5.3. Основні процеси з вологим повітрям

„H-d” діаграма використовується при розрахунках процесів сушіння різних матеріалів і виробів, кондиціювання повітря, вентиляції і опалення. Розглянемо деякі з них.

Процес нагрівання повітря на „H-d” діаграмі зображається вертикальною лінією , оскільки кількість водяної пари в повітрі при його нагріванні не змінюється (лінія АВ на рис. 2). Стан вологого повітря після нагрівання (точка b) можна визначити за температурою повітря після нагрівання.

Процес охолодження повітря протікає теж без зміни його вологомісткості, якщо при охолодженні повітря не стає насиченим (лінія CD на рис. 2).

Я кщо повітря охолоджується до стану повного насичення з (лінія СЕ), то перетин лінії з лінією (точка Е) визначає температуру точки роси. У цьому стані водяна пара у вологому повітрі стає насиченою. Подальше охолодження повітря нижче точки роси (лінія EF) призводить до конденсації частини водяної пари, тобто до осушення вологого повітря. Кількість сконденсованої вологи визначається різницею вологомісткостей у точках E і F.

Процес змішування вологого повітря можна описати таким чином. Якщо у камеру змішування надходять два потоки вологого повітря з масами m₁ і m₂, стани яких відповідають точкам 1 і 2 рис. 3 з параметрами d₁, H₁, t₁ і d₂, H₂, t₂, то стан вологого повітря після змішування можна встановити на основі рівняння теплового балансу

(14)

і рівняння балансу вологи

. (15)

Розв’язавши ці рівняння щодо H_сум і d_сум, отримаємо

(16)

. (17)

Після перетворення цих виразів отримаємо

. (18)

Звідси випливає, що процес змішування зображається на рис. 3 прямою лінією, яка проходить через точки 1 і 2. Якщо відстань між ними розділити точкою, віддалі від якої до точок 1 і 2 обернено пропорційні до мас повітря, яке змішалось, m₁ і m₂, то ця точка С характеризує стан суміші вологого повітря з параметрами H_сум і d_сум.

Процес видалення вологи з матеріалу шляхом підведення до нього теплоти називається сушінням.

З астосовується він у сушильних установках, з яких найбільш поширеними є конвективні сушарки, де теплота до матеріалу, що сушиться від газоподібного теплоносія, передається конвекцією. Теплоносієм переважно слугує попередньо нагріте повітря.

Основними елементами конвективної сушарки, див. рис. 4, є вентилятор 1 для подачі повітря, калорифер 2 – пристрій для підігріву повітря і сушильна камера 3, у якій відбувається процес випаровування вологи з матеріалу або виробу, що сушаться.

5.3.1. Процес сушіння

Сушіння – процес зменшення вологості речовини випаровуванням з неї води завдяки конвективні теплопередачі. Сушіння відбувається в сушарках.

Теоретичною називаємо сушарку, у якій відсутні втрати теплоти в навколишнє середовище і на нагрівання матеріалу, що сушиться.

Процес підігріву повітря у калорифері протікає при d = const і зображається вертикальною прямою 1-2 на рис. 5. Різниця ординат відповідає витраті теплоти на підігрів кг вологого повітря. Після калорифера нагріте повітря надходить у сушильну камеру, де воно використовується для випаровування вологи з матеріалу, який сушиться, повітря при цьому зволожуєтьс я. Процес адіабатного зволоження повітря у сушильній камері теоретично протікає по лінії (лінія 2-3). Різниця вологомісткостей рівна кількості вологи, яка випаровується завдяки теплоті 1 кг сухого повітря. Очевидно, що для випаровування 1 кг вологи маса сухого повітря (в кілограмах) повинна становити

, (19)

а затрата теплоти (у кілоджоулях на кілограм випареної вологи) визначається виразом

. (20)

Вирази (19) та (20) є базовими для розрахунку сушарки і дозволяють визначити питомі продуктивності вентилятора та нагрівника.

7