7.3. Основные свойства воздуха как агента сушки

7.3.1. Влажность воздуха

При характеристике влажности воздуха так же, как и для зерна, используются понятия абсолютной, относительной влажности и влагосодержания.

Абсолютная влажность воздуха определяется количеством водяного пара, содержащегося в 1 м³ воздуха.

Поскольку этот показатель не определяет способности воздуха поглощать влагу из высушиваемого материала, то на практике чаще используют понятие относительной влажности.

, % (7)

где  ‑ фактическое значение абсолютной влажности воздуха;

_н ‑ абсолютная влажность воздуха при полном насыщении.

В процессе сушки количество водяного пара в воздухе и объем паровоздушной смеси непрерывно изменяются в связи с изменениями температуры теплоносителя при прохождении его через сушилку. Масса же сухого воздуха в этом случае остается постоянной, поэтому количество влаги в воздухе удобно относить к единице массы сухого воздуха.

Содержание воды (в граммах) в одном килограмме сухого воздуха называют влагосодержанием и обозначают обычно d.

г/кг сух. возд., (8)

где G_вл ‑ масса влаги, г;

G_с.в. ‑ масса сухого воздуха, кг.

Отношение фактического влагосодержания к значению, характеризующему насыщенный воздух, называют степенью насыщения воздуха влагой.

,

где d_H ‑ влагосодержание насыщенного воздуха.

7.3.2. Теплофизические характеристики влажного воздуха (теплоносителя)

В качестве основной теплофизической характеристики воздуха используется энтальпия (теплосодержание).

Энтальпией называют количество тепла, необходимого для нагревания одного килограмма вещества от 0°С до данной температуры.

Энтальпию влажного воздуха можно рассматривать как сумму энтальпий сухого воздуха и водяного пара.

. (9)

Здесь I_c.в. и I_п ‑ энтальпия сухого воздуха и пара.

Энтальпия сухого воздуха определяется так:

Среднюю теплоемкость сухого воздуха в диапазоне температур, применяемых в зерносушилках, можно принять равной 1000 Дж/(кг  К), тогда теплосодержание сухого воздуха окажется равным

 Т, Дж/кг.

Теплосодержание водяного пара включает в себя количество тепла, расходуемого на образование пара и нагрев водяных паров,

Т,

где 250010³ ‑ скрытая теплота парообразования при температуре 0°С;

1,910³ ‑ теплоемкость пара.

Теплосодержание влажного воздуха окажется равным

, Дж/кг_с.в. (10)

Определение параметров и исследование процессов влажного воздуха значительно упрощается и становится наглядным, если использовать I-d-диаграмму влажного воздуха (рис. 1).

На этой диаграмме по оси ординат откладывают значения энтальпии влажного воздуха 1 кДж/кг с. в., а по оси абсцисс ‑ влагосодержание d г/кг с. в.

Для удобства (увеличения площади диаграммы) ось абсцисс направлена под углом 135° к оси ординат. Поэтому линии I=const оказываются наклоненными под углом 45° к горизонту. Для сокращения размеров диаграммы, значения d с оси абсцисс сносят на горизонтальную условную ось 0‑0. На диаграмму наносят сетку изотерм. Эти изотермы представляют собой прямые линии, угловой коэффициент которых - определяется из уравнения

.

С учетом масштаба построения диаграммы кДж/мм по оси энтальпии и λ_j, кДж/мм по оси влагосодержания угол наклона изотерм к горизонту определяется как

.

Ha каждой изотерме находят точки с одинаковыми значениями . Соединяя их, получают сетку кривых φ = const. Кривая φ = 100% изображает состояние влажного насыщенного воздуха и является пограничной. Эта линия разделяет область ненасыщенного влажного воздуха (сверху) и область тумана (снизу), в которой влага частично находится в капельном состоянии.

Рис. 1. I-d-диаграмма влажного воздуха

I-d-диаграмма строится для давления влажного воздуха Р_бар =745 мм рт. ст., что соответствует среднему годовому барометрическому давлению в центральных районах России.

Линии φ=const поднимаются плавно до изотермы Т=99,4° С (температура насыщения при Р=745 мм рт. ст.), после чего» почти вертикально поднимаются вверх. В нижней части диаграммы построена линия парциального давления по уравнению:

.

Нетрудно видеть, что парциальное давление водяного пара при данном атмосферном давлении является линейной функцией влагосодержания d.

Состояние влажного воздуха (для любой точки, например, а) можно - определить по каким-либо двум параметрам φ и Т, Т и d), после чего найти I и d. Для этого же состояния можно найти и температуру точки росы, для чего из точки А следует провести вертикаль (d = const) до пересечения с линией φ = 100%, тогда изотерма, проходящая через точку пересечения,, будет соответствовать температуре точки росы t_p.

I-d-диаграмма используется для определения основных параметров теплоносителя в процессе сушки.