Исследование параметров влажного воздуха в процессах сушки

 

Цель работы: ознакомиться с основными характеристиками влажного воздуха и Hd-диаграммой; освоить методику экспериментального исследования процесса нагревания влажного воздуха и сушки материалов.

 

Задание

 

1. Исследовать процессы нагревания влажного воздуха и сушки материалов (мокрые фарфоровые бусинки – кольца Рашига) нагретым воздухом:

а. Измерить параметры влажного воздуха на входе воздуха в установку и на выходе из нее;

б. Рассчитать тепловой поток, полученный воздухом в электронагревателе Q, Вт (1 Вт = 1 Дж/с);

в. Рассчитать массу влаги Мп, г влаги/ч, получаемую нагретым воздухом от высушиваемого материала за единицу времени;

2. Составить отчет о выполненной работе, который должен содержать: задание, основы теории (кратко), схему экспериментальной установки, результаты измерений (в виде таблиц и расчетов). Представить процессы нагревания и сушки в Hd-диаграмме.

 

Основы теории

Влажным воздухом называют смесь сухого воздуха с водяным паром. В качестве рабочего тела влажный воздух используется в сушилках, компрессорах и т.п.

Процессы во влажном воздухе часто протекают при давлениях, близких к атмосферному, когда свойства сухого воздуха и водяного пара близки к свойствам идеального газа. Поэтому далее будет рассматриваться влажный воздух при атмосферном давлении и температуре не выше 100 оС. Такой воздух можно рассматривать как смесь идеальных газов, однако с существенной особенностью, что водяной пар во влажном воздухе при определенных условиях может конденсироваться, т.е. вести себя как истинно реальный газ.

Согласно закону Дальтона, каждый газ, входящий в смесь, находится под своим парциальным давлением, а сумма парциальных давлений компонентов равна давлению смеси:

(1)

тогда при

, (2)

где рсм - давление влажного воздуха; рсв - парциальное давление сухого воздуха; рп - парциальное давление водяного пара; В – атмосферное давление.

Чем больше водяного пара содержится во влажном воздухе, тем больше его парциальное давление. Однако рп во влажном воздухе не может быть выше давления насыщения рнас при данной температуре влажного воздуха, т.е. рп £ рнас.

Влажный воздух, в котором рп < рнас, называется ненасыщенным, а влажный воздух, в котором рп равно рнас – насыщенным.

p
v
К
Рис.1. pv- диаграмма водяного пара
Рассмотрим pv-диаграмму водяного пара (рис. 1). В точке 1 водяной пар, содержащийся в ненасыщенном влажном воздухе, находится в перегретом состоянии. Если понижать температуру этого воздуха, сохраняя его давление постоянным, то можно достигнуть состояния насыщения, точка 2. При этом перегретый водяной пар, имеющий начальную температуру

t1 = tсм, охладится до температуры t2 = tнас, при которой парциальное давление пара станет равным давлению насыщения.

При дальнейшем охлаждении насыщенного влажного воздуха водяной пар начнет конденсироваться, образуется туман и выпадет роса. Таким образом, водяной пар во влажном воздухе может находиться в трех различных состояниях: в точке 1 – перегретый пар; в точке 2 - сухой насыщенный пар; в точке 3 – влажный насыщенный пар.

Температура t2, при которой парциальное давление водяного пара становится равным давлению насыщения, называется температурой точки росы, tросы. Учитывать температуру точки росы tросы важно при проведении процессов с влажном воздухом или другими влажными газами, например, продуктами горения. Высокая влажность после начала конденсации водяных паров создает благоприятные условия для интенсивной коррозии материалов, из которых изготовлены каналы, камеры или установки, и ускоряет их разрушение.

Рассмотрим некоторые характеристики влажного воздуха.

Абсолютной влажностью воздуха называется масса водяного пара, содержащегося в 1 м3 влажного воздуха. Численно она равна плотности водяного пара при своем парциальном давлении и температуре смеси:

, кг/м3, (3)

где mп – масса водяного пара во влажном воздухе, кг;

Vсм – объем влажного воздуха, м3.

Относительной влажностью воздуха φ называется отношение абсолютной влажности к максимально возможной абсолютной влажности при рп = рнас:

. (4)

Поскольку для идеальных газов плотности компонентов смеси пропорциональны своим парциальным давлениям, то

. (5)

Таким образом, для ненасыщенного (рп < рнас) влажного воздуха , для насыщенного (рп = рнас) относительная влажность становится максимальной, .

Влагосодержанием воздуха называется отношение массы водяного пара mп во влажном воздухе к массе сухого воздуха mв:

, г влаги/кг сух. возд. (6)

Величину влагосодержания можно выразить через парциальные давления водяного пара и сухого воздуха (В - рп):

,г влаги/кг сух. возд. (7)

Плотность влажного воздуха можно определить так же, как и плотность смеси газов из уравнения Клапейрона-Менделеева:

, кг/м3, (8)

где vсм– удельный объем влажного воздуха;

mсм– молекулярная масса влажного воздуха, кг/кмоль;

mR–универсальная газовая постоянная,

mR= 8314 Дж/(кмольК).

Энтальпия влажного воздуха Н определяется как сумма энтальпий 1 кг сухого воздуха hсв и d кг водяного пара hn. Для удобства ее относят к 1 кг сухого воздуха:

, кДж/кг сух. возд. (9)


  • Далее ⇒