Основні параметри вологого газу і І - X -диаграмма

При конвективній сушці сушильний агент передає матеріалу тепло і відносить вологу, що випаровується з матеріалу за рахунок цього тепла, тобто грає роль тепло- і влагоносителя. При інших методах сушки що знаходиться в зіткненні з матеріалом вологий газ виконує роль тільки влагоносителя.

Вологий газ є зазвичай сумішшю сухого повітря і водяної пари, оскільки в більшості випадків з висушуваних матеріалів віддаляється вода, хоча можливе видалення і інших рідин { спиртів, вуглеводнів і ін.).

Вологе повітря як сушильний агент характеризують наступні показники;

1. Абсолютна вологість, тобто кількість водяної пари в кг, ^{вологого} повітря, що міститься в 1 м3.

2. Відносна вологість ц, тобто відношення маси водяної пари, що знаходиться в 1 м3 вологого повітря за даних умов сн, до максимально можливої його кількості в умовах насичення сн_:

(16.1)

Відносну вологість можна також виразити як відношення парціального тиску водяної пари за даних умов рп до пружності насиченої водяної пари за тих же умов рн, тобто

(16.2)

В процесі сушки параметри повітря змінюються, тому при аналізі стану повітря зручно відносити ці змінні до величини, що не змінюється при проведенні процесу сушки, — до 1 кг абсолютно сухого повітря.

3. Влагосодержаніє повітря х — маса водяної пари і кг, що міститься у вологому повітрі, віднесена до 1 кг абсолютно сухого повітря:

кг вологи/кг сухий. возд. (16.3)

де р — загальний тиск вологого повітря.

4. Ентальпія І вологого повітря, яка виражається як сума ентальпії абсолютно сухого повітря iг і ентальпії вологи iв, що міститься в нім:

(16.4)

У розгорненому вигляді, приймаючи теплоємність сухого повітря постійною і рівною 1010 Дж/кг град і водяної пари 1970 Дж/кг град, отримаємо ентальпію вологого повітря:

Дж/кг (16.5)

У технічних розрахунках відлічують ентальпію від 0°С і тому останнього доданку враховує витрату тепла при випаровуванні води при 0°С, рівну 2493 Дж/кг.

При проведенні процесу конвективної сушки повітрям параметри вологого повітря: температура t, ентальпія І, влагосодержание X, відносна вологість ц, парціальний тиск водяної пари р — взаємозв'язані і в процесі сушки змінюються. Найпростіше і наочно ці залежності виражаються графічно на діаграмі стану вологого повітря, запропонованою проф. Рамзіним в 1918 р. (рис.134). По осі ординат відкладені значення ентальпії І вологого повітря, по осі абсцис — значення влагосодержания X. Діаграма І-Х побудована в косокутній системі координат з кутом між осями 135°.

Ріс.134. Діаграма І-Х для вологого повітря

При побудові використані рівняння (16.3), що виражає влагосодержание, і рівняння (16.5) для розрахунку ентальпії. Оскільки ця діаграма призначена для практичного визначення параметрів вологого повітря і використовується для розрахунку сушарок, загальним атмосферним тиском р прийняте середнє, рівне 745 мм рт. ст.

На діаграмі І-Х представлені:

лінії постійного влагосодержания, позначені вертикальними лініями. Зміна влагосодержания повітря на діаграмі нанесена на горизонтальній осі в межах 0 – 0,10 кг/кг сухий. возд.;

лінії постійної ентальпії, позначені похилими прямими лініями під кутом 45° до горизонтальної осі (135° = 90°+ 45°) із зміною в межах від 10 до 300 кДж/кг сухий. возд.;

лінії постійної відносної вологості ц, представлені кривими з межами від 5 до 100%;

ізотерми — лінії з рівними температурами повітря (t = const), позначені прямими лініями з декілька нахилом, що змінюється. На приведеній діаграмі ізотерми дані в межах 0—200° З;

лінія парціального тиску пара, яка виходить з початку координат і має додаткову шкалу справа, що показує тиск в мм рт. ст.

Всі точки діаграми, лежачі вище лінії ц = l00 %, виражають стан вологого повітря. Так, по будь-яких двох параметрах, наприклад t = 60° і ц = 30% (крапка А), можна легко визначити Х=0,04 кг/кг сухий. возд., I=167 кДж/кг сухий. возд., р = 44 мм рт. ст.

Температуру, при якій повітря даного стану, охолоджуючись при постійному влагосодержании х, стає повністю насиченим, тобто ц = 100%, називають точкою роси (крапка а). Її параметри в нашому прикладі: Х = 0,04 кг/кг сухий. возд., ц = 100%, t = 36° І = 140 кДж/кг сухий. возд.

Якщо матеріал, що знаходиться у вологому повітрі, не отримуватиме тепло ззовні і зміст вологи в повітрі за рахунок випаровування буде доведений до повного насичення, тобто ц = 100% (процес протікає при постійній ентальпії І = const), то відбудеться охолоджування повітря і стан повітря характеризуватиметься точкою b, званою межею охолоджування (у нашому прикладі крапка з має ц = 100% і t = 41°).

Основна умова правильної експлуатації і розрахунку конвективних сушильних установок — визначення необхідної витрати тепла і повітря для проведення сушильного процесу. Окрім швидкого і наочного визначення всіх параметрів вологого повітря по діаграмі проводять розрахунок конвективних сушарок.