekapasitet. I det føgende ska gjennomføres en beregning for 30 tonn råfisk tørket i O døgn fra et vanninnhod av 80 o1 t 1 14 crf ;o ;o En får da borttørket vann pr. kg fisk: ~ ' 0,80 - i-~ 0,14 = Ot77. kg/kgo ' Totat borttørket i 240 timer~ 0,7Z = 96,2 kg/h. Går en ut fra som værste tifee en sommertemperatur på 20 0 og 100 % reativ fuktighet (mettet) og antar en at sjøvannstemperaturen er maks. 9 får en~ Veges t = 20 o T 1 = 9 t 2 -T 1 =.2 bir t 2 For L/A 5000 bir = 6000 Y = og t 1 -t 2 ~ etter pansje 2 ~ n 2 n 90, 3,, 55 = 2,675 Ved avkjøiing ti t = vi uften være mettet og har et vanninnhod på 8,15 g/kg t~rr uft. Ved oppvarming ti ca. 25 og adiabatisk avkjøing i tørken ti 80 % fuktighet vi vanninnhodet være O,07 g/kg tørr uf-t. Vann fjernet 10, = 1,92 g/kg Luftmengde: 9f~~~ = kg/h. L a) Med Ā = 5000 bir t8rnareaet A = 10 m2 - -"5( b)! = 6250 A == Vannmengde~ _ a) w ::::: 3,55"50000 = /h = 2_9 0 [min. eer b) ~v == 2, = = 2230 /min. eer 3 m3/min. ~.m 2 imin. Et omtrentig prisoversag for et kompett tårn med auminium-kedning er gitt nedenfor:

8 - 7 - Fundament, rydding, :panering Cc.e k'"'. A~ tårn :profier pater Nettingrammer sjøvobestoa. 35 stkca a rr. 180,,-?! Y I!i ,- Luftkanaer av an ca. m 2 tverrsnitt 1,5 mm :p.- '2 5 stk. :pro:pevifter a k" e m.j /h- 30mmV. ;3. 4 I f Pumpe stk. 3 m3/min. centrif. bronse 30 m L.H. 2,5 Pumperør 3 engder 5"-- 51,6 + fittings Pum:pehus og pum:pefund. Røreggerarbeide Tåkefjerner ao:pater avstivet Op:pfø+ing av tårn Frakt, etc. Barduner Diverse Y i!i Forsag ti tårnkonstruksjon er antydet ~å figur 2. At. a ø «~ ~ At. b e > Oppvarming av vinteruft med sjøvann. Da sjøvannet om vinteren hoder en temperatur :på ca. 4 ~ runne det tenkes at en eventuet kunne benytte tårnet ti devis oppvarming av ufteno En utregning av varme- og kraftforbruket med og uten oppvarming av sjøvannet er foretatt og resutatet er vist i tabe 3. Som basis er for ae temperaturer benyttet en uftfuktighet på BO % reativ fuktighet~ Ved oppvarming av uften i kontakt med sjøvann er videre forutsatt at uften etter oppvarmingen ikke får høyere reativ fuktighet enn 80 ~ a, dvs s uften opptar en god de fuktighet fra sjøvannet man når ikke metning. Beregningene er gjennomført for uteuft-temperaturer på O og... 5 og for to a ternatj_ver ) Oppvarming av uften i begge tifeer ti b) Utgangstem:peratur fra tørken i begge tifeer på 0.

9 - 8 - Som en vi se av resutatene er den største besparesb ca. 14 ~ o av kraftforbruket -ged - 15 C, mens besparesen ved C er omtrent nu og ved - 5 C vi oppvarmingen med s ~.øvann være uønnsom. Kraftforbruket ti pu.mpe og vifter i kjøetarnet er ansått ti 30 KvJ. Fra ovenstående skue en atså kunne sutte at ved vurdering 2v fordeene ved et kjøeanegg med sjøvann, vi en ikke oppnå noen nevneverdig forde ved devis oppvarming av uften med sjøvann. Diskusjon av resutatene.. Da det som. tidigere nevnt har vært for ustabie forhod ti at resutatene kan be-!jractes som påiteige og gi grunnag for nøyactige data over et større temperaturområde, mener en aikeve at det har vært fastsått at det skue være muig å kjøe uft fra 20 våtu1etemperatur ned ti en temperatur som ikke er mer enn 2 C høy~re enn vanntemperaturen ved anvendese av de kapasiteter pr. m tårnarea som antydet.

10 ... Tabe r Uteuft - RF = 80 % T mpr F jkoa1/ koa1 Temp F e kg/kg kg /kg Pra vasketårn Ti r---~-~ = ~-~-----r--~--~----~---~~~ !0,0009-3, ' ' -15 j0,0009-3,1 2,1 0, i , ,65-10 jo,oo25-1,65 2,1 o,oo o,oo95 o, , ,3 2,1-15 o,ooog -3, o 0 o,oo125-1,65 -o 0 HF Temp R 20 ;_~;:~::~::_:~:. ~ [ :::... ~..... " ~~~~~~"~~-~~----~~~~~ ~ tørke Fra tørke F koa /kg Temp % 5, ! 6 '6,, o,oo gn 5,6 9,1 o,oo !1 6,6 o,oo !1 6,0 10 o,oo6o 20 2 n 616 o,oo ! 6,5 0,00645 F kg/kg Ft,..... ~... ijiqi... ~ ' 6,5 o,oo55 0, ,5 o,oo64 ~.. ::\ ".... i_

11 r ~ r-----~------~~ t 1 Forbruk BØ~rktt- kg.uft varme-r --- Varme..:. V mot t % forbruk e 00 1 kr '"'.J f b arme -L kg/kg pr. pr (g ai c or r. KvJ forbruk a / k ~ vas e- uft kg vann uft K~ T oppva. tarn og m/ kca/kg vasketårn 0, , % o,oo , I 0, , i o,oo , ,4 o,oo4o , o,oo , Y -~ 0, , ,5 i o,oo , It , , ' i ~~~-~~~~-~~~~~-~~~--~~~+-~~~~--~~~-~~~~~~-~~----~~~~~~~-~--~

12

13 L L _j

14

15 w t c; n f!{ / f 1\ <1 /A Gi (

16 1 -r-+-1-r 3:() g_(q s;_x _,.o o ca o o coz r::)> -.:..-f> 1-2 r- 1-- nu~~ttimwm±tttn±ttirrrntifr±nih ~+rh~mrnmrn~hh~rnm~m+h+~~~~~~ttrttitittiittm~~+++tt--h ~~ i. 9 8 f- 7...,,_ ~ t±:! f s 4 3 i'"~~,,.,,,, ~ - =t-i ''',,,,,--r. -t-t-t-r~+ it~f 1- t: 2 i H' 1-W~-~ E I i.-- +_,_ t : ~fr-+ 'tt'.-~i,..,._ r++ -r+ +r H+t Yr J-1' ml.vr 1/1 Y A' Y kr Hi Y.d'..d'.6. f"!!oo'~"'t-i-h-h-h++h++t+t+h-i-+--t--1-t-+--h-h-h-+-t+t+t+-1-t-+-t--t--1-j-!-t-h-+-h-++1-h-++t-4"-.r'i X ~X Yr Y~~...!" ' H i i i H ' 1.-r'...r-:...!" ~-n m v 0 Æ J..1" Y t..-r ""'J-r 1..1-f..Y1 J LK..kf A' L' - V V r- ~ ~+++~~HH+~H+~~~~~~r+++-~++~LH*+tuLL~~y~Yrr~~~-~~+-~~~...;. V '7f'IY 1 Æ y _L..! y. ij::: _.4:::,k:..\. fi!,.-! Ki A' '...!"...,. - '-o- 14 ~....., '"/' J;.f : r ~.j.. +..j. +.j.<+wi f-- " ' -H-f:-<-+- I+-!--!-:;, f.y J 4'J -r~ n H1 r.._~ 1- ' --i++-1--f i:; r +'--'-- '[f" --.Yt";t:tt:t +-t--h-r-y.t-r._ r"!- Yr r ' ~.,ti 1ttrrt ~t'i't t t.;rrt;rtt'h""17t?'!vf V k". v V YIYIYIJ.;f,.{LJ..1Mf.JX~ ; : 1.-f'IYr Yf -s.~x*j~xit _;-, C~- r- ~ t--:t: ~b-fq.-.~<= t-1-iz tpft -pbf tr-i->-. \ 7. - T.* IÆ 1, 1 1 1,, 1 1 '.~r r- '1 6 1 'LLt- 1 _..."' v..k,,,., 1/ i/1 f 1TiTTiTTTTTIT;T:iTTTTT1TI1 4 m1m nmt 1 T,-r-rTTirT1TTTTTTTTTT1.X [,...ff IL :/1 f-0, 5 -~ ], A' ' " ' 1'1' ia, ~ ' W ~~ s ' '"' ' '"''"'""'" "'~" '""'" "'"'"'" 1 r~ 1...~. '~t 1.~..~.~1 '.~~?t ~~ ')3 o ~~ 2 ' 3 r. v~i" 3. ~ ~~.,"\ ; 4/ 4 ~,G.."'-i~. '~ ~... _.. 4

17

18