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= рп ∕ Рнас, де рп – парціальний тиск водяної пари в повітрі (при температурі сухого термометра), Рнас – 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 рп і рВ – парціальні тиски пари й сухого повітря; mП і mВ – маси пари й повітря; МП і МВ – мольні маси пари й повітря; R – універсальна газова постійна; Т – температура, К.
Розділимо почленно перше рівняння на друге: й приймемо mП = х, mВ =1, то
Якщо загальний тиск вологого повітря П, то за законом Дальтона парциальний тиск сухого повітря рВ = П - рп. З іншої сторони, за визначенням парциальний тиск пари рп = j рнас. Остаточно отримаємо рівняння вологовмісту:
Якщо пара водяна, то Мп/Мв= 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 Рнас — однозначна функція температури: Рнас =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 Iс.в. і х кг пари хіп:
I = 1· Iс.в. + хіп
Очевидно, 1∙I с.в = I∙ сс. в ∙I , де сс. в — питома теплоємність абсолютно сухого повітря; t — температура. Ентальпію водяної пари можна розрахувати по рівнянню — питома теплота фазового перетворення при 0°С; сп — середня питома теплоємність водяної пари. Тоді
I = 1·сс.в. t+ х ( t)=( I∙ сс. в+x сп)t+xr0
Тут сс. в = 1 кДж/(кг∙К); сп = 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.