Процессы изменения состояния воздуха и топочного газа

 

Гидротермическая обработка древесины сопровождается, как правило, изменением параметров обрабатывающих агентов. Наиболее характерными процессами изменения состояния воздуха и топочного газа являются нагревание и охлаждение, испарение воды, смешивание воздуха (топочного газа) различных состояний и смешивание их с паром. Перечисленные процессы происходят аналогично у обоих упомянутых обрабатывающих агентов. Поэтому в дальнейшем мы будем вести разговор только о воздухе, имея в виду, что сказанное будет справедливо и для топочного газа.

Нагревание или охлаждение воздуха при контакте с горячей или холодной сухой поверхностью происходит без изменения его влагосодержания. Остается постоянным и парциальное давление водяного пара. При нагревании температура и энтальпия воздуха возрастают, а относительная влажность и плотность уменьшаются. Охлаждение воздуха сопровождается обратным изменением этих параметров. На Id -диаграмме процессы нагревания и охлаждения воздуха отображаются линиями d = const. На рис. 1.4 отрезок 1–2 показывает процесс нагревания воздуха от состояния 1 до состояния 2, а отрезок 1–3 – охлаждение исходного воздуха до состояния 3. Если продолжать охлаждение, то он может достичь состояния насыщения (j = 1), которому на рис. 1.4 соответствует точка 4. Температура, при которой это произойдет, называется температурой точки росы t _тр.

Рис. 1.4. Изображение на Id -диаграмме процессов нагревания,
охлаждения и испарения воды

Дальнейшее охлаждение воздуха, насыщенного паром, будет сопровождаться конденсацией из него воды, что приводит к уменьшению влагосодержания при постоянном значении относительной влажности j = 1 = const (отрезок 4–5).

Испарение влаги в воздух происходит, если он не насыщен паром и контактирует с поверхностью воды или влажного тела. Энтальпия воздуха при протекании этого процесса остается неизменной, т. к. энергия, затрачиваемая на испарение, остается в воздухе в виде скрытой теплоты парообразования. Происходящее изменение состояния воздуха изображается на Id -диаграмме (рис. 1.4) отрезком 1–6 прямой линии I = const. Температура воздуха при испарении воды понижается, а влагосодержание, относительная влажность и плотность возрастают. Если процесс испарения воды в воздух продолжается достаточно долго, то последний может стать насыщенным водяным паром. Температура, при которой воздух, испаряя влагу, достигает состояния насыщения, называется температурой предела охлаждения t _по. Температура предела охлаждения может быть непосредственно измерена смоченным термометром – термометром, шарик которого обернут смачиваемой водой тканью. Смоченный термометр в совокупности с обычным (сухим) образует прибор, который называется психрометром. По показаниям сухого (t _ст = t) и смоченного (t _мт = t _по) термометров психрометра, используя Id -диаграмму, легко определить все параметры воздуха. Для этого находят точку пересечения изотермы t _мт = const с линией j = 1 (точка 7 на рис. 1.4). От этой точки проводят линию I = const до ее пересечения с изотермой t _ст = const. Полученная при этом точка 1 и будет характеризовать искомое состояние воздуха.

При смешивании воздуха двух разных состояний образуется смесь, параметры которой зависят от состояния и количества смешиваемых компонентов. Отношение массы воздуха состояния 1 М ₁ к массе воздуха состояния 2 М ₂ называется коэффициентом пропорции смеси

.

(1.34)

Из уравнений баланса теплоты и влаги процесса смешивания могут быть получены уравнения для расчета энтальпии и влагосодержания смеси:

	, кДж/кг;	(1.35)
	, г/кг,	(1.36)

где I ₁, I ₂ – энтальпия воздуха состояний 1 и 2, кДж/кг; d ₁, d ₂ – влагосодержание воздуха состояний 1 и 2, г/кг.

Из уравнений (1.35) и (1.36) в результате несложных преобразований получаются выражения для расчета коэффициента пропор-
ции смеси:

.

(1.37)

Процесс смешивания воздуха двух состояний может быть проиллюстрирован с помощью Id -диаграммы (рис. 1.5). Точка 3, характеризующая состояние смеси, всегда находится на прямой, соединяющей точки 1 и 2, которые соответствуют состоянию смешиваемых компонентов. При этом она располагается ближе к точке, характеризующей состояние преобладающего в смеси компонента.

Рис. 1.5. Изображение на Id -диаграмме
процесса смешивания воздуха двух состояний

При смешивании может возникнуть ситуация, когда ненасыщенный воздух двух состояний 4 и 5 (рис. 1.5) образует смесь, характеризуемую точкой, расположенной на Id -диаграмме ниже линии j = 1 (точка 6). Это значит, что в процессе смешивания происходит частичная конденсация пара, сопровождаемая образованием тумана. Действительное состояние смеси (после удаления из воздуха конденсата) будет соответствовать точке 7, расположенной на пересечении линии j = 1 и прямой I = const, проходящей через точку 6.

Результат смешивания воздуха и пара также зависит от количественного соотношения компонентов и их состояния. Энтальпию и влагосодержание смеси определяют для этого случая выражениями

	, кДж/кг;	(1.38)
	, г/кг,	(1.39)

где I – энтальпия воздуха, кДж/кг; d – влагосодержание воздуха, г/кг;
i _п – энтальпия пара, кДж/кг.

Коэффициент пропорции смеси находят как отношение

,

(1.40)

где М – масса воздуха, кг; М _п – масса добавляемого пара, кг.

На Id -диаграмме процесс изменения состояния воздуха в результате смешивания с паром изображается следующим образом (рис. 1.6). На внешней угловой шкале Id -диаграммы находят луч, соответствующий энтальпии пара i _п, и соединяют его с началом координат. Из точки 1, соответствующей состоянию исходного воздуха, проводят луч, параллельный линии 0– i _п. Этот луч является совокупностью точек, характеризующих состояние смеси воздуха с паром. Расположение точки 2, определяющей параметры конкретной смеси,
устанавливают по величине влагосодержания, которое рассчитывают по уравнению (1.39).

Рис. 1.6. Изображение на Id -диаграмме
процесса смешивания воздуха и пара

Примеры

 

Пример № 13. Воздух имеет начальную температуру t ₁ = 40⁰C и относительную влажность j₁ = 40%. Как изменится его относительная влажность в результате нагревания до температуры t ₂ = 60⁰C? До какой температуры надо охладить этот воздух, чтобы получить относительную влажность j₃ = 80%?

Решение. По табл. 1 приложения находим, что при температуре t ₁ = 40⁰С давление насыщенного пара составляет p _н1 = 7380 Па, а при температуре t ₂ = 60⁰С – p _н2 = 19 920 Па. Используя формулу (1.12), определяем парциальное давление пара в воздухе:

Па.

Поскольку нагревание и охлаждение воздуха происходит без изменения его влагосодержания и парциального давления водяного пара, то p _п1 = p _п2 = p _п3. С учетом этого, по формуле (1.12) рассчитываем относительную влажность воздуха после нагревания:

%.

Давление насыщения при температуре t ₃ составит

Па.

По табл. 2 приложения находим, что этому давлению насыщения соответствует температура t ₃ = 27,5⁰С.

Ответ: j₂ = 14,8%; t ₃ = 27,5⁰С.

Пример № 14. Воздух в количестве М = 100[1] кг с температурой t ₁ = 70⁰С и относительной влажностью j₁ = 90% был охлажден о сухую поверхность до температуры t ₂ = 22⁰С, а затем вновь нагрет
о сухую горячую поверхность до первоначальной температуры t ₃ = t ₁ = 70⁰C. Как в результате этих операций изменилась относительная влажность воздуха? Сколько конденсата из него выделилось?

Решение. По табл. 1 приложения находим давление насыщенного пара при температуре t ₁ = 70⁰С и t ₂ = 22⁰С: p _н1 = 31 160 Па; p _н2 = 2672 Па. Используя формулу (1.12), рассчитываем парциальное давление пара в воздухе начального состояния:

P п1 = 0,9×31160 = 28 044 Па.

По формуле (1.14) определяем влагосодержание воздуха до и после охлаждения. При этом учитываем, что p _п2 = p _н2 = 2672 Па:

	г/кг;
	г/кг.

Количество конденсата, выделившегося из воздуха в результате охлаждения, составит

кг.

В результате последующего нагревания парциальное давление пара в воздухе не изменится: p _п3 = p _п2 = 2672 Па. По формуле (1.12) находим относительную влажность воздуха после нагревания:

%.

Ответ: j₃ = 8,6%; D = 22,53 кг.

Пример № 15. Воздух имеет температуру t ₁ = 25⁰С и относительную влажность j₁ = 80%. Сколько потребуется теплоты для нагревания М = 500 кг такого воздуха до температуры t ₂ = 75⁰С?

Решение. По табл. 1 приложения определяем давление насыщения при температуре t ₁ = 25⁰C p _н1 = 3170 Па. Рассчитываем парциальное давление пара в воздухе. Для этого используем формулу (1.12):

Па.

По формуле (1.14) определяем влагосодержание воздуха до и после нагревания:

г/кг.

Энтальпию воздуха до и после нагревания рассчитываем по формуле (1.23):

	I 1 = 1,01×25 + 0,001×16,2×(1,88×25 + 2500) = 66,5 кДж/кг;
	I 2 = 1,01×75 + 0,001×16,2×(1,88×75 + 2500) = 118,5 кДж/кг.

Количество теплоты, необходимое для нагревания воздуха,
составит

кДж.

Ответ: Q = 26 000 кДж.

Пример № 16. Топочный газ, проходя через теплообменник, уменьшает свою температуру от t ₁ = 500⁰С до t ₂ = 300⁰C. Какое количество теплоты выделится из М = 20 кг топочного газа, если его начальное влагосодержание составляет d ₁ = 50 г/кг?

Решение. По табл. 3 приложения находим теплоемкость
сухого воздуха и водяного пара для диапазонов температур
0–500⁰С и 0–300⁰С: с _в1 = 1,0476 кДж/(кг×К); с _в2 = 1,0239 кДж/(кг×К); с _п1 = 1,9967 кДж/(кг×К); с _п2 = 1,9303 кДж/(кг×К). По формуле (1.26) определяем энтальпию топочного газа на входе в теплообменник и на выходе из него:

	I 1 = 1,0476×500 + 0,001×50×(1,9967×500 + 2501) = 698,8 кДж/кг;
	I 2 = 1,0239×300 + 0,001×50×(1,9303×300 + 2501) = 461,2 кДж/кг.

Рассчитываем количество теплоты, которое выделится из топочного газа:

кДж.

Ответ: Q = 4752 кДж.

Пример № 17. Для воздуха с температурой t = 100⁰С и относительной влажностью j = 10% определить температуру точки росы, не прибегая к помощи Id -диаграммы.

Решение. Согласно табл. 1 приложения, температуре t = 100⁰С соответствует давление насыщения p _н = 101 330 Па. По формуле (1.12) находим парциальное давление пара в воздухе:

Па.

По табл. 2 приложения определяем, что давлению насыщения p _н = 10 133 Па соответствует температура насыщения t _н = 46,0⁰С, которая и является температурой точки росы.

Ответ: t _р = 46,0⁰С.

Пример № 18. Воздух с температурой t ₁ = 60⁰С и относительной влажностью j₁ = 50%, испаряя влагу, охладился до температуры t ₂ = 50⁰С. Какими стали влагосодержание и относительная влажность воздуха в результате этого процесса? Определить, сколько влаги испарили в себя М = 80 кг воздуха.

Решение. По табл. 1 приложения находим, что температуре t ₁ = 60⁰С соответствует давление насыщения p _н1 = 19 920 Па. Рассчитываем по формулам (1.12) и (1.14) парциальное давление водяного пара и влагосодержание воздуха в начальном состоянии:

	Па;
	г/кг.

По формуле (1.23) определяем энтальпию этого воздуха:

I 1 = 1,01×60 + 0,001×68,8×(1,88×60 + 2500) = 240,4 кДж/кг.

Поскольку в результате испарения энтальпия воздуха не изменяется, то I ₂ = I ₁. Зная это, по формуле (1.25) определяем влагосодержание воздуха в конце процесса:

г/кг.

Количество испарившейся в воздух влаги будет равно

D = М×(d 2 – d 1) = 80×(73,2 – 68,8) = 352 г.

Для температуры t ₂ = 50⁰С давление насыщения составляет p _н2 = 12 340 Па. Парциальное давление водяного пара находим по формуле (1.15):

Па.

По формуле (1.12) определяем относительную влажность воздуха после испарения влаги:

%.

Ответ: d ₂ = 73,2 г/кг; j₂ = 85,3%; D = 352 г.

Пример № 19. Воздух имеет температуру точки росы t _р = 54⁰С и температуру предела охлаждения t _по = 56⁰С. Рассчитать его температуру и относительную влажность.

Решение. По табл. 1 приложения определяем давление насыщения для температуры t ₁ = t _р = 54⁰С и t ₂ = t _по = 56⁰С: p _н1 = 15 060 Па; p _н2 = 16 576 Па. По формуле (1.14) рассчитываем влагосодержание воздуха, насыщенного водяным паром, при температуре t ₁ = 54⁰С и t ₂ = 56⁰С:

	г/кг;
	г/кг.

Воспользовавшись формулой (1.23), для воздуха состояния 2 находим величину энтальпии:

I 2 = 1,01×56 + 0,001×123,6×(1,88×56 + 2500) = 378,6 кДж/кг.

Заданный в задаче воздух имеет энтальпию I = I ₂ и влагосодержание d = d ₁. С учетом этого по формуле (1.24) определяем его
температуру:

0С.

Этот воздух имеет парциальное давление пара p _п = p _н1 = = 15 060 Па. Его температуре t = 84,5⁰С, согласно табл. 1 приложения, соответствует давление насыщения p _н = 56 756 Па. По формуле (1.12) определяем относительную влажность воздуха:

, %.

Ответ: t = 84,5⁰С; j = 26,5%.

Пример № 20. Воздух в количестве М ₁ = 120 кг, имеющий энтальпию I ₁ = 120 кДж/кг и влагосодержание d ₁ = 20 г/кг, смешивают с М ₂ = 240 кг другого воздуха, у которого эти же параметры соответственно равны I ₂ = 480 кДж/кг, d ₂ = 140 г/кг. Рассчитать влагосодержание, энтальпию и температуру образовавшейся смеси.

Решение. По формуле (1.34) определяем коэффициент пропорции смеси:

.

Используя формулы (1.36) и (1.35), находим влагосодержание и энтальпию смеси:

	г/кг;
	кДж/кг.

Температуру образовавшейся смеси рассчитываем по фор-
муле (1.24):

0С.

Ответ: d _см = 100 г/кг; I _см = 360 кДж/кг; t _см = 91,8⁰С.

Пример № 21. Сколько воздуха с влагосодержанием d ₁ = 12 г/кг надо смешать с М ₂ = 24 кг воздуха, имеющего парциальное давление водяного пара p _п2 = 20 000 Па, чтобы получить смесь с температурой t _см = 60⁰С и относительной влажностью j_см = 0,85?

Решение. По табл. 1 приложения находим, что температуре t _см = 60⁰С соответствует давление насыщения p _нсм = 19 920 Па. Парциальное давление пара в смеси определяем по формуле (1.12):

p см = 0,85×19 920 = 16 932 Па.

Применив формулу (1.14), находим влагосодержание смеси и воздуха состояния 2

	г/кг;
	г/кг.

По формуле (1.37) рассчитываем коэффициент пропорции смеси:

.

Используя формулу (1.34), находим необходимое количество воздуха состояния 1:

кг.

Ответ: М ₁ = 6 кг.

Пример № 22. Воздух, имеющий температуру t ₁ = 100⁰С и относительную влажность j₁ = 10%, в количестве М ₁ = 200 кг смешали с М ₂ = 100 кг другого воздуха, имеющего температуру t ₂ = 74⁰С и относительную влажность j₂ = 80%. Не используя Id -диаграмму, определить температуру и относительную влажность полученной смеси.

Решение. По табл. 1 приложения для температуры t ₁ = 100⁰С
и t ₂ = 74⁰С определяем давление насыщения p _н1 = 101 330 Па, p _н2 = 37 072 Па. Парциальное давление пара в воздухе обоих состояний рассчитываем по формуле (1.12):

	Па;
	Па.

Находим влагосодержание по формуле (1.14)

	г/кг,
	г/кг.

По формуле (1.23) для воздуха обоих состояний определяем величину энтальпии

	I 1 = 1,01×100 + 0,001×70,1×(1,88×100 + 2500) = 289,4 кДж/кг;
	I 2 = 1,01×74 + 0,001×262,3×(1,88×74 + 2500) = 767,0 кДж/кг.

Коэффициент пропорции смеси рассчитываем по формуле (1.34):

.

Энтальпию и влагосодержание полученной смеси определяем по формулам (1.35) и (1.36):

	кДж/кг;
	г/кг.

По формуле (1.24) находим температуру воздушной смеси

0С.

Найденной температуре соответствует давление насыщения p _нсм = 69125 Па (табл. 1 приложения). Парциальное давление пара в смеси находим по формуле (1.15):

Па.

Относительную влажность воздуха рассчитываем по формуле (1.12):

%.

Ответ: t _см = 89,6⁰С; j_см = 25,7%.

Пример № 23. В сушильной камере находится воздух с температурой t = 40⁰С и относительной влажностью j = 65% в количестве М = 120 кг. В камеру впустили М _п = 24 кг сухого насыщенного пара с давлением p = 0,8 МПа. Определить энтальпию, влагосодержание и температуру воздуха после введения пара.

Решение. Для температуры воздуха t = 40⁰С по табл. 1 приложения определяем давление насыщения p _н = 7380 Па. Последовательно применяя формулы (1.12), (1.14), рассчитываем парциальное давление пара, а затем влагосодержание воздуха:

	Па;
	г/кг.

Энтальпию воздуха находим по формуле (1.23):

кДж/кг.

По табл. 2 приложения для пара с давлением p = 0,8 МПа = = 800 кПа определяем энтальпию i _п = 2768 кДж/кг. Коэффициент пропорции смеси воздуха и пара рассчитываем по формуле (1.40):

.

Определяем энтальпию и влагосодержание смеси. Для этого используем формулы (1.38) и (1.39):

	кДж/кг;
	г/кг.

По формуле (1.24) находим температуру воздуха после введения в него пара:

0С.

Ответ: I _см = 674,6 кДж/кг; d _см = 231,3 г/кг; t _см = 66,7⁰С.

Пример № 24. К воздуху в количестве М = 72 кг был добавлен насыщенный водяной пар с температурой t _п = 115⁰С в количестве М _п = 4 кг. В результате был получен насыщенный паром воздух
с температурой t _см = 50⁰С. Какой была температура начального
воздуха?

Решение. По табл. 1 приложения определяем давление насыщения при температуре t _см = 50⁰С p _нсм = 12 340 Па. Влагосодержание и энтальпию смеси находим по формулам (1.14) и (1.23)

	г/кг;
	кДж/кг.

По табл. 1 приложения находим, что энтальпия насыщенного пара при температуре t _п = 115⁰С составляет i _п = 2700 кДж/кг.

Коэффициент пропорции смеси воздуха и пара рассчитывают по формуле (1.40):

.

Преобразуя формулы (1.38) и (1.39), рассчитываем энтальпию и влагосодержание начального воздуха:

	кДж/кг;
	г/кг.

По формуле (1.24) находим температуру воздуха:

0С.

Ответ: t = 44,6⁰С.

 

1.5. Процессы изменения состояния сушильного агента
в конвективных сушилках

 

Газообразный сушильный агент в процессе сушки древесины претерпевает ряд изменений своего состояния. Характер этих изменений зависит от принципиальной схемы сушилки, которая, в свою очередь, определяется видом сушильного агента и кратностью его циркуляции. С учетом этих признаков различают воздушные и газовые сушилки с однократной циркуляцией сушильного агента, воздушные и газовые сушилки с многократной циркуляцией, паровые сушилки. Вариантом воздушной сушилки с многократной циркуляцией является эжекционная сушилка.

Принципиальные схемы воздушных сушилок представлены
на рис. 1.7.

Наиболее простой является схема воздушной сушилки с однократной циркуляцией (рис. 1.7, а). Согласно этой схеме, атмосферный воздух состояния 0 поступает в калорифер. Здесь он нагревается, приобретая состояние 1. Нагретый воздух вступает в контакт с высушиваемым материалом и, испаряя из него влагу, вновь изменяет свои параметры. Отработавший воздух в состоянии 2 полностью удаляется в атмосферу.

Рис. 1.7. Принципиальные схемы воздушных сушилок с однократной (а),
многократной (б) циркуляцией и эжекционной сушилки (в):
I – калорифер; II– высушиваемый материал; III – вентилятор; IV – эжектор

Принципиальная схема воздушной сушилки с многократной циркуляцией отличается от уже рассмотренной тем, что отработавший сушильный агент в состоянии 2 удаляется в атмосферу лишь частично. Большая его часть возвращается на повторное использование и перед поступлением в калорифер смешивается со свежим воздухом состояния 0, подаваемым в сушилку. Образующаяся смесь, характеризуемая состоянием 3, поступает в калорифер, где за счет нагревания достигает состояния 1. Далее следует сушка, сопровождающаяся изменением параметров воздуха до состояния 2.

Принципиальная схема эжекционной сушилки отличается от схемы с многократной циркуляцией тем, что сушильный агент образуется в результате двукратного смешивания. Сначала отработавший сушильный агент, находящийся в состоянии 2, смешивается в вентиляторе с атмосферным воздухом. Образующаяся при этом смесь состояния 3 поступает в эжектор, где происходит вторичное смешивание с отработавшим воздухом. При этом получается новая смесь, характеризуемая состоянием 4, которая после нагревания в калорифере и выполняет функцию агента сушки.

Процессы изменения состояния воздуха в описанных сушилках могут быть проиллюстрированы на Id -диаграмме, что и сделано на рис. 1.8.

Рис. 1.8. Изображение на Id -диаграмме процессов изменения состояния
воздуха в сушилках с однократной (а), многократной (б)
циркуляцией и в эжекционной (в) сушилке

В сушилке с однократной циркуляцией (рис. 1.8, а) процесс нагревания атмосферного воздуха в калорифере изображается отрезком 0–1, расположенным на линии d = const. При сушке, т. е. при испарении влаги из материала, состояние воздуха изменяется по линии постоянной энтальпии 1–2.

Изменение состояния воздуха в сушилке с многократной циркуляцией показано на рис. 1.8, б. Смешивание атмосферного воздуха (состояние 0) и отработавшего сушильного агента (состояние 2) с получением смеси, характеризуемой состоянием 3, отображается отрезком 0–3–2. Процессы нагревания воздуха в калорифере (3–1) и испарения влаги из материала (1–2) изображаются так же, как и в сушилке с однократной циркуляцией: по линиям d = const и I = const соответ-ственно.

График изменения состояния сушильного агента в эжекционной сушилке показан на рис. 1.8, в. Воздух, поступающий в калорифер в состоянии 4, получается в результате двух последовательных смешиваний. Сначала отработавший воздух, характеризуемый точкой 2 на Id -диаграмме, смешивается с атмосферным воздухом (точка 0) с получением смеси, состояние которой соответствует точке 3. Образовавшаяся после первого смешивания смесь вновь смешивается с отработавшим воздухом, что и приводит к получению агента сушки, который имеет перед калорифером состояние 4. Далее следует уже знакомое нам нагревание (отрезок 4–1) и испарение влаги (отрезок 1–2).

По изменению состояния сушильного агента во время сушки могут быть определены затраты тепловой энергии на испарение влаги. Расход теплоты на испарение 1 кг влаги, т. е. удельный расход теплоты для воздушных сушилок, определяется по формуле

, кДж/кг,

(1.41)

где I ₂ и d ₂ – энтальпия и влагосодержание отработавшего воздуха, кДж/кг и г/кг соответственно; I ₀ и d ₀ – энтальпия и влагосодержание атмосферного воздуха, кДж/кг и г/кг соответственно.

Удельный расход теплоты на испарение влаги легко определить графически с помощью Id -диаграммы. Для этого из начала координат диаграммы проводят луч, параллельный линии, проходящей через точки 0 и 2, соответствующие состояниям атмосферного и отработавшего воздуха. Удельный расход теплоты читается на угловой шкале, нанесенной на полях Id -диаграммы.

Принципиальные схемы газовых сушилок показаны на рис. 1.9. Особенностью газовых сушилок является отсутствие калориферов. Источник теплоты у них – топочный газ, который образуется при сжигании топлива в топках.

В газовой сушилке с однократной циркуляцией (рис. 1.9, а) топочный газ, выходящий из топки в состоянии Т, смешивается с атмосферным воздухом состояния 0. При этом образуется смесь, характеризуемая состоянием 1, которая и вступает в контакт с высушиваемым материалом. В результате испарения влаги сушильный агент переходит в состояние 2. Отработавшая смесь топочного газа и воздуха полностью выбрасывается в атмосферу.

Рис. 1.9. Принципиальные схемы газовых сушилок с однократной (а)
и многократной (б) циркуляцией: I – топка; II – высушиваемый материал;
III – камера смешения

Газовая сушилка с многократной циркуляцией (рис. 1.9, б) отличается от предыдущей тем, что дополнительно включает камеру смешения. В камере смешиваются три компонента: атмосферный воздух (состояние 0), топочный газ, образовавшийся в топке (состояние Т), и отработавший сушильный агент, находящийся в состоянии 2. В результате этого процесса и получается сушильный агент, параметры которого соответствуют состоянию 1. При испарении влаги из материала он переходит в состояние 2. Часть отработавшего сушильного агента удаляется в атмосферу, а остальное его количество направляется на рециркуляцию в камеру смешения.

Графики процессов изменения состояния топочного газа в газовых сушилках на Id a-диаграмме показаны на рис. 1.10. Процесс смешивания топочного газа (состояние Т) и атмосферного воздуха (состояние 0) изображается отрезком прямой 0–Т, на котором лежит
точка 1, соответствующая параметрам получаемого агента сушки (рис. 1.10, а). Контактируя с высушиваемым материалом, сушильный агент испаряет влагу, изменяя при этом свое состояние по линии 1–2.

Рис. 1.10. Изображение на Id a-диаграмме процессов изменения состояния
топочного газа в сушилках с однократной (а) и многократной (б) циркуляцией

Процесс одновременного смешивания трех компонентов в сушилке с многократной циркуляцией (рис. 1.10, б) можно рассматривать как два последовательных процесса. Вначале топочный газ (состояние Т) смешивается с атмосферным воздухом (состояние 0), образуя промежуточную, на самом деле не существующую смесь состояния А. Этот процесс изображается на Id a-диаграмме линией
0–А–Т. Затем к полученной промежуточной смеси (состояние А) добавляется отработавший сушильный агент (состояние 2). В результате образуется газовоздушная смесь, имеющая состояние 1, которая и является сушильным агентом, направляемым к материалу.

Удельный расход теплоты на испарение влаги в газовых сушилках с однократной и многократной циркуляцией выражается фор-мулами

	, кДж/кг;	(1.42)
	, кДж/кг,	(1.43)

где I ₁ и d ₁ – энтальпия и влагосодержание сушильного агента на входе в зону сушки в сушилках с однократной циркуляцией, кДж/кг и г/кг соответственно; I _A и d _A – энтальпия и влагосодержание газовой смеси состояния А в сушилках с многократной циркуляцией, кДж/кг и г/кг соответственно.

 

Примеры

 

Пример № 25. Температура воздуха, нагретого в калорифере сушилки с однократной циркуляцией перед его поступлением в зону сушки, составляет t ₁ = 120⁰С, а парциальное давление водяного пара – p _п1 = 4500 Па. Определить удельный расход теплоты на испарение влаги, если известно, что температура на входе в сушилку составляет t ₀ = 32⁰С, а на выходе из нее – t ₂ = 90⁰C.

Решение. Рассчитываем влагосодержание и энтальпию воздуха после калорифера. Для этого используем формулы (1.14) и (1.23):

	г/кг;
	кДж/кг.

Процесс нагревания воздуха в калорифере проходит без изменения его влагосодержания: d ₀ = d ₁ = 29,3 г/кг, а испарение влаги из материала – при постоянном значении энтальпии: I ₂ = I ₁ = 201,1 кДж/кг. С учетом этого рассчитываем энтальпию воздуха, поступающего в сушилку, по формуле (1.23) и влагосодержание отработавшего воздуха по формуле (1.25):

	I 0 = 1,01×32 + 0,001×29,3×(1,88×32 + 2500) = 107,3 кДж/кг;
	г/кг.

По формуле (1.41) определяем удельный расход теплоты на испарение влаги:

кДж/кг.

Ответ: q _исп = 7816,7 кДж/кг.

Пример № 26. Топочный газ поступает в газовую сушилку с однократной циркуляцией в количестве М _т = 10 кг/с, имея температуру t _т = 700⁰С и влагосодержание d _т = 220 г/кг. Он смешивается с М ₀ = 12 кг/с атмосферного воздуха, температура которого t ₀ = 15⁰С, а влагосодержание d ₀ = 6 г/кг. Температура отработавшего сушильного агента t ₂ = 120⁰С. Определить удельный расход теплоты на испаре-
ние влаги.

Решение. По формуле (1.23) определяем энтальпию атмосферного воздуха

кДж/кг.

По табл. 3 приложения для диапазона температуры
от 0 до 700⁰С определяем теплоемкость воздуха и пара с _в = 1,0694 кДж/(кг×К); с _п = 2,0670 кДж/(кг×К).

Применив формулу (1.26), определяем энтальпию топочно-
го газа:

кДж/кг.

По формуле (1.34) определяем коэффициент пропорции смеси:

.

Используя формулы (1.35) и (1.36), находим энтальпию и влагосодержание рабочей газовой смеси:

	кДж/кг;