Диаграмма состояния влажного воздуха.

Параметры влажного воздуха.

 

Смесь сухого воздуха с парами воды является влажным воздухом. Параметры влажного воздуха:

-

- относительная и абсолютная влажность;

- влагосодержание;

- теплоемкость и энтальпия.

 

Влажный воздух, при небольших p и Т, можно считать бинарной смесью идеальных газов – сухого воздуха и водяного пара. Тогда по закону Дальтона:

 

(5.161)

 

где P – давление парогазовой смеси, p_cг – парциальное давление сухого воздуха,

р_П – парциальное давление водяного пара.

 

Свободный или перегретый пар – при данных Т и Р он не конденсируется. Максимально возможное содержание паров в газе, выше которого наблюдается конденсация, соответствует условиям насыщения при определенной Т и парциальным давлением р_Н.П.

Различают абсолютную, относительную влажности и влагосодержание воздуха.

Абсолютная влажность – это масса водяного пара в единице объема влажного воздуха (кг/м³). Понятие абсолютной влажности совпадает с понятием плотности пара .

Относительная влажность - это отношение количества паров воды в воздухе к максимально возможному, при данных условиях, или отношение плотности пара при данных условиях к плотности насыщенного пара при тех же условиях:

 

(5.162)

 

По уравнению Менделеева – Клайперона имеем:

 

и (5.163)

Здесь М_п – масса одного моля пара в кг, R – газовая постоянная.

С учетом (5.163) уравнение (5.162) принимает вид:

 

(5.164)

 

Относительная влажность определяет влагоемкость сушильного агента (воздуха).

Влагосодержание х – это количество пара жидкости (в кг), приходящегося на 1 кг абсолютно сухого газа:

 

(5.165)

или

 

Здесь G_П – масса (массовый расход) пара, L – масса (массовый расход) абсолютно сухого газа. Используя соотношения (5.163) получаем:

 

(5.166)

 

масса 1 моля сухого воздуха в кг.

 

Вводя получим:

 

(5.167)

 

Для системы воздух – водяной пар , , тогда имеем:

 

(5.168)

 

 

Итак, установлена связь между влагосодержанием х и относительной влажностью φ.

Удельная теплоемкость влажного газа принимается аддитивной величиной теплоемкостей сухого газа и пара.

Удельная теплоемкость влажного газа С, отнесенная к 1 кг сухого газа (воздуха):

 

(5.169)

 

где удельная теплоемкость сухого газа, удельная теплоемкость пара.

Удельная теплоемкость , отнесенная к 1 кг парогазовой смеси:

 

(5.170)

 

Энтальпия Н влажного воздуха относится к 1 кг абсолютно сухого воздуха и определяется при данной температуре воздуха Т как сумма энтальпий абсолютно сухого воздуха и водяного пара :

 

(5.171)

 

Водяной пар находится в процессе сушки в перегретом состоянии в смеси с воздухом. Энтальпия перегретого пара:

 

(5.172)

 

Здесь энтальпия водяного пара при , - удельная теплоемкость перегретого пара. Подставляя в (5.171) значения Н_р из (5.172) имеем:

 

(5.173)

 

Для системы воздух-водяной пар:

 

(5.174)

 

Плотность парогазовой смеси можно представить как сумму плотностей сухого газа и пара жидкости:

 

(5.175)

 

или

(5.176)

Используя уравнение состояния и уравнение (5.168) получим:

 

(5.177)

Здесь - плотность влажного воздуха, P – общее давление влажного воздуха, парциальное давление водяного пара, Т – температура по Кельвину.

В процессе сушки воздух увлажняется и возрастает и охлаждается (снижается Т). Влияние Т оказывается больше и поэтому увеличивается.

 

Классификация по Лыкову.

- капиллярно-пористые тела,

- коллоидные тела,

- капиллярно-пористые коллоидные тела.

 

По Сажину.

Основа классификации – критический радиус пор:

- время сушки до трех секунд во взвешенном состоянии.

- до 30 секунд

- до 10 минут

- часы.

 

Параметры влажного воздуха.

 

Смесь сухого воздуха с парами воды является влажным воздухом. Параметры влажного воздуха:

-

- относительная и абсолютная влажность;

- влагосодержание;

- теплоемкость и энтальпия.

 

Влажный воздух, при небольших p и Т, можно считать бинарной смесью идеальных газов – сухого воздуха и водяного пара. Тогда по закону Дальтона:

 

(5.161)

 

где P – давление парогазовой смеси, p_cг – парциальное давление сухого воздуха,

р_П – парциальное давление водяного пара.

 

Свободный или перегретый пар – при данных Т и Р он не конденсируется. Максимально возможное содержание паров в газе, выше которого наблюдается конденсация, соответствует условиям насыщения при определенной Т и парциальным давлением р_Н.П.

Различают абсолютную, относительную влажности и влагосодержание воздуха.

Абсолютная влажность – это масса водяного пара в единице объема влажного воздуха (кг/м³). Понятие абсолютной влажности совпадает с понятием плотности пара .

Относительная влажность - это отношение количества паров воды в воздухе к максимально возможному, при данных условиях, или отношение плотности пара при данных условиях к плотности насыщенного пара при тех же условиях:

 

(5.162)

 

По уравнению Менделеева – Клайперона имеем:

 

и (5.163)

Здесь М_п – масса одного моля пара в кг, R – газовая постоянная.

С учетом (5.163) уравнение (5.162) принимает вид:

 

(5.164)

 

Относительная влажность определяет влагоемкость сушильного агента (воздуха).

Влагосодержание х – это количество пара жидкости (в кг), приходящегося на 1 кг абсолютно сухого газа:

 

(5.165)

или

 

Здесь G_П – масса (массовый расход) пара, L – масса (массовый расход) абсолютно сухого газа. Используя соотношения (5.163) получаем:

 

(5.166)

 

масса 1 моля сухого воздуха в кг.

 

Вводя получим:

 

(5.167)

 

Для системы воздух – водяной пар , , тогда имеем:

 

(5.168)

 

 

Итак, установлена связь между влагосодержанием х и относительной влажностью φ.

Удельная теплоемкость влажного газа принимается аддитивной величиной теплоемкостей сухого газа и пара.

Удельная теплоемкость влажного газа С, отнесенная к 1 кг сухого газа (воздуха):

 

(5.169)

 

где удельная теплоемкость сухого газа, удельная теплоемкость пара.

Удельная теплоемкость , отнесенная к 1 кг парогазовой смеси:

 

(5.170)

 

Энтальпия Н влажного воздуха относится к 1 кг абсолютно сухого воздуха и определяется при данной температуре воздуха Т как сумма энтальпий абсолютно сухого воздуха и водяного пара :

 

(5.171)

 

Водяной пар находится в процессе сушки в перегретом состоянии в смеси с воздухом. Энтальпия перегретого пара:

 

(5.172)

 

Здесь энтальпия водяного пара при , - удельная теплоемкость перегретого пара. Подставляя в (5.171) значения Н_р из (5.172) имеем:

 

(5.173)

 

Для системы воздух-водяной пар:

 

(5.174)

 

Плотность парогазовой смеси можно представить как сумму плотностей сухого газа и пара жидкости:

 

(5.175)

 

или

(5.176)

Используя уравнение состояния и уравнение (5.168) получим:

 

(5.177)

Здесь - плотность влажного воздуха, P – общее давление влажного воздуха, парциальное давление водяного пара, Т – температура по Кельвину.

В процессе сушки воздух увлажняется и возрастает и охлаждается (снижается Т). Влияние Т оказывается больше и поэтому увеличивается.

 

Диаграмма состояния влажного воздуха.

Диаграмма энтальпия Н - влагосодержание воздуха х. Эту диаграмму впервые разработал Л.К. Рамзин.

Диаграмма построена для постоянного давления Р=101.28 кПа, но можно использовать без большой ошибки при характерным для конвективных сушилок.

Для определения, параметров влажного воздуха, изменяющихся в процессе сушки, может быть использована диаграмма Рамзина, на которой в координатах энтальпия Н – влагосодержание х нанесены линии постоянной относительной влажности , изотермы и линии зависимости парциального давления водяного пара от влагосодержания воздуха.

Диаграмма имеет угол между осями координат, по оси ординат отложены Н, о оси абсцисс – влагосодержание х, которые для удобства пользования диаграммой, спроектированы на вспомогательную ось, перпендикулярную оси ординат.

На диаграмме нанесены:

- линии х =const (вертикальные прямые, параллельные оси ординат); по уравнению (5.168).

- линии H=const (прямые, параллельные оси абсцисс, то есть идущие под углом к горизонту);

- линии постоянных Т или изотермы; по уравнению (5.174)

- линии ; начало при Т=-273⁰С.

- линии парциальных давлений водяного пара во влажном воздухе, значения которых отложены на правой оси ординат диаграммы.

 

Линия соответствует насыщению воздуха водяным паром при данной температуре. Площадь над ней – рабочая часть диаграмы, отвечает ненасышенному влажному воздуху; под ней – область пересыщения воздуха влажным воздухом.

Линия парциального давления водяного пара строится по (5.168) при

 

На диаграмме Н-х по любым двум известным параметрам влажного воздуха, можно найти точку, которая характеризует состояние воздуха и определить его основные параметры.