Διάλεξη DRYING.

Η ξήρανση είναι η διαδικασία αφαίρεσης της υγρασίας από στερεάμε την εξάτμισή του και την απομάκρυνση των ατμών που προκύπτουν.

Συχνά προηγείται θερμική ξήρανση μηχανικές μεθόδουςαπομάκρυνση της υγρασίας (συμπίεση, καθίζηση, διήθηση, φυγοκέντρηση).

Σε όλες τις περιπτώσεις, η ξήρανση με τη μορφή ατμών απομακρύνει το πτητικό συστατικό (νερό, οργανικός διαλύτης κ.λπ.)

Σύμφωνα με τη φυσική ουσία, το στέγνωμα είναι μια διαδικασία κοινής θερμότητας, μεταφοράς μάζας και μειώνεται στη μετακίνηση υγρασίας υπό την επίδραση θερμότητας από το βάθος του ξηρού υλικού στην επιφάνειά του και στην επακόλουθη εξάτμισή του. Κατά τη διαδικασία της ξήρανσης, ένα υγρό σώμα τείνει σε κατάσταση ισορροπίας με περιβάλλον, επομένως η θερμοκρασία και η περιεκτικότητά του σε υγρασία είναι γενικά συνάρτηση του χρόνου και των συντεταγμένων.

Στην πράξη, η έννοια χρησιμοποιείται υγρασία v, το οποίο ορίζεται ως:

(5.2)

Αν τότε

Σύμφωνα με τη μέθοδο παροχής θερμότητας, υπάρχουν:

Συναγωγική ξήρανση, που πραγματοποιείται με άμεση επαφή του υλικού και του ξηραντικού.

Στέγνωμα επαφής (αγώγιμο), θερμότητα μεταφέρεται στο υλικό μέσω του τοίχου που τα χωρίζει.

Ξήρανση με ακτινοβολία - με μεταφορά θερμότητας με υπέρυθρη ακτινοβολία.

Ξήρανση με κατάψυξη, κατά την οποία η υγρασία αφαιρείται από το υλικό σε παγωμένη κατάσταση (συνήθως σε κενό).

Διηλεκτρική ξήρανση, κατά την οποία το υλικό ξηραίνεται στο πεδίο ρευμάτων υψηλής συχνότητας.

Με οποιαδήποτε μέθοδο ξήρανσης, το υλικό έρχεται σε επαφή με υγρό αέρα. Στις περισσότερες περιπτώσεις, το νερό αφαιρείται από το υλικό, επομένως συνήθως εξετάζεται ένα σύστημα ξηρού αέρα - υδρατμών.

Επιλογές υγρός αέρας.

Ένα μείγμα ξηρού αέρα και υδρατμών είναι υγρός αέρας. Παράμετροι υγρού αέρα:

Σχετική και απόλυτη υγρασία.

Θερμοχωρητικότητα και ενθαλπία.

Υγρός αέρας, στο χαμηλό Πκαι Τ,μπορεί να θεωρηθεί ένα δυαδικό μείγμα ιδανικών αερίων - ξηρού αέρα και υδρατμών. Τότε, σύμφωνα με το νόμο του Dalton, μπορούμε να γράψουμε:

(5.3)

που Π– πίεση μίγματος ατμού-αερίου , σ γ ζείναι η μερική πίεση του ξηρού αέρα, είναι η μερική πίεση των υδρατμών.

Δωρεάν ή υπέρθερμος ατμός - δίνεται Τ και Ρδεν συμπυκνώνεται. Η μέγιστη δυνατή περιεκτικότητα ατμών στο αέριο, πάνω από το οποίο συμβαίνει συμπύκνωση, αντιστοιχεί σε συνθήκες κορεσμού σε ένα ορισμένο Τκαι μερική πίεση .

Διακρίνετε την απόλυτη, τη σχετική υγρασία και την περιεκτικότητα σε υγρασία του αέρα.

Απόλυτη υγρασίαείναι η μάζα των υδρατμών ανά μονάδα όγκου υγρού αέρα (kg / m 3). έννοια απόλυτη υγρασίασυμπίπτει με την έννοια της πυκνότητας ατμών σε θερμοκρασία Τ και μερική πίεση .

Σχετική υγρασίαείναι ο λόγος της ποσότητας υδρατμών στον αέρα προς τη μέγιστη δυνατή, υπό δεδομένες συνθήκες, ή ο λόγος της πυκνότητας των ατμών υπό δεδομένες συνθήκες προς την πυκνότητα των κορεσμένων ατμών υπό τις ίδιες συνθήκες:

Σύμφωνα με την εξίσωση κατάστασης ενός ιδανικού αερίου Mendeleev - Klaiperon για ατμό σε ελεύθερη και κορεσμένη κατάσταση, έχουμε:

και (5.5)

Εδώ το M p είναι η μάζα ενός mol ατμού σε kg, το R είναι η σταθερά του αερίου.

Λαμβάνοντας υπόψη το (5.5), η εξίσωση (5.4) παίρνει τη μορφή:

Η σχετική υγρασία καθορίζει την περιεκτικότητα σε υγρασία του ξηραντικού παράγοντα (αέρας).

Εδώ Γ Πείναι η μάζα (ρυθμός ροής μάζας) του ατμού, L είναι η μάζα (ρυθμός ροής μάζας) του απολύτως ξηρού αερίου. Εκφράζουμε τις ποσότητες G P και L μέσω της εξίσωσης κατάστασης ενός ιδανικού αερίου:

,

Στη συνέχεια η σχέση (5.7) μετατρέπεται στη μορφή:

(5.8)

Μάζα 1 mole ξηρού αέρα μέσα κιλό.

Παρουσιάζοντας και λαμβάνοντας υπόψη παίρνουμε:

(5.9)

Για σύστημα αέρος-υδροατμού , . Τότε έχουμε:

(5.10)

Έτσι, έχει δημιουργηθεί μια σχέση μεταξύ της περιεκτικότητας σε υγρασία x και της σχετικής υγρασίας φ του αέρα.

Ειδική θερμότηταΤο υγρό αέριο λαμβάνεται ως πρόσθετη θερμοχωρητικότητα ξηρού αερίου και ατμού.

Ειδική θερμότητα υγρού αερίου ντο, αναφέρεται σε 1 kg ξηρού αερίου (αέρα):

(5.11)

όπου είναι η ειδική θερμότητα του ξηρού αερίου, η ειδική θερμότητα του ατμού.

Ειδική θερμοχωρητικότητα, που αναφέρεται στο 1 κιλόμίγμα ατμών-αερίου:

(5.12)

Συνήθως χρησιμοποιείται σε υπολογισμούς με.

Ειδική ενθαλπία υγρού αέρα Hαναφέρεται σε 1 kg απόλυτα ξηρού αέρα και προσδιορίζεται σε μια δεδομένη θερμοκρασία αέρα T ως το άθροισμα των ενθαλπιών του απολύτως ξηρού αέρα και των υδρατμών:

(5.13)

Η ειδική ενθαλπία του υπέρθερμου ατμού προσδιορίζεται από την ακόλουθη έκφραση.

Ξήρανσηείναι η διαδικασία αφαίρεσης της υγρασίας από τα υλικά.

Η υγρασία μπορεί να αφαιρεθεί μηχανικά(συμπίεση, φιλτράρισμα, φυγοκέντρηση) ή θερμικόςδηλ. με εξάτμιση της υγρασίας και απομάκρυνση των ατμών που προκύπτουν.

Στη φυσική της ουσία, η ξήρανση είναι ένας συνδυασμός διαδικασιών μεταφοράς θερμότητας και μάζας που σχετίζονται μεταξύ τους. Η απομάκρυνση της υγρασίας κατά την ξήρανση μειώνεται στη μετακίνηση της θερμότητας και της υγρασίας στο εσωτερικό του υλικού και στη μεταφορά τους από την επιφάνεια του υλικού στο περιβάλλον.

Σύμφωνα με τη μέθοδο παροχής θερμότητας στο αποξηραμένο υλικό, διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι ξήρανσης:

– συναγωγική ξήρανση– άμεση επαφή του αποξηραμένου υλικού με ένα μέσο ξήρανσης, το οποίο χρησιμοποιείται συνήθως ως θερμαινόμενος αέρας ή καυσαέρια (κατά κανόνα αναμεμειγμένο με αέρα).

– στέγνωμα επαφής- μεταφορά θερμότητας από το ψυκτικό στο υλικό μέσω του τοίχου που τα χωρίζει.

– ξήρανση με ακτινοβολία- μεταφορά θερμότητας με υπέρυθρες ακτίνες.

– διηλεκτρική ξήρανση– θέρμανση στον τομέα των ρευμάτων υψηλής συχνότητας.

– λυοφιλίωση– στέγνωμα σε παγωμένη κατάσταση υπό υψηλό κενό.

Μορφή δεσμού υγρασίας στο υλικό

Ο μηχανισμός της διαδικασίας ξήρανσης καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από τη μορφή του δεσμού υγρασίας με το προϊόν: όσο ισχυρότερος είναι αυτός ο δεσμός, τόσο πιο δύσκολη είναι η διαδικασία ξήρανσης. Η διαδικασία αφαίρεσης της υγρασίας από το προϊόν συνοδεύεται από παραβίαση της σύνδεσής του με το προϊόν, η οποία απαιτεί μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας.

Όλες οι μορφές επικοινωνίας της υγρασίας με το προϊόν χωρίζονται σε τρεις μεγάλες ομάδεςΛέξεις κλειδιά: χημικός δεσμός, φυσικοχημικός δεσμός, φυσικομηχανικός δεσμός. Κατά τη διαδικασία ξήρανσης των προϊόντων διατροφής, κατά κανόνα, αφαιρείται φυσικοχημικά και φυσικομηχανικά δεσμευμένη υγρασία.

Χημικά συνδεδεμένο νερό συγκρατείται πιο σταθερά και δεν αφαιρείται όταν το υλικό θερμαίνεται στους 120 ... 150 ° C. Η χημικά δεσμευμένη υγρασία είναι πιο σταθερά προσκολλημένη στο προϊόν και μπορεί να αφαιρεθεί μόνο όταν το υλικό θερμαίνεται σε υψηλές θερμοκρασίες ή ως αποτέλεσμα χημική αντίδραση. Αυτή η υγρασία δεν μπορεί να αφαιρεθεί από το προϊόν κατά την ξήρανση.

Φυσικο-μηχανική δεσμευμένη υγρασία είναι το υγρό στα τριχοειδή αγγεία και το υγρό διαβροχής.

Η υγρασία στα τριχοειδή αγγεία υποδιαιρείται σε υγρασία μακροτριχοειδήκαι μικροτριχοειδή. Τα μακροτριχοειδή γεμίζουν με υγρασία σε άμεση επαφή με το υλικό. Η υγρασία εισέρχεται στα μικροτριχοειδή τόσο με άμεση επαφή όσο και ως αποτέλεσμα της απορρόφησής της από το περιβάλλον.

Φυσικοχημικός δεσμός συνδυάζει δύο τύπους υγρασίας: προσρόφησηκαι οσμωτικάδεσμευμένη υγρασία. Η υγρασία προσρόφησης συγκρατείται σταθερά στην επιφάνεια και στους πόρους του σώματος. Οσμωτικά δεσμευμένη υγρασία, που ονομάζεται επίσης υγρασία διόγκωσης, βρίσκεται μέσα στα κύτταρα του υλικού και συγκρατείται από οσμωτικές δυνάμεις. Προσρόφηση υγρασίααπαιτεί πολύ περισσότερη ενέργεια για την απομάκρυνσή του από τη διόγκωση της υγρασίας.

Βασικές παράμετροι υγρού αέρα

Κατά τη συναγωγή ξήρανσης, ο φορέας θερμότητας (ξηραντικός παράγοντας) μεταφέρει θερμότητα στο προϊόν και αφαιρεί την υγρασία που εξατμίζεται από το προϊόν. Έτσι, ο ξηραντικός παράγοντας παίζει το ρόλο ενός φορέα θερμότητας και υγρασίας. Η κατάσταση του υγρού αέρα χαρακτηρίζεται από τις ακόλουθες παραμέτρους: βαρομετρική πίεση και μερική πίεση ατμών, απόλυτη και σχετική υγρασία, περιεκτικότητα σε υγρασία, πυκνότητα, ειδικός όγκος, θερμοκρασία και ενθαλπία.Γνωρίζοντας τις τρεις παραμέτρους του υγρού αέρα, μπορείτε να βρείτε όλες τις άλλες.

Η απόλυτη σημασία του αέρα ονομάζεται μάζα υδρατμών σε 1 m 3 υγρού αέρα (kg / m 3).

Σχετική υγρασία , δηλ. βαθμό κορεσμού αέρα  , είναι ο λόγος της απόλυτης υγρασίας προς τη μέγιστη δυνατή μάζα υδρατμών (
), το οποίο μπορεί να περιέχεται σε 1 m 3 υγρού αέρα υπό τις ίδιες συνθήκες (θερμοκρασία και βαρομετρική πίεση),

, δηλ.
100. (1)

Η μάζα των υδρατμών, kg, που περιέχεται στον υγρό αέρα και ανά 1 kg απόλυτα ξηρού αέρα ονομάζεται περιεκτικότητα σε υγρασία του αέρα:

, (2)

Ενθαλπία ΕγώΟ υγρός αέρας αναφέρεται σε 1 kg απόλυτα ξηρού αέρα και προσδιορίζεται σε μια δεδομένη θερμοκρασία αέρα t°C ως το άθροισμα των ενθαλπιών του απολύτως ξηρού αέρα
και υδρατμούς
(J/kg ξηρός αέρας):

, (3)

που με r.v– μέση ειδική θερμοχωρητικότητα του απολύτως ξηρού αέρα, J/(kgK); Εγώ nείναι η ενθαλπία των υδρατμών, kJ/kg.

Εγώ  ρε -διάγραμμα υγρού αέρα.Οι κύριες ιδιότητες του υγρού αέρα μπορούν να προσδιοριστούν χρησιμοποιώντας Εγώ Χ-διάγραμμα, που αναπτύχθηκε για πρώτη φορά από τον L.K. Ramzin το 1918. Διάγραμμα Εγώ-Χ(Εικ. 1) κατασκευασμένο για σταθερή πίεση R= 745 mm Hg Τέχνη. (περίπου 99 kN / m 2).

Στον κατακόρυφο άξονα των τεταγμένων, η ενθαλπία απεικονίζεται σε μια ορισμένη κλίμακα Εγώ, και στον άξονα της τετμημένης - περιεκτικότητα σε υγρασία ρε. Ο άξονας της τετμημένης βρίσκεται υπό γωνία 135 ως προς τον άξονα τεταγμένων (για να αυξηθεί το τμήμα εργασίας του πεδίου του γραφήματος και η ευκολία περιστροφής των καμπυλών  = const).

Οι γραμμές στο διάγραμμα είναι:

σταθερή περιεκτικότητα σε υγρασία (ρε= const) είναι κάθετες γραμμές παράλληλες στον άξονα y.

σταθερή ενθαλπία ( Εγώ\u003d const) - ευθείες γραμμές παράλληλες προς τον άξονα της τετμημένης, δηλαδή, που πηγαίνουν υπό γωνία 135 ° προς τον ορίζοντα.

σταθερές θερμοκρασίες ή ισόθερμες (t= const);

σταθερή σχετική υγρασία (  = const);

μερικές πιέσεις υδρατμών R Πσε υγρό αέρα, οι τιμές του οποίου απεικονίζονται στην κλίμακα στον δεξιό άξονα y του διαγράμματος.

Ρύζι. ένας. Εγώ–ρε-διάγραμμα

Απόλυτη υγρασία αέρα ρ n, kg / m, ονομάζουν τη μάζα των υδρατμών που περιέχεται σε 1 m 3 υγρού αέρα, δηλαδή, η απόλυτη υγρασία του αέρα είναι αριθμητικά ίση με την πυκνότητα ατμών σε μια δεδομένη μερική πίεση P p και τη θερμοκρασία του μείγματος t.

Η περιεκτικότητα σε υγρασία είναι ο λόγος της μάζας του ατμού προς τη μάζα του ξηρού αέρα που περιέχεται στον ίδιο όγκο υγρού αερίου. Λόγω των μικρών τιμών της μάζας του ατμού στον υγρό αέρα, η περιεκτικότητα σε υγρασία εκφράζεται σε γραμμάρια ανά 1 kg ξηρού αέρα και συμβολίζεται με d. Η σχετική υγρασία φ είναι ο βαθμός κορεσμού αερίου με ατμό και εκφράζεται με τον λόγο της απόλυτης υγρασίας ρ n στο μέγιστο δυνατό στις ίδιες πιέσεις και θερμοκρασίες ρ n.

Όσον αφορά έναν αυθαίρετο όγκο υγρού αέρα V, ο οποίος περιέχει D p kg, υδρατμούς και L kg, ξηρό αέρα σε βαρομετρική πίεση P b και απόλυτη θερμοκρασία T, μπορούμε να γράψουμε:

(5.2)

(5.3)

(5.4)

Εάν ο υγρός αέρας θεωρείται ως μείγμα ιδανικών αερίων, για τα οποία ισχύει ο νόμος του Dalton, P b = R c + P p και η εξίσωση Clapeyron, PV \u003d G ∙ R ∙ T, στη συνέχεια για ακόρεστο αέρα:

(5.5)

για κορεσμένο αέρα:

(5.6)

όπου D p, D n - μάζα ατμού σε ακόρεστες και κορεσμένες καταστάσεις αέρα.
R p - ζεύγος σταθερών αερίων.

Από πού προέρχεται:

(5.7)

Από τις εξισώσεις κατάστασης που γράφτηκαν για τον αέρα και τον ατμό, προκύπτει:

(5.9)

Αναλογία αερίου σταθερός αέραςκαι το ζεύγος είναι 0,622, τότε:

Δεδομένου ότι η μάζα του ξηρού μέρους του παραμένει αμετάβλητη στις διαδικασίες ανταλλαγής θερμότητας με τη συμμετοχή υγρού αέρα, είναι βολικό να χρησιμοποιηθεί η ενθαλπία του υγρού αέρα H, που αναφέρεται στη μάζα του ξηρού αέρα, για υπολογισμούς θερμικής μηχανικής:

όπου C in είναι η μέση ειδική θερμοχωρητικότητα του ξηρού αέρα στην περιοχή θερμοκρασίας 0÷100 o C, (C in = 1,005 kJ/kg∙K); C p - μέση ειδική θερμότητα υδρατμών (C p = 1,807 kJ / kg ∙ K).

Μια εικόνα της αλλαγής της κατάστασης ενός υγρού αερίου σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις φαίνεται στο διάγραμμα H-d (Εικ. 5.3).

Το διάγραμμα H-d είναι γραφική εικόναστην επιλεγμένη βαρομετρική πίεση των κύριων παραμέτρων αέρα (H, d, t, φ, R p). Για τη διευκόλυνση της πρακτικής χρήσης του διαγράμματος H-d, χρησιμοποιείται ένα λοξό σύστημα συντεταγμένων, στο οποίο οι γραμμές H \u003d const βρίσκονται σε γωνία \u003d 135 ° προς την κατακόρυφο.

Εικόνα 5.3 - Κατασκευή γραμμών t \u003d const, P p και φ \u003d 100% στο διάγραμμα H-d

Το σημείο α αντιστοιχεί στο H \u003d 0. Από το σημείο α, ορίζεται μια θετική τιμή ενθαλπίας στην αποδεκτή κλίμακα, προς τα κάτω - αρνητικά, που αντιστοιχεί σε αρνητικές θερμοκρασίες. Για να δημιουργήσετε τη γραμμή t=const, χρησιμοποιήστε την εξίσωση H=1,0t + 0,001d(2493+1,97t). Η γωνία α μεταξύ της ισόθερμης t = 0 και της ισοενθάλπης H = 0 προσδιορίζεται από την εξίσωση:

Επομένως α≈45°, και η ισόθερμη t = 0 o C είναι μια οριζόντια γραμμή.

Για t > 0, κάθε ισόθερμη είναι χτισμένη σε δύο σημεία (ισόθερμη t 1 σε σημεία σικαι σε). Με την αύξηση της θερμοκρασίας, το συστατικό της ενθαλπίας αυξάνεται, γεγονός που οδηγεί σε παραβίαση του παραλληλισμού των ισόθερμων.

Για την κατασκευή της γραμμής φ = const, σχεδιάζεται μια γραμμή μερικών πιέσεων ατμών σε μια συγκεκριμένη κλίμακα ανάλογα με την περιεκτικότητα σε υγρασία. Το P p εξαρτάται από τη βαρομετρική πίεση, επομένως το διάγραμμα είναι κατασκευασμένο για P b = const.

Η γραμμή μερικής πίεσης κατασκευάζεται σύμφωνα με την εξίσωση:

(5.11)

Λαμβάνοντας υπόψη τις τιμές d 1 , d 2 και προσδιορίζοντας P p1 P p2 βρείτε τα σημεία g, d ..., τα οποία συνδέουν, λαμβάνετε μια γραμμή μερικής πίεσης υδρατμών.

Η κατασκευή των γραμμών φ = const ξεκινά με την ευθεία φ =1 (P p = P s). Χρησιμοποιώντας θερμοδυναμικούς πίνακες υδρατμών, βρείτε για πολλές αυθαίρετες θερμοκρασίες t 1 , t 2 ... τις αντίστοιχες τιμές των P s 1 , P s 2 ... Σημεία τομής των ισοθερμών t 1 , t 2 ... με γραμμές d = const που αντιστοιχεί σε P s 1 , P s 2 ..., προσδιορίστε τη γραμμή κορεσμού φ = 1. Η περιοχή του διαγράμματος που βρίσκεται πάνω από την καμπύλη φ = 1 χαρακτηρίζει τον ακόρεστο αέρα. η περιοχή του διαγράμματος κάτω από φ = 1 χαρακτηρίζει τον αέρα σε κορεσμένη κατάσταση. Οι ισόθερμες στην περιοχή κάτω από την ευθεία φ = 1 (στην περιοχή της ομίχλης) υφίστανται θραύση και έχουν διεύθυνση που συμπίπτει με H = const.

Δεδομένης της διαφορετικής σχετικής υγρασίας και υπολογίζοντας ταυτόχρονα P p =φP s, οι γραμμές φ = const κατασκευάζονται παρόμοια με την κατασκευή της γραμμής φ = 1.

Σε t = 99,4 o C, που αντιστοιχεί στο σημείο βρασμού του νερού στο ατμοσφαιρική πίεση, οι καμπύλες φ \u003d const υφίστανται θραύση, αφού σε t≥99,4 о С P p max \u003d P b. Αν ένα , τότε οι ισόθερμες αποκλίνουν προς τα αριστερά από την κατακόρυφο, και αν , οι γραμμές φ = const θα είναι κάθετες.

Όταν ο υγρός αέρας θερμαίνεται σε έναν εναλλάκτη θερμότητας ανάκτησης, η θερμοκρασία και η ενθαλπία του αυξάνονται και η σχετική υγρασία μειώνεται. Η αναλογία των μαζών υγρασίας και ξηρού αέρα παραμένει αμετάβλητη (d = const) - διαδικασία 1-2 (Εικ. 5.4 α).

Κατά τη διαδικασία ψύξης του αέρα σε ένα HE, η θερμοκρασία και η ενθαλπία μειώνονται, η σχετική υγρασία αυξάνεται και η περιεκτικότητα σε υγρασία d παραμένει αμετάβλητη (διαδικασία 1-3). Με περαιτέρω ψύξη, ο αέρας θα φτάσει σε πλήρη κορεσμό, φ \u003d 1, σημείο 4. Η θερμοκρασία t 4 ονομάζεται θερμοκρασία σημείου δρόσου. Όταν η θερμοκρασία πέσει από t 4 σε t 5, οι υδρατμοί (μερικώς) συμπυκνώνονται, σχηματίζεται ομίχλη και η περιεκτικότητα σε υγρασία μειώνεται. Σε αυτήν την περίπτωση, η κατάσταση του αέρα θα αντιστοιχεί σε κορεσμό σε μια δεδομένη θερμοκρασία, δηλαδή, η διαδικασία θα προχωρήσει κατά μήκος της γραμμής φ \u003d 1. Η υγρασία σταγονιδίων d 1 - d 5 απομακρύνεται από τον αέρα.

Εικόνα 5.4 - Οι κύριες διαδικασίες αλλαγής της κατάστασης του αέρα μέσα Διάγραμμα H-d

Κατά την ανάμιξη αέρα δύο καταστάσεων, η ενθαλπία του μείγματος είναι N cm:

Αναλογία ανάμειξης k \u003d L 2 / L 1

και ενθαλπία
(5.13)

Στο διάγραμμα H-d, το σημείο μίγματος βρίσκεται σε μια ευθεία γραμμή που συνδέει τα σημεία 1 και 2 για k → ~ H cm = H 2, για k → 0, H cm → H 1. Είναι πιθανό η κατάσταση του μείγματος να είναι στην περιοχή του υπερκορεσμένου αέρα. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται ομίχλη. Το σημείο του μείγματος αφαιρείται κατά μήκος της γραμμής H = const στη γραμμή φ = 100%, μέρος της υγρασίας στάγδην Δd πέφτει (Εικ. 5.4 β).

Ο ατμοσφαιρικός αέρας είναι ένα μείγμα αερίων (άζωτο, οξυγόνο, ευγενή αέρια κ.λπ.) με λίγους υδρατμούς. Η ποσότητα των υδρατμών που περιέχεται στον αέρα έχει μεγάλη σημασία για τις διεργασίες που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα.

Υγρός αέρας- μείγμα ξηρού αέρα και υδρατμών. Η γνώση των ιδιοτήτων του είναι απαραίτητη για την κατανόηση και τον υπολογισμό τέτοιων τεχνικών συσκευών όπως στεγνωτήρια, συστήματα θέρμανσης και εξαερισμού κ.λπ.

Ο υγρός αέρας που περιέχει τη μέγιστη ποσότητα υδρατμών σε μια δεδομένη θερμοκρασία ονομάζεται πλούσιος. Ο αέρας που δεν περιέχει τη μέγιστη δυνατή ποσότητα υδρατμών σε μια δεδομένη θερμοκρασία ονομάζεται ακόρεστα. Ο ακόρεστος υγρός αέρας αποτελείται από ένα μείγμα ξηρού αέρα και υπερθερμασμένου υδρατμού, ενώ ο κορεσμένος υγρός αέρας αποτελείται από ξηρό αέρα και κορεσμένους υδρατμούς. Οι υδρατμοί περιέχονται στον αέρα, συνήθως σε μικρές ποσότητες και στις περισσότερες περιπτώσεις σε υπερθερμασμένη κατάσταση, επομένως ισχύουν για αυτόν οι νόμοι των ιδανικών αερίων.

Υγρή πίεση αέρα ΣΤΟ, σύμφωνα με το νόμο του Dalton, είναι ίσο με το άθροισμα των μερικών πιέσεων του ξηρού αέρα και των υδρατμών:

B = p B + p P, (2.1)

που ΣΤΟ– βαρομετρική πίεση, Pa, σελ Β, r Πείναι οι μερικές πιέσεις του ξηρού αέρα και των υδρατμών, αντίστοιχα, Pa.

Κατά τη διαδικασία της ισοβαρικής ψύξης του ακόρεστου υγρού αέρα, μπορεί να επιτευχθεί κατάσταση κορεσμού. Η συμπύκνωση των υδρατμών που περιέχονται στον αέρα, ο σχηματισμός ομίχλης δείχνουν το επίτευγμα σημεία δρόσουή θερμοκρασία δρόσου. Το σημείο δρόσου είναι η θερμοκρασία στην οποία πρέπει να ψυχθεί ο υγρός αέρας υπό σταθερή πίεση για να κορεσθεί.

Το σημείο δρόσου εξαρτάται από τη σχετική υγρασία του αέρα. Σε υψηλή σχετική υγρασία, το σημείο δρόσου είναι κοντά στην πραγματική θερμοκρασία του αέρα.

Απόλυτη υγρασία ρ Pκαθορίζει τη μάζα των υδρατμών που περιέχονται σε 1 m 3 υγρού αέρα.

Σχετική υγρασία φκαθορίζει τον βαθμό κορεσμού του αέρα με υδρατμούς:

εκείνοι. πραγματική αναλογία απόλυτης υγρασίας ρ Πστην υψηλότερη δυνατή απόλυτη υγρασία σε κορεσμένο αέρα ρ Ηστην ίδια θερμοκρασία.

Για κορεσμένο αέρα φ = 1 ή 100%, και για ακόρεστο υγρό αέρα φ < 1.

Η τιμή της περιεκτικότητας σε υγρασία, εκφρασμένη σε μερικές πιέσεις:

(2.4)

Όπως φαίνεται από την εξίσωση (2.4), με αυξανόμενη μερική πίεση r Ππεριεκτικότητα σε υγρασία ρεαυξάνει.

Η ενθαλπία του υγρού αέρα είναι μια από τις κύριες παραμέτρους του και χρησιμοποιείται ευρέως στους υπολογισμούς των εγκαταστάσεων ξήρανσης, των συστημάτων εξαερισμού και κλιματισμού. Η ενθαλπία του υγρού αέρα σχετίζεται με μια μονάδα μάζας ξηρού αέρα (1 kg) και ορίζεται ως το άθροισμα των ενθαλπιών του ξηρού αέρα εγώ Βκαι υδρατμούς εγώ Π, kJ/kg:

i = i B + i P ∙d(2.5)

id - διάγραμμα υγρού αέρα

ταυτότητα- το διάγραμμα υγρού αέρα προτάθηκε το 1918. καθ. ΕΝΤΑΞΕΙ. Ramzin. Στο διάγραμμα (Εικ. 2.1), η τετμημένη δείχνει τις τιμές της περιεκτικότητας σε υγρασία ρε, g/kg, και κατά μήκος του άξονα y - ενθαλπία Εγώυγρός αέρας, kJ/kg, αναφέρεται σε 1 kg ξηρού αέρα. Για καλύτερη χρήσηδιάγραμμα τετράγωνης γραμμής Εγώ=const σχεδιασμένο υπό γωνία 135° ως προς τις γραμμές ρε=const και αξίες ρεμετακινήθηκε σε οριζόντια γραμμή. Ισόθερμες ( t=const) απεικονίζονται ως ευθείες γραμμές.

Με ταυτότητα– Στο διάγραμμα υγρού αέρα, για κάθε κατάσταση υγρού αέρα, μπορεί να προσδιοριστεί η θερμοκρασία του σημείου δρόσου. Για να γίνει αυτό, από ένα σημείο που χαρακτηρίζει την κατάσταση του αέρα, είναι απαραίτητο να σχεδιάσετε μια κατακόρυφη (γραμμή ρε=const) πριν περάσετε τη γραμμή φ =100%. Η ισόθερμη που διέρχεται από το ληφθέν σημείο θα καθορίσει το επιθυμητό σημείο δρόσου του υγρού αέρα.

καμπύλη κορεσμού φ = 100% κοινόχρηστο ταυτότητα- ένα διάγραμμα για την άνω περιοχή του ακόρεστου υγρού αέρα και την κάτω περιοχή του υπερκορεσμένου αέρα, στην οποία η υγρασία βρίσκεται σε κατάσταση σταγονιδίων (περιοχή ομίχλης).

ταυτότητα- το διάγραμμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επίλυση προβλημάτων που σχετίζονται με το στέγνωμα των υλικών. Η διαδικασία ξήρανσης αποτελείται από δύο διαδικασίες: θέρμανση υγρού αέρα και ύγρανσή του, λόγω της εξάτμισης της υγρασίας από το αποξηραμένο υλικό.

Ρύζι. 2.1. ταυτότητα– διάγραμμα υγρού αέρα

διαδικασία θέρμανσηςπροχωρά με σταθερή περιεκτικότητα σε υγρασία ( ρε=const) και εμφανίζεται στο ταυτότητα- διάγραμμα με κάθετη γραμμή 1-2 (Εικ. 2.1). Η διαφορά ενθαλπίας στο διάγραμμα καθορίζει την ποσότητα θερμότητας που καταναλώνεται για τη θέρμανση 1 kg ξηρού αέρα:

Q = M B∙(Εγώ 2 - Εγώ 1), (2.6)

Ιδανική διαδικασία κορεσμούη υγρασία του αέρα στο θάλαμο ξήρανσης εμφανίζεται σε σταθερή ενθαλπία ( Εγώ=const) και εμφανίζεται ως ευθεία γραμμή 2-3′. Η διαφορά στην περιεκτικότητα σε υγρασία δίνει την ποσότητα υγρασίας που απελευθερώνεται στον θάλαμο στεγνώματος ανά κιλό αέρα:

M P \u003d M V∙(ρε 3 - ρε 2), (2.7)

Η πραγματική διαδικασία ξήρανσης συνοδεύεται από μείωση της ενθαλπίας, δηλ. Εγώ≠const και τραβιέται ευθεία 2-3 .

ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ

Ο ατμοσφαιρικός αέρας είναι σχεδόν πάντα υγρός λόγω της εξάτμισης του νερού από ανοιχτές δεξαμενές στην ατμόσφαιρα, καθώς και λόγω της καύσης οργανικών καυσίμων με το σχηματισμό νερού κ.λπ. θερμός ατμοσφαιρικός αέραςπολύ συχνά χρησιμοποιείται για την ξήρανση διαφόρων υλικών σε θαλάμους ξήρανσης και σε άλλες τεχνολογικές διεργασίες. Η σχετική περιεκτικότητα σε υδρατμούς στον αέρα είναι επίσης ένα από τα πιο σημαντικά συστατικά της κλιματικής άνεσης σε οικιστικούς χώρους και σε χώρους για μακροχρόνια αποθήκευση. τρόφιμακαι βιομηχανικά προϊόντα. Αυτές οι συνθήκες καθορίζουν τη σημασία της μελέτης των ιδιοτήτων του υγρού αέρα και του υπολογισμού των διαδικασιών ξήρανσης.

Εδώ θα εξετάσουμε τη θερμοδυναμική θεωρία του υγρού αέρα, κυρίως με στόχο να μάθουμε πώς να υπολογίζουμε τη διαδικασία ξήρανσης υγρού υλικού, δηλ. μάθετε πώς να υπολογίζετε τη ροή αέρα που θα παρείχε τον απαιτούμενο ρυθμό στεγνώματος του υλικού για τις δεδομένες παραμέτρους της μονάδας ξήρανσης, καθώς και να εξετάσετε την ανάλυση και τον υπολογισμό των εγκαταστάσεων κλιματισμού και κλιματισμού.

Οι υδρατμοί που υπάρχουν στον αέρα μπορεί να είναι είτε υπερθερμασμένοι είτε κορεσμένοι. Υπό ορισμένες συνθήκες, οι υδρατμοί στον αέρα μπορεί να συμπυκνωθούν. τότε η υγρασία πέφτει με τη μορφή ομίχλης (σύννεφο), ή η επιφάνεια θολώνει - πέφτει δροσιά. Παρόλα αυτά, παρά τις μεταβάσεις φάσης, οι υδρατμοί στον υγρό αέρα μπορούν να θεωρηθούν με μεγάλη ακρίβεια ως ιδανικό αέριο μέχρι την ξηρή κορεσμένη κατάσταση. Πράγματι, για παράδειγμα, σε θερμοκρασία t\u003d Οι κορεσμένοι υδρατμοί 50 ° C έχουν πίεση ps = 12300 Pa και συγκεκριμένος όγκος. Έχοντας υπόψη ότι η σταθερά αερίου για τους υδρατμούς

εκείνοι. με αυτές τις παραμέτρους, ακόμη και οι κορεσμένοι υδρατμοί με σφάλμα που δεν υπερβαίνει το 0,6% συμπεριφέρεται σαν ιδανικό αέριο.

Έτσι, θα θεωρήσουμε τον υγρό αέρα ως μείγμα ιδανικών αερίων με μόνη προειδοποίηση ότι σε καταστάσεις κοντά στον κορεσμό, οι παράμετροι των υδρατμών θα καθορίζονται από πίνακες ή διαγράμματα.

Ας εισαγάγουμε μερικές έννοιες που χαρακτηρίζουν την κατάσταση του υγρού αέρα. Αφήνουμε στον όγκο του χώρου 1 m 3 να υπάρχει υγρός αέρας σε κατάσταση ισορροπίας. Τότε η ποσότητα ξηρού αέρα σε αυτόν τον όγκο θα είναι, εξ ορισμού, η πυκνότητα του ξηρού αέρα ρ sv (kg / m 3) και η ποσότητα των υδρατμών, αντίστοιχα, ρ VP (kg / m 3). Αυτή η ποσότητα υδρατμών ονομάζεται απόλυτη υγρασίαυγρός αέρας. Η πυκνότητα του υγρού αέρα θα είναι προφανώς

Σε αυτή την περίπτωση, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι οι πυκνότητες του ξηρού αέρα και των υδρατμών πρέπει να υπολογίζονται στις αντίστοιχες μερικές πιέσεις, με τέτοιο τρόπο ώστε

εκείνοι. θεωρούμε ότι ο νόμος του Dalton ισχύει για τον υγρό αέρα.

Αν η θερμοκρασία του σημαντικού αέρα είναι t, τότε

Συχνά αντί για πυκνότητα υδρατμών, π.χ. αντί για απόλυτη υγρασία, ο υγρός αέρας χαρακτηρίζεται από τα λεγόμενα περιεκτικότητα σε υγρασία ρε, που ορίζεται ως η ποσότητα υδρατμών ανά 1 κιλό ξηρού αέρα. Για τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας σε υγρασία ρεδιαθέστε λίγο όγκο σε υγρό αέρα V 1, έτσι ώστε η μάζα του ξηρού αέρα σε αυτό να είναι 1 kg, δηλ. διάσταση V 1 στην περίπτωσή μας υπάρχει m 3 / kg St. Τότε η ποσότητα υγρασίας σε αυτόν τον όγκο θα είναι ρε kg VP / kg St. Είναι σαφές ότι η περιεκτικότητα σε υγρασία ρεσχετίζεται με την απόλυτη υγρασία ρ vp. Στην πραγματικότητα, η μάζα του υγρού αέρα σε όγκο V 1 ισούται

Αλλά από τον τόμο V 1 επιλέξαμε ώστε να περιέχει 1 κιλό ξηρό αέρα, τότε προφανώς . Ο δεύτερος όρος είναι, εξ ορισμού, περιεκτικότητα σε υγρασία ρε, δηλ.

Θεωρώντας τον ξηρό αέρα και τους υδρατμούς ως ιδανικά αέρια, παίρνουμε

Λαμβάνοντας υπόψη, βρίσκουμε τη σχέση μεταξύ της περιεκτικότητας σε υγρασία και της μερικής πίεσης των υδρατμών στον αέρα

Αντικαθιστώντας εδώ τις αριθμητικές τιμές, τελικά έχουμε

Δεδομένου ότι οι υδρατμοί δεν είναι ακόμα ιδανικό αέριο με την έννοια ότι η μερική πίεση και η θερμοκρασία του είναι πολύ χαμηλότερες από τις κρίσιμες, ο υγρός αέρας δεν μπορεί να περιέχει αυθαίρετη ποσότητα υγρασίας με τη μορφή ατμού. Ας το δείξουμε αυτό με ένα διάγραμμα. p–vυδρατμούς (βλ. Εικ. 1).

Η αρχική κατάσταση των υδρατμών στον υγρό αέρα ας αντιπροσωπεύεται από το σημείο Γ. Αν τώρα σε σταθερή θερμοκρασία tΜε την προσθήκη υγρασίας με τη μορφή ατμού στον υγρό αέρα, για παράδειγμα, με εξάτμιση νερού από μια ανοιχτή επιφάνεια, το σημείο που αντιπροσωπεύει την κατάσταση των υδρατμών θα κινηθεί κατά μήκος της ισόθερμης t C = const προς τα αριστερά. Η πυκνότητα των υδρατμών στον υγρό αέρα, δηλ. η απόλυτη υγρασία του θα αυξηθεί. Αυτή η αύξηση της απόλυτης υγρασίας θα συνεχιστεί μέχρι να εξατμιστούν οι υδρατμοί σε μια δεδομένη θερμοκρασία tΤο C δεν θα γίνει ξηρό κορεσμένο (κατάσταση S). Μια περαιτέρω αύξηση της απόλυτης υγρασίας σε μια δεδομένη θερμοκρασία είναι αδύνατη, καθώς οι υδρατμοί θα αρχίσουν να συμπυκνώνονται. Έτσι, η μέγιστη τιμή της απόλυτης υγρασίας σε μια δεδομένη θερμοκρασία είναι η πυκνότητα του ξηρού κορεσμένου ατμού σε αυτή τη θερμοκρασία, δηλ.

Ο λόγος της απόλυτης υγρασίας σε μια δεδομένη θερμοκρασία και της μέγιστης δυνατής απόλυτης υγρασίας στην ίδια θερμοκρασία ονομάζεται σχετική υγρασία υγρού αέρα, δηλ. εξ ορισμού έχουμε

Μια άλλη παραλλαγή της συμπύκνωσης ατμών σε υγρό αέρα είναι επίσης δυνατή, δηλαδή, η ισοβαρική ψύξη του υγρού αέρα. Τότε η μερική πίεση των υδρατμών στον αέρα παραμένει σταθερή. Το σημείο Γ στο διάγραμμα p–vθα μετατοπιστεί προς τα αριστερά κατά μήκος της ισοbar μέχρι το σημείο R. Περαιτέρω, η υγρασία θα αρχίσει να πέφτει. Αυτή η κατάσταση συμβαίνει πολύ συχνά κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού κατά τη διάρκεια της νύχτας όταν ο αέρας κρυώνει, όταν πέφτει δροσιά σε κρύες επιφάνειες και σχηματίζεται ομίχλη στον αέρα. Για το λόγο αυτό, η θερμοκρασία στο σημείο R στο οποίο αρχίζει να πέφτει η δροσιά ονομάζεται σημείο δρόσου και συμβολίζεται t R. Ορίζεται ως η θερμοκρασία κορεσμού που αντιστοιχεί σε μια δεδομένη μερική πίεση ατμών

Η ενθαλπία υγρού αέρα ανά 1 kg ξηρού αέρα υπολογίζεται αθροίζοντας

λαμβάνεται υπόψη ότι οι ενθαλπίες ξηρού αέρα και υδρατμών μετρώνται από θερμοκρασία 0 o C (ακριβέστερα, από τη θερμοκρασία του τριπλού σημείου του νερού, ίση με 0,01 o C).