Висушування. Основні параметри вологого газу. І-Х діаграма вологого повітря

Сушіння - процес видалення вологи з матеріалу шляхом випару її й відводу пари, що утворяться. Для сушіння необхідно до матеріалу, що сушиться, підводити теплоту, за рахунок якої відбувається випар вологи. Процес сушіння широко використається в хімічній промисловості, його призначення - поліпшення якості продукту, його зберігання, здешевлення транспортування і ін.

Основні параметри вологого повітря

Властивості повітря як волого- і теплоносія визначаються наступними характеристиками: температурою t; ентальпією I, тобто кількістю теплоти, віднесеним до 1 кг сухого повітря; вологовмістом х, тобто кількістю вологи в кг, що доводиться на 1 кг абсолютно сухого повітря; відносною вологістю j, тобто відношенням фактичної маси водяних пар у повітрі до максимально можливого при тих же температурі й тиску. Оскільки зміст пар у газі характеризується також парціальним тиском, те відносна вологість повітря j= р_п ∕ Р_нас, де р_п – парціальний тиск водяної пари в повітрі (при температурі сухого термометра), Р_нас – тиск насиченої водяної пари при тій же температурі.

Рівняння вологовмісту

Відомо, що при температурі і тиску, близькому до нормальних, властивості вологого повітря достатньо точно описуються рівняннями Дальтона і Клапейрона. Розглянемо суміш, що складається з 1 кг абсолютно сухого повітря і х кг пари, що знаходиться в об'ємі V. Запишемо рівняння Клапейрона для пари і сухого повітря (газу):

Запишемо рівняння Клаперона для пари й сухого повітря (газу):

де р_п і р_В – парціальні тиски пари й сухого повітря; m_П і m_В – маси пари й повітря; М_П і М_В – мольні маси пари й повітря; R – універсальна газова постійна; Т – температура, К.

Розділимо почленно перше рівняння на друге: й приймемо m_П = х, m_В =1, то

Якщо загальний тиск вологого повітря П, то за законом Дальтона парциальний тиск сухого повітря р_В = П - р_п. З іншої сторони, за визначенням парциальний тиск пари р_п = j р_нас. Остаточно отримаємо рівняння вологовмісту:

Якщо пара водяна, то М_п/М_в= 18/29 = 0,622 і рівняння вологовмісту матиме вигляд:

 

х = ,

З останього рівняння виходить, що при даному тиску П вологовміст х є функцією відносної вогкості і температури t,оскільки Р_нас — однозначна функція температури: Р_нас =f(t).

Рівняння ентальпії

Ентальпію вологого повітря I відносять до 1 кг абсолютно сухого повітря й визначають як суму ентальпій 1 кг абсолютно сухого повітря I_с.в. і х кг пари хі_п:

I = 1· I_с.в. + хі_п

Очевидно, 1∙I _с._в = I∙ с_с. _в ∙I, де с_с. _в — питома теплоємність абсолютно сухого повітря; t — температура. Ентальпію водяної пари можна розрахувати по рівнянню — питома теплота фазового перетворення при 0°С; с_п — середня питома теплоємність водяної пари. Тоді

I = 1·с_с.в. t+ х ( t)=(I∙ с_с. _в+x с_п)t+xr₀

Тут с_с. _в = 1 кДж/(кг∙К); с_п = 2 кДж/(кг∙К); r₀ = 2500 кДж/кг.

З обліком, що пара водяна одержимо рівняння ентальпії I (у кдж∕ кг сухого повітря):

I = (1+ 2х)·t +2500х

Ентальпія є функцією вологовмісту х і температури t.