Страница 14 из 16
Приборы, состоящие из сухого и мокрого термометров (психрометры), широко используются в сушильной практике. Значение tм определяют с помощью термометра, нижний конец которого обернут влажной тканью («мокрый» термометр). Для получения надежных данных приток тепла излучением к нему должен быть минимален (экранирование при скорости воздуха около 5 м/с). По разности показаний «сухого» термометра (температура которого равна температуре воздуха tв) и мокрого термометра tм, пользуясь h-d диаграммой находят относительную влажность воздуха φ и другие его параметры (влагосодержание, энтальпия и парциальное давление водяного пара). Для этого по изотерме для температуры tм находят ее пересечение с линией φ = 100% (Рис.2.4, а). Далее двигаясь по линии постоянной температуры мокрого термометра (tм = соnst) доходят до пересечения с изотермой для температуры сухого термометра tв. В точке пересечения находят искомое значение φ и другие параметры.
Для более точного определения характеристик воздуха необходимо ввести поправку А на скорость движения воздуха u, м/с (обычно u>0,5 м/с) в месте установки психрометра [1] по уравнению:
С учетом этой поправки парциальное давление водяного пара в движущемся воздухе находится как
где рн’– давление насыщенного водяного пара при температуре мокрого термометра; В – барометрическое давление, атм.
На Рис. 2.4, б показаны варианты процесса сушки от температуры t1 на входе до температуры t2 на выходе из сушилки. Линия ВD соответствует процессу в теоретической сушилке (h = соnst). Линии действительной сушки проходят либо выше нее ВD’, с повышением энтальпии (при подводе дополнительного тепла в сушилку), либо ниже ВD” с понижением энтальпии (при наличии теплопотерь в окружающую среду, на нагрев материала, на нагрев транспортных устройств). По линии теоретической сушки (адиабатического насыщения воздуха влагой) на h-d диаграмме для воздуха происходит изменение его параметров (температуры, влагосодержания и относительной влажности) за счет адиабатического испарения свободной поверхностной влаги в начальный первый период сушки.
Разность между температурой воздуха (сухого термометра) tс и температурой мокрого термометра tм, характеризует способность воздуха поглощать влагу из материала и носит название потенциала (движущей силы) сушки ε:
Потенциал сушки характеризует скорость испарения влаги из материала, которая зависит от состояния воздуха и температуры процесса, т. е. определяется совместным влияниям тепло- и массообмена. Когда воздух полностью насыщается влагой (tв = tм), потенциал ε становится равным нулю, и сушка прекращается.
Более удобно определять потенциал сушки по ε-d диаграмме (Рис. 2.5), предложенной Г. К. Филоненко [2], дающей связь между ε, d и tм. Она построена в более простых, прямоугольных координатах.
Поскольку теплота испарения, теплоемкость влажного воздуха и диффузионный критерий Прандтля, в сущности, не зависят от давления, то линии адиабаты (h = соnst) и температуры мокрого термометра (tм = соnst) на h-d диаграмме для воздуха одни и те же для разных давлений. Это дает возможность ее использовать при давлениях, отличных от атмосферного, с корректировкой других параметров диаграммы.
Следует отметить, что рассмотренная в данном разделе h-d диаграмма для воздуха дает возможность определить лишь статические его параметры и не описывает кинетику происходящих процессов.
Рис. 2.5 Диаграмма ε-d Г. К. Филоненко [2] для определения потенциала сушки.
Ниже рассмотрены примеры применения h-d диаграммы для воздуха при нахождении потенциала сушки и относительной влажности воздуха в сушилке.
Пример 4. Найти потенциал сушки для теоретической сушилки на входе ε1, выходе ε2 и среднее значение εср по следующим данным:
На входе в калорифер температура воздуха t0 = 22 °С, относительная влажность φ0 = 0,75; на выходе из сушилки температура воздуха t2 = 50 оС, относительная влажность φ2 = 0,5.
Решение. По известным параметрам t0 и φ0 находим на h-d диаграмме точку А (Рис 2.4, а) и влагосодержание d0 = 0,0125 кг/кг. По известным параметрам t2 и φ2 находим на диаграмме точку D и энтальпию h2 = 162 кДж/кг. Проводим через точку D линию, соответствующую процессу в теоретической сушилке (h = соnst) до пересечения с линией насыщения φ = 100% (точка М) и получаем tм = 38 оС. Продолжая линию h = соnst вверх до пересечения с вертикальной линией d0 = d1 = соnst (точка В, Рис. 2.4, а) и получаем t1 = 125 оС.
Находим потенциал сушки в точке В:
ε1 = t1 – tм = 125-38 = 87 (оС).
Находим потенциал сушки в точке D:
ε2 = t2 – tм = 50-38 = 12 (оС).
Среднее значение εср находим по уравнению:
Пример 5. Определить по показаниям психрометра tм = 70 °С и tв = 85 °С относительную влажность воздуха в сушилке, если давление в ней 700 мм рт.ст., а скорость воздуха 2 м/с.
Решение. Т. к. h-d диаграмма построена для давления 745 мм рт.ст., то расчет проводим аналитически. Находим поправку А по уравнению (2.20) на скорость движения воздуха в сушилке u, в месте установки психрометра:
По таблице свойств насыщенного водяного пара (Приложение) находим давление пара рн’= 0,3177 при температуре мокрого термометра tм = 70 оС. Для температуры tв = 85 оС давление насыщенного водяного пара рн находим по формуле линейной интерполяции табличных данных:
Определяем парциальное давление водяного пара в движущемся воздухе по уравнению (2.21):
Окончательно находим относительную влажность воздуха в сушилке по уравнению (2.5):
2.4 Топочные газы
Топочные (дымовые) газы в смеси с атмосферным воздухом широко используются при сушке различных материалов, в том числе органических веществ и пищевых продуктов. Многие материалы, например, песок, глина, твердое топливо, неорганические соли и т. д. высушивают при довольно высоких температурах – от 300 до 800 °С и выше. Для сушки этих материалов наиболее рационально использовать топочные газы, разбавляя их до нужной температуры атмосферным воздухом.