План

1. Діаграма I-d вологого повітря (газу).

2. Визначення параметрів агента сушіння.

1. Діаграма I-d вологого повітря (газу).

Газоподібний теплоносій (суміш повітря з топковими газами, холодне або підігріте повітря), за допомогою якого матеріал нагрівається для випаровування з нього вологи, називається сушильним агентом або агентом сушіння.

Важливими параметрами повітря й агента сушіння є температура t, відносна вологість W, вологовміст d і ентальпія (тепловміст) I. Температура вимірюється в градусах Цельсія або Кельвіна. Відносною вологістю W називають відношення маси водяної пари в 1 м3 вологого повітря або агента сушіння (г/м3) до максимально можливої маси водяної пари в 1 м3 цього ж вологого повітря або агента сушіння (г/м3) при одній і тій самій температурі й барометричному тиску; вологість W може вимірюватись у відносних величинах або відсотках. Вологовмістом d називається маса водяної пари в грамах (г), що міститься у вологому повітрі або агенті сушіння, віднесена до1 кг сухого повітря або агента сушіння; вимірюється вологовміст d в грамах на кілограм (г/кг СП) (тут СП означає сухе повітря або газ). Ентальпія (тепловміст) I є теплофізичною характеристикою стану газу й дорівнює сумі внутрішньої енергії й добутку тиску на об’єм. Для процесів, що проходять при сталому тиску, якими можна вважати процеси при сушінні, приріст ентальпії дорівнює кількості теплоти, що надається системі. Вимірюється ентальпія відношенням енергії (теплоти) до 1 кг сухого повітря (газу), тобто кДж/кг СП. Між параметрами t, W, d та I існує зв'язок, який графічно зображений на I-d діаграмі – (рис. 4.3).

Враховуючи, що вологе повітря є основним об'єктом вентиляційного процесу, в області вентиляції доводиться часто визначати ті або інші параметри повітря. Щоб уникнути численних обчислень, їх визначають зазвичай за I-d діаграмою. Вона дозволяє швидко визначити всі параметри повітря за двома відомими. Використання діаграми дозволяє уникнути обчислень за формулами і наочно відобразити вентиляційний процес. Аналогом I-d діаграми на заході є діаграма Молье або психрометрична діаграма.

Рисунок 8.3 - Загальний вигляд I-d діаграми вологого повітря

Оформлення діаграми в принципі може бути різною. Типова загальна схема I-d діаграми показана на рис. 8.3. Діаграма представляє з себе робоче поле в косокутної системі координат I-d, на якому нанесено декілька координатних сіток і по периметру діаграми - допоміжні шкали. Шкала вологовмісту розташовується по нижній кромці діаграми, при цьому лінії постійних вологовмісту представлені вертикальними прямими. Лінії постійних ентальпій представляють собою паралельні прямі, які йдуть під кутом 135° до вертикальних ліній вологовмісту (у принципі, кути між лініями ентальпії і вологовмісту можуть бути й іншими). Косокутна система координат обрана для того, щоб збільшити робоче поле діаграми. У такій системі координат лінії постійних температур представляють із себе прямі лінії, які йдуть під невеликим нахилом до горизонталі і злегка розходяться віялом.

Робоче поле діаграми обмежене кривими лініями рівних відносним вологостям 0% і 100%, між якими нанесені лінії інших значень рівним відносним вологостям з кроком 10%.

Шкала температур зазвичай розташовується по лівій кромці робочого поля діаграми. Значення ентальпій повітря нанесені зазвичай під кривою Ф = 100. Значення парціальних тисків іноді наносять по верхній кромці робочого поля, іноді по нижній кромці під шкалою вологовмісту, іноді по правій кромці. В останньому випадку на діаграмі додатково будують допоміжну криву парціальних тисків.

Діаграма будується для визначення барометричного тиску (99,3 кПа). По горизонтальній осі вологовміст d, по осі ординат – ентальпія I, а віссю абсцис служить лінія, розміщена під кутом 135° до осі ординат у бік осі d.

На діаграмі показані графічні залежності I від d при різних температурах t і вологостях W . Точки на діаграмі, що відповідають одній і тій самій температурі й одній і тій самій вологості, об’єднуються у спільні лінії. На діаграмі також об’єднуються в лінії точки, що характеризуються однією і тією самою ентальпією і одним і тим самим вологовмістом. Через особливості побудови осі абсцис діаграми лінії на ній, що характеризуються одним і тим самим I (тобто тим, що I=const) , розміщені під кутом 135° до осі ординат паралельно осі абсцис, а лінії, які характеризуються тим , що d=const, вертикальні, тобто паралельні осі ординат. Лінії, які характеризуються тим, що t=const (ізотерми),мають деякий нахил, що збільшується з ростом I. Лінії , які характеризуються тим , що W=const, мають вид пучка, поки повітря матиме температуру , при якій тиск пари дорівнює барометричному тиску. При більшій температурі лінії W=const зображаються прямими лініями, майже паралельними осі ординат. Можливість розв’язання забезпечується, якщо з чотирьох параметрів t, W, d та I задані щонайменше два.

2. Визначення параметрів агента сушіння.

Для відображення процесу визначення параметрів вологого повітря на I-d діаграмі, можна показати лише основні лінії, та характерні точки. Точка А на діаграмі відображає певний стан повітря, а лінія - процес зміни його стану. Визначення параметрів повітря, що має певний стан, що відображається точкою А, показано на рис. 4.4

Рисунок 8.4 - Визначення параметрів вологого повітря

Агент сушіння утворюється в топці або калорифері. На рис.4.5 зображена схема топки (калорифера) й надходження до неї повітря з параметрами t0, W0 , d0, I0 і вихід з неї агента сушіння з параметрами t1 , W1, d1, I1. Фізичний зміст цих параметрів розкритий вище. Параметри t1 , W1, d1, I1. змінилися завдяки тому , що в топці (калорифері) при спалюванні палива виділилося Q теплоти. Температура t1 задана: це температура агента сушіння, вона не повинна бути більшою за допустиму. Визначимо, чому рівні параметри W1, d1, I1 залежно від t0, W0 , d0, I0, t1 та Q.

Рисунок 8.5 - Схема до розрахунку параметрів агента сушіння

Кількість виділеної теплоти

де mn - маса палива, що йде на сушіння, кг/год;
qn - теплота спалювання палива, кДж/кг;
?т - ККД топки, що приймається таким, що дорівнює 0,85…0,95.

Вказано, що для процесів сушіння приріст ентальпії дорівнює кількості теплоти, яка надана системі. Тому

де L - маса сухого агента сушіння, що подається за одиницю часу, кг/год.

Вологовміст d1 = d0, якщо підігрівання повітря проводиться за допомогою калорифера. Якщо ж підігрів проводиться за допомогою топки шляхом змішування повітря з топковими газами, то вологовміст d1 > d0 за рахунок згоряння водню й вологи, що міститься у паливі.

Знаючи t1 і d1, можна легко визначити I1 та W1 за діаграмою I-d. Розв’язання таких задач показано на рис. 8.6, де також зазначено, як змінюється на діаграмі положення точки, що характеризує параметри повітря при нагріванні у калорифері. У зовнішнього повітря з параметрами W0 та d0 (точка А), внаслідок нагрівання в калорифері при d=const , температура підвищується від t0 до t; тоді ентальпія стає I1 замість I0 (точка В ), а вологість повітря зменшується при цьому від W0 до W1. Як видно з рис. 8.6, зміна параметрів повітря (агента сушіння) у даному випадку проходить по вертикальній лінії АВ.

Рисунок 4.6 - Зміна параметрів повітря (агента сушіння ) при нагріванні

При нагріванні повітря за допомогою топки внаслідок збільшення вологовмісту d від d0 до d1 і температури від t0 до t1 (позначення d1 та t1 прийняті для нагрівання за допомогою топки замість d1 та t1 ), зміна параметрів повітря буде відбуватися по похилій лінії АВ?. Ця побудова на рис. 4.6 показана за умови, що I1 однакове при нагріванні повітря і калорифером, і за допомогою топки, що можливо, якщо і Q і L одні й ті самі (і калорифера і топки). Положення точки В' також, як і положення точки В , дозволяє визначити ентальпію I1 та параметр ? агента сушіння (підігрітого повітря) , який стосовно точки В' позначений ??1.Оскільки ентальпія точки В' така сама, як і точки В , то її позначення залишилось I1. Знаючи I1, I0 , mn qn ?т тобто Q, можна з 4.16, враховуючи 4.15, визначити необхідну витрату сухого агента сушіння, (точніше масу сухого агента сушіння, що подається за одиницю часу):

Необхідне підведення теплоти Q для отримання агента сушіння з параметрами t1 , W1, d1, I1 і визначається за рис. 8.6, якщо відома величина L.

З представлених даних видно, що можна досягнути одного й того самого значення I1 при сталому I0 , якщо збільшити Q, але зменшити L, або збільшити L, але зменшити Q.