Determinazione dei parametri dell'aria umida. Parametri termodinamici dell'aria umida Umidificazione adiabatica e raffreddamento dell'aria

L'aria atmosferica contiene sempre una certa quantità di umidità sotto forma di vapore acqueo. Questa miscela di aria secca e vapore acqueo è chiamata aria umida. Oltre al vapore acqueo, l'aria umida può contenere minuscole goccioline d'acqua (sotto forma di nebbia) o cristalli di ghiaccio (neve, nebbia di ghiaccio). Il vapore acqueo nell'aria umida può essere saturo o surriscaldato. Viene chiamata una miscela di aria secca e vapore acqueo saturo ricco aria umida. Viene chiamata una miscela di aria secca e vapore acqueo surriscaldato insaturo aria umida. A pressioni basse (vicine a quella atmosferica), con sufficiente accuratezza per i calcoli tecnici, sia l'aria secca che il vapore acqueo possono essere considerati gas ideali. Quando si calcolano i processi con aria umida, viene generalmente considerato 1 kg di aria secca. La variabile è la quantità di vapore contenuta nella miscela. Pertanto, tutti i valori specifici che caratterizzano l'aria umida si riferiscono a 1 kg di aria secca (e non ad una miscela).

Proprietà termodinamiche aria umida caratterizzato dai seguenti parametri di stato: temperatura del termometro a secco t s; contenuto di umidità d, entalpia I, umidità relativaφ. Inoltre, nei calcoli vengono utilizzati altri parametri: temperatura del termometro a umido t m, temperatura del punto di rugiada t p, densità dell'aria ρ, umidità assoluta e, pressione parziale del vapore acqueo p p.

Temperatura − grandezza termodinamica che determina il grado di riscaldamento del corpo. Attualmente vengono utilizzate varie scale di temperatura: Celsius (t, ºС), Kelvin (T, K), Fahrenheit (f, ºF), ecc. I rapporti tra le letture su queste scale sono determinati dalle seguenti equazioni:

T K \u003d t ºС +273,

t ºС \u003d 5/9 (f ºF - 32),

f ºF = 9/5 t ºС +32.

Pressione l'aria atmosferica p b (Pa) è uguale alla somma delle pressioni parziali dell'aria secca p s.v e del vapore acqueo p p (legge di Dalton):

r b = r sv + r p. (1)

La pressione parziale del vapore acqueo nell'aria atmosferica è determinata dalla formula:

r p = φ r n, (2)

dove φ - umidità relativa dell'aria, %; r n - pressione di saturazione, determinata dalle tabelle del vapore acqueo saturo alla temperatura corrispondente, Pa.

Densità l'aria atmosferica è uguale alla somma delle densità dell'aria secca e del vapore acqueo:

ρ = ρ sv + ρ p. (3)

Applicando l'equazione di stato di un gas perfetto: , otteniamo:

(4)

dove R d.w. = 287 J/(kg K) − costante gassosa specifica dell'aria secca;

R p \u003d 463 J / (kg K) - costante del gas specifico del vapore acqueo.

Alla pressione atmosferica p b \u003d 101,325 kPa, la densità dell'aria secca è:

. (5)

A t \u003d 0 ºС e p b \u003d 101,325 kPa, la densità dell'aria secca ρ w.v \u003d 1,293 kg / m 3.

La densità dell'aria atmosferica è:

. (6)

L'equazione (6) mostra che l'aria atmosferica (umida) è più leggera dell'aria secca alle stesse temperature e pressioni e un aumento del contenuto di vapore acqueo nell'aria ne riduce la densità. Poiché la differenza nei valori di ρ r.v. e ρ è insignificante, nei calcoli pratici, ρ ≈ ρ r.v.

Umidità. Distinguere tra umidità assoluta, contenuto di umidità e umidità relativa.

Umidità assoluta e è la massa di vapore acqueo (kg) contenuta in 1 m 3 di aria umida. L'umidità assoluta può essere espressa come la densità del vapore in una miscela alla sua pressione parziale e temperatura della miscela ed è determinata dalla formula:

. (7)

L'umidità assoluta massima possibile corrisponde allo stato di saturazione e viene chiamata capacità di umidità.

Usando l'equazione di stato per un gas ideale, otteniamo:

Umidità relativaφ è uguale al rapporto tra l'umidità assoluta dell'aria ρ p e l'umidità assoluta massima possibile ρ n (capacità di umidità) a una data temperatura. Indica il grado di saturazione dell'aria con il vapore acqueo in relazione allo stato di completa saturazione. Per i gas ideali, il rapporto di densità può essere sostituito dal rapporto delle pressioni parziali dei componenti.

L'umidità relativa è determinata dalla formula:

. (10)

A φ< 100% воздух ненасыщенный, при φ = 100% воздух полностью насыщен водяными парами, и его называют насыщенным.

Grado di saturazione dell'ariaΨ è il rapporto tra il contenuto di umidità dell'aria insatura e satura ed è determinato dalla formula:

. (11)

Capacità termica aria umida si riferisce solitamente a (1 + d) kg di aria umida ed è data da:

s v = s s.v + d s p, (12)

dove s.v e sp sono il calore specifico a pressione costante, rispettivamente, di aria secca e vapore acqueo, kJ / (kg K).

Per l'intervallo di temperatura da meno 50 °C a 50 °C, le capacità termiche specifiche dell'aria secca e del vapore possono essere considerate costanti: cdw = 1.006 kJ/(kg K), c p = 1.86 kJ/(kg K).

Entalpia l'aria umida è definita come l'entalpia di una miscela gassosa costituita da 1 kg di aria secca e d kg di vapore acqueo, ed è determinata dalla formula:

io = io r.v + d io p (13)

dove i s.v è l'entalpia specifica dell'aria secca, kJ/kg; i p - entalpia specifica del vapore acqueo contenuto nell'aria umida kJ / kg.

Le entalpie dell'aria secca e del vapore acqueo sono determinate dalle formule:

io r.v = sv t = 1.006 t, (14)

io p \u003d r + c p ·t. (15)

dove r è il calore latente di vaporizzazione alla pressione parziale del vapore acqueo nella miscela, kJ/kg.

Il calore latente di vaporizzazione r per valori di t H da 0 °C a 100 °C può essere espresso dalla formula:

r \u003d 2500 - 2,3 t n.

Quando si calcola l'entalpia delle miscele, è sempre molto importante avere lo stesso punto di riferimento per le entalpie di ogni componente. Prendiamo come punto di riferimento l'entalpia a t = 0 ºС e d = 0. Per l'aria atmosferica, l'entalpia determina la quantità di calore che deve essere fornita all'aria, la cui parte secca ha una massa di 1 kg, in per cambiare il suo stato da quello iniziale (I = 0 kJ / kg ) prima di questo. L'entalpia può essere positiva o negativa.

La sostituzione delle relazioni ottenute nella formula (13) porta alla forma:

Temperatura punto di rugiada t pè la temperatura dell'aria alla quale l'aria umida insatura deve essere raffreddata affinché il vapore surriscaldato in essa contenuto diventi saturato. Con l'ulteriore raffreddamento dell'aria umida (al di sotto della temperatura del punto di rugiada), il vapore acqueo condensa.

Temperatura a bulbo umido. Un dispositivo chiamato psicrometro viene spesso utilizzato per misurare l'umidità. È composto da due termometri: secco e umido. Un termometro a bulbo umido è caratterizzato dal fatto che l'elemento sensibile è avvolto in un panno imbevuto di acqua. Un termometro a secco misura la temperatura dell'aria umida, vengono chiamate le sue letture temperatura a bulbo secco t s. Un termometro a bulbo umido indica la temperatura dell'acqua contenuta in un panno umido. Quando il bulbo umido viene soffiato con aria, l'acqua evapora dalla superficie del tessuto umido. Poiché il calore di vaporizzazione viene utilizzato per far evaporare l'umidità, la temperatura del tessuto umido diminuirà, quindi un tale termometro mostra sempre una temperatura inferiore rispetto a un termometro a secco. Quando c'è una differenza di temperatura tra aria e acqua, c'è un flusso di calore dall'aria all'acqua. Quando il calore ricevuto dall'acqua dall'aria diventa uguale al calore speso per evaporazione, l'aumento della temperatura dell'acqua si interrompe. Questa temperatura di equilibrio è chiamata temperatura a bulbo umido t m . Se l'acqua entra in un certo volume d'aria a una temperatura di t m, a causa dell'evaporazione di parte di quest'acqua, dopo un po' l'aria diventa satura. Tale processo di saturazione è chiamato adiabatico. In queste condizioni, tutto il calore fornito dall'aria all'acqua viene speso solo per l'evaporazione, quindi ritorna nuovamente con il vapore nell'aria.

Diagramma I-d dell'aria umida

Il diagramma dell'aria umida fornisce una rappresentazione grafica della relazione tra i parametri dell'aria umida ed è la base per determinare i parametri dello stato dell'aria e calcolare i processi di trattamento termico e dell'umidità.

IN Diagramma I-d(Fig. 2) il contenuto di umidità d g/kg di aria secca è tracciato lungo l'asse delle ascisse e l'entalpia I dell'aria umida è tracciata lungo l'asse delle ordinate. Il diagramma mostra linee verticali di contenuto di umidità costante (d = const). Il punto di riferimento è O, dove t = 0 °C, d = 0 g/kg e, di conseguenza, I = 0 kJ/kg. Durante la costruzione del diagramma, è stato utilizzato un sistema di coordinate oblique per aumentare l'area dell'aria insatura. L'angolo tra la direzione degli assi è 135° o 150°. Per facilità d'uso, un asse del contenuto di umidità condizionale viene disegnato con un angolo di 90º rispetto all'asse dell'entalpia. Il diagramma è costruito per pressione barometrica costante. Usa i diagrammi I-d creati per pressione atmosferica p b = 99,3 kPa (745 mm Hg) e pressione atmosferica p b = 101,3 kPa (760 mm Hg).

Il diagramma mostra le curve delle isoterme (t c = const) e dell'umidità relativa (φ = const). L'equazione (16) mostra che le isoterme nel diagramma I-d sono rette. L'intero campo del diagramma è diviso per la linea φ = 100% in due parti. Sopra questa linea c'è un'area di aria insatura. Sulla riga φ = 100% ci sono i parametri dell'aria satura. Al di sotto di questa linea ci sono i parametri dello stato dell'aria satura contenente l'umidità delle goccioline in sospensione (nebbia).

Per comodità di lavoro, nella parte inferiore del diagramma viene tracciata una dipendenza, viene tracciata una linea per la pressione parziale del vapore acqueo p p sul contenuto di umidità d. La scala della pressione si trova sul lato destro del diagramma. Ogni punto del diagramma I-d corrisponde a un certo stato di aria umida.

Determinazione dei parametri dell'aria umida secondo il diagramma I-d. Il metodo per determinare i parametri è mostrato in fig. 2. La posizione del punto A è determinata da due parametri, ad esempio la temperatura t A e l'umidità relativa φ A. Graficamente determiniamo: temperatura del termometro a secco tc, contenuto di umidità d A, entalpia I A. Viene definita la temperatura del punto di rugiada tp come temperatura del punto di intersezione della retta d A = const con la retta φ = 100% (punto Р). I parametri dell'aria in uno stato di completa saturazione con umidità sono determinati all'intersezione dell'isoterma t A con la linea φ \u003d 100% (punto H).

Il processo di umidificazione dell'aria senza fornitura e rimozione di calore avverrà a un'entalpia costante I А = const ( processo AM). All'intersezione della linea I A \u003d const con la linea φ \u003d 100% (punto M), troviamo la temperatura del termometro umido t m (la linea di entalpia costante coincide praticamente con l'isoterma
t m = cost). Nell'aria umida insatura, la temperatura del bulbo umido è inferiore alla temperatura del bulbo secco.

Troviamo la pressione parziale del vapore acqueo p P tracciando una linea d A \u003d const dal punto A all'intersezione con la linea di pressione parziale.

La differenza di temperatura t s - t m = Δt ps è detta psicrometrica e la differenza di temperatura t s - t p igrometrica.

1. Umidità assoluta.

Quantità di massa di vapore in 1 m 3 di aria -

2. Umidità relativa.

Il rapporto tra la quantità di massa di vapore nella miscela vapore-aria e la quantità massima possibile alla stessa temperatura

(143)

L'equazione di Mendeleev-Clapeyron:

Per coppia

Dove:

Per determinare l'umidità relativa dell'aria viene utilizzato un dispositivo "psicrometro", costituito da due termometri: umido e secco. La differenza nelle letture del termometro è calibrata su .

3. Contenuto di umidità.

La quantità di vapore nella miscela per 1 kg di aria secca.

Abbiamo 1 m 3 di aria. La sua massa è .

Questo metro cubo contiene: - kg di vapore, - kg di aria secca.

Ovviamente: .

4. Entalpia dell'aria.

Consiste di due grandezze: l'entalpia dell'aria secca e del vapore.

5. Punto di rugiada.

La temperatura alla quale il gas in un dato stato, raffreddandosi a un contenuto di umidità costante (d=const), diventa saturo (=1,0), è chiamata punto di rugiada.

6. Temperatura a bulbo umido.

La temperatura alla quale il gas, quando interagisce con un liquido, raffreddandosi ad entalpia costante (J=const), diventa saturo (=1,0), è chiamata temperatura di bulbo umido t M .

Diagramma dell'aria condizionata.

Il diagramma è stato compilato dallo scienziato domestico Ramzin (1918) ed è presentato in Fig. 169.

Il diagramma è presentato per la pressione atmosferica media Р=745 mm Hg. Arte. ed infatti è l'isobara di equilibrio del sistema vapore-aria secca.

Gli assi delle coordinate del diagramma J-d vengono ruotati di un angolo di 135 0 . Di seguito è riportata una linea inclinata per la determinazione della pressione parziale del vapore acqueo P n . Pressione parziale dell'aria secca

Sopra nel diagramma, viene tracciata una curva di saturazione ( = 100%). Il processo di essiccazione nel diagramma può essere rappresentato solo al di sopra di questa curva. Per un punto arbitrario ""A"" sul diagramma di Ramzin, è possibile determinare i seguenti parametri dell'aria:

Fig.169. diagramma J-d condizioni di aria umida.

Asciugatura statica.

Nel processo di essiccazione convettivo, ad esempio, con l'aria, un materiale umido interagisce, entra in contatto con una miscela vapore-aria, la pressione parziale del vapore acqueo in cui è . L'umidità può lasciare il materiale sotto forma di vapore se la pressione parziale del vapore in un sottile strato limite sopra la superficie del materiale o, come si dice, nel materiale P m è maggiore.

Forza trainante del processo di essiccazione (Dalton, 1803)

(146)

In uno stato di equilibrio =0. Il contenuto di umidità del materiale corrispondente alla condizione di equilibrio è chiamato contenuto di umidità di equilibrio (U p).

Facciamo un esperimento. Nella camera dell'essiccatore ad una certa temperatura (t = const) mettiamo una sostanza assolutamente secca per a lungo. Con una certa quantità di aria nell'armadio, il contenuto di umidità del materiale raggiungerà fino a . Modificando è possibile ottenere una curva (isoterma) di assorbimento dell'umidità da parte del materiale. Con una diminuzione - la curva di desorbimento.

La Figura 170 mostra la curva di assorbimento-desorbimento del materiale umido (isoterma di equilibrio).

Fig.170. Isoterma di equilibrio del materiale bagnato con l'aria.

1-regione del materiale igroscopico, 2-punto igroscopico, 3-regione del materiale umido, 4-regione di assorbimento, 5-regione di desorbimento, 6-regione di essiccazione.

Esistono curve di equilibrio:

1. igroscopico

2. materiale non igroscopico.

Le isoterme sono mostrate in Fig.171.

Fig.171. Isoterme di equilibrio.

a) materiale igroscopico, b) materiale non igroscopico.

Umidità relativa dell'aria nell'essiccatore e nell'atmosfera.

Dopo l'essiccatore, a contatto con l'aria atmosferica, il materiale igroscopico aumenta notevolmente il contenuto di umidità (Fig. 171 a) a causa dell'assorbimento di umidità dall'aria. Pertanto, il materiale igroscopico dopo l'essiccazione deve essere conservato in condizioni che non consentano il contatto con l'aria atmosferica (essicazione, avvolgimento, ecc.).

equilibrio materiale.

Un essiccatore a tunnel viene solitamente preso come addestramento, perché. lei ha veicoli sotto forma di carrelli (essiccatori di mattoni, legno, ecc.). Lo schema di installazione è mostrato in Fig. 172.

Fig.172. Schema di un essiccatore a tunnel.

1 ventola, 2 riscaldatori, 3 essiccatori, 4 carrelli, 5 linee di riciclo dell'aria di scarico.

Designazioni:

Consumo d'aria e parametri prima del riscaldatore, dopo di esso e dopo l'essiccatore.

che ci circonda aria atmosfericaè una miscela di gas. È quasi sempre bagnato. Il vapore acqueo, a differenza di altri componenti della miscela, può trovarsi nell'aria, sia in uno stato surriscaldato che saturo. Il contenuto di vapore acqueo nell'aria cambia, sia nel processo di trattamento dell'umidità nei sistemi di ventilazione dell'alimentazione e nei condizionatori d'aria, sia durante l'assimilazione dell'umidità nella stanza da parte dell'aria. La parte secca dell'aria umida contiene solitamente (in volume): circa il 75% di azoto, il 21% di ossigeno, lo 0,03% di anidride carbonica e una piccola quantità di gas inerti - argon, neon, elio, xeno, krypton), idrogeno, ozono e altri . I componenti specificati della miscela gassosa dell'aria costituiscono la sua parte secca, l'altra parte massa d'ariaè vapore acqueo.

L'aria è trattata come miscela di gas ideali, che permette di utilizzare le leggi della termodinamica per ottenere formule di calcolo.

Secondo la legge di Dalton, ogni gas di una miscela che costituisce l'aria occupa un proprio volume, ha una propria pressione parziale.

Pi ,

e ha la stessa temperatura con altri gas di questa miscela.

Attenzione! Definizione importante:

La somma delle pressioni parziali di ciascuno dei componenti della miscela è uguale alla pressione barometrica totale dell'aria.

B = Σ R io , Pa.

Considera il concetto di ciò che è pressione parziale ?

Pressione parziale- questa è la pressione che avrebbe il gas che fa parte di questa miscela se fosse nella stessa quantità, nello stesso volume e alla stessa temperatura della miscela.

Nei calcoli della ventilazione, consideriamo l'aria umida come una miscela binaria, ad es. miscela di due gas, costituita da vapore acqueo e aria secca. Accettiamo condizionatamente la parte secca dell'aria come gas omogeneo.

In questo modo, pressione barometrica uguale alla somma delle pressioni parziali dell'aria secca PR e vapore acqueo p pag , cioè.,

B = P r.v. +P pag

In condizioni interne normali, quando la pressione del vapore acqueo R pag circa pari a 15 mm. rt. Art., quota del secondo membro PR nella formula della pressione barometrica, tenendo conto della differenza di densità dell'aria umida e secca, ceteris paribus è solo lo 0,75% della densità dell'aria secca ρ rv . Pertanto, nei nostri calcoli ingegneristici, si presume che

p aria. = ρ r.v.

p aria. = ρ r.v.

Quando l'umidità dell'aria cambia nei processi di ventilazione, la massa della sua parte secca rimane invariata. Sulla base di ciò, è consuetudine attribuire la massa di vapore acqueo contenuta nell'aria a 1 kg. parte secca dell'aria.

Passiamo direttamente a quelle grandezze fisiche che determinano i parametri dell'aria umida. È la combinazione di questi parametri che determina lo stato dell'aria umida:

è un valore che caratterizza grado di calore corporeo. È una misura dell'energia cinetica media del moto traslatorio delle molecole. Attualmente vengono utilizzate la scala della temperatura Celsius e la scala della temperatura termodinamica Kelvin, che si basa sulla seconda legge della termodinamica. Tra le temperature espresse in gradi Kelvin e gradi Celsius esiste una relazione, ovvero:

T, K = 273,15 + t°C

È importante notare che il parametro di stato è la temperatura assoluta espressa in Kelvin, ma il grado della scala assoluta è numericamente uguale al grado Celsius, cioè

dT = dt.

L'umidità dell'aria è caratterizzata dalla massa di vapore acqueo in essa contenuta. Viene chiamata la massa di vapore acqueo in grammi per 1 kg della parte secca dell'aria umida contenuto di umidità dell'aria d, g/kg.

Valore D è uguale a:

dove: B - pressione barometrica, pari alla somma delle pressioni parziali dell'aria secca.
PR e vapore acqueo p pag ;
p pag è la pressione parziale del vapore acqueo nell'aria umida insatura.

Valore φ uguale al rapporto tra la pressione parziale del vapore acqueo nell'aria umida insatura p pag. alla pressione parziale del vapore acqueo nell'aria umida satura P np alla stessa temperatura e pressione barometrica, cioè

Con un'umidità relativa del 100%, l'aria è completamente satura di vapore acqueo e viene chiamata saturo di aria umida , e il vapore acqueo contenuto in quest'aria è in uno stato saturo.

Se φ < 100%, quindi l'aria contiene vapore acqueo in uno stato surriscaldato e viene chiamata aria umida insatura .

La pressione del vapore acqueo saturo dipende solo dalla temperatura. Il suo valore è determinato sperimentalmente e riportato in apposite tabelle. Ci sono un certo numero di formule che approssimano la dipendenza p.p. in papà o dentro mm. rt. st. dalla temperatura in t°C.

Ad esempio, per la regione delle temperature positive da 0°C e al di sopra della pressione del vapore acqueo saturo in Pa, espressa approssimativamente dalla dipendenza:

P np \u003d 479 + (11,52 + 1,62 t) 2, Pa

Utilizzando il concetto di umidità relativa φ , il contenuto di umidità dell'aria può essere definito come

Per i processi di ventilazione, l'intervallo di temperatura è un valore costante ed è uguale a

da r.v. = 1.005 kJ/(kg ×°C).

Nei normali processi di ventilazione nell'intervallo di temperatura, questo valore può essere considerato costante e uguale a

Cp = 1,8 kJ/(kg × °C).

J rv = C v.r. × t ,

dove: T è la temperatura dell'aria, in °C.

Entalpia dell'aria secca J rv a t = 0°C sono presi pari a 0.

per l'acqua a t = 0°Cè uguale a 2500 kJ/kg.

in aria ad una temperatura arbitraria T, è

J p \u003d 2500 + 1,8 t.

è costituito dall'entalpia della sua parte secca e dall'entalpia del vapore acqueo.

Entalpia J aria umida, a cui si fa riferimento 1 kg parte secca dell'aria umida kJ/kg, ad una temperatura arbitraria T e contenuto di umidità arbitrario D, è uguale a:

dove: 1,005 – C rv capacità termica dell'aria secca, _kJ/(kg×°С);
2500 – R calore specifico di vaporizzazione, kJ/(kg×°С);
1,8 – C pag capacità termica del vapore acqueo, kJ/(kg×°С).

Se l'aria trasporta calore puro, si riscalda, cioè la sua temperatura aumenta. Quando l'aria umida viene riscaldata, l'entalpia cambia a causa di una variazione della temperatura della parte secca dell'aria e del vapore acqueo. Quando il vapore acqueo con la stessa temperatura entra nell'aria da fonti esterne (umidificazione isotermica a vapore), Calore latente vaporizzazione. Anche l'entalpia dell'aria umida aumenta, perché l'entalpia del vapore acqueo si aggiunge all'entalpia della parte secca dell'aria. Allo stesso tempo, la temperatura dell'aria quasi non cambia, motivo per cui è stato introdotto questo termine: calore latente.

In generale, l'entalpia dell'aria umida è costituita da calore sensibile e latente, motivo per cui l'entalpia viene talvolta definita calore totale.

Per ulteriori calcoli dei sistemi di ventilazione e condizionamento, abbiamo bisogno dei seguenti parametri di base dell'aria umida:

• temperatura lattina , °C ;
• contenuto di umidità d dentro , g/kg ;
• umidità relativa φ in , % ;
• contenuto di calore J in , kJ/kg ;
• concentrazione di impurità nocive DA , mg/m3 ;
• velocità di movimento V dentro , m/sec.

L'aria atmosferica è quasi sempre umida a causa dell'evaporazione dell'acqua dai serbatoi aperti nell'atmosfera, nonché per la combustione di combustibili organici con formazione di acqua, ecc. L'aria atmosferica riscaldata viene molto spesso utilizzata per essiccare vari materiali in camere di essiccazione e altro processi tecnologici. Il contenuto relativo di vapore acqueo nell'aria è anche una delle componenti più importanti del comfort climatico negli alloggi e negli ambienti conservazione a lungo termine prodotti alimentari e prodotti industriali. Queste circostanze determinano l'importanza di studiare le proprietà dell'aria umida e di calcolare i processi di essiccazione.

Qui considereremo la teoria termodinamica dell'aria umida, principalmente con l'obiettivo di imparare a calcolare il processo di essiccazione del materiale umido, ad es. imparare a calcolare la portata d'aria che fornirebbe la velocità di essiccazione richiesta del materiale per i parametri dati dell'impianto di essiccazione, nonché a considerare l'analisi e il calcolo degli impianti di condizionamento e condizionamento dell'aria.

Il vapore acqueo presente nell'aria può essere surriscaldato o saturo. In determinate condizioni, il vapore acqueo nell'aria può condensare; quindi l'umidità cade sotto forma di nebbia (nuvola) o la superficie si appanna - cade la rugiada. Tuttavia, nonostante le transizioni di fase, il vapore acqueo nell'aria umida può essere considerato con grande precisione come un gas ideale fino a uno stato saturo secco. Infatti, ad esempio, a temperatura T\u003d Il vapore acqueo saturo a 50 ° C ha una pressione ps = 12300 Pa e volume specifico. Tenendo presente che la costante del gas per il vapore acqueo

quelli. con questi parametri anche il vapore acqueo saturo con un errore non superiore allo 0,6% si comporta come un gas ideale.

Pertanto, considereremo l'aria umida come una miscela di gas ideali con l'unico avvertimento che negli stati vicini alla saturazione, i parametri del vapore acqueo saranno determinati da tabelle o diagrammi.

Introduciamo alcuni concetti che caratterizzano lo stato dell'aria umida. Lascia che nel volume dello spazio 1 m 3 ci sia aria umida in uno stato di equilibrio. Quindi la quantità di aria secca in questo volume sarà, per definizione, la densità dell'aria secca ρ sv (kg / m 3) e la quantità di vapore acqueo, rispettivamente, ρ VP (kg / m 3). Questa quantità di vapore acqueo è chiamata umidità assoluta aria umida. La densità dell'aria umida sarà ovviamente

In questo caso va tenuto presente che le densità dell'aria secca e del vapore acqueo devono essere calcolate alle corrispondenti pressioni parziali, in modo tale che

quelli. consideriamo la legge di Dalton valida per l'aria umida.

Se la temperatura dell'aria importante è T, poi

Spesso invece della densità del vapore acqueo, ad es. invece dell'umidità assoluta, l'aria umida è caratterizzata dalla cosiddetta contenuto di umidità D, che è definita come la quantità di vapore acqueo per 1 kg di aria secca. Per determinare il contenuto di umidità D allocare un po' di volume nell'aria umida V 1, in modo tale che la massa di aria secca al suo interno sia 1 kg, cioè dimensione V 1 nel nostro caso c'è m 3 / kg St. Quindi sarà la quantità di umidità in questo volume D kg VP / kg S. È chiaro che il contenuto di umidità D associato all'umidità assoluta ρ vp. In effetti, la massa di aria umida in volume V 1 è uguale

Ma poiché il volume V 1 abbiamo scelto in modo che contenesse 1 kg di aria secca, quindi ovviamente . Il secondo termine è, per definizione, contenuto di umidità D, cioè.

Considerando l'aria secca e il vapore acqueo come gas ideali, otteniamo

Tenendo conto, troviamo la relazione tra il contenuto di umidità e la pressione parziale del vapore acqueo nell'aria

Sostituendo qui i valori numerici, finalmente abbiamo

Poiché il vapore acqueo non è ancora un gas ideale, nel senso che la sua pressione parziale e temperatura sono molto inferiori a quelle critiche, l'aria umida non può contenere una quantità arbitraria di umidità sotto forma di vapore. Illustriamo questo con un diagramma. p–v vapore acqueo (vedi Fig. 1).

Lascia che lo stato iniziale del vapore acqueo nell'aria umida sia rappresentato dal punto C. Se ora a temperatura costante T Con l'aggiunta di umidità sotto forma di vapore all'aria umida, ad esempio facendo evaporare l'acqua da una superficie aperta, il punto che rappresenta lo stato del vapore acqueo si sposterà lungo l'isoterma T C = cost a sinistra. La densità del vapore acqueo nell'aria umida, ad es. la sua umidità assoluta aumenterà. Questo aumento dell'umidità assoluta continuerà fino al vapore acqueo a una data temperatura T C non diventerà saturo secco (stato S). Un ulteriore aumento dell'umidità assoluta a una data temperatura è impossibile, poiché il vapore acqueo inizierà a condensare. Pertanto, il valore massimo dell'umidità assoluta a una data temperatura è la densità del vapore saturo secco a questa temperatura, cioè

Il rapporto tra l'umidità assoluta a una data temperatura e l'umidità assoluta massima possibile alla stessa temperatura è chiamato umidità relativa dell'aria umida, cioè per definizione abbiamo

È anche possibile un'altra variante della condensazione del vapore nell'aria umida, ovvero il raffreddamento isobarico dell'aria umida. Quindi la pressione parziale del vapore acqueo nell'aria rimane costante. Punto C sul diagramma p–v si sposterà a sinistra lungo l'isobare fino al punto R. Inoltre, l'umidità inizierà a cadere. Questa situazione si verifica molto spesso durante l'estate durante la notte quando l'aria si raffredda, quando la rugiada cade sulle superfici fredde e si forma la nebbia nell'aria. Per questo motivo, la temperatura nel punto R in cui la rugiada inizia a cadere è chiamata punto di rugiada ed è indicata T R. Si definisce come la temperatura di saturazione corrispondente ad una determinata pressione di vapore parziale

L'entalpia dell'aria umida per 1 kg di aria secca viene calcolata sommando

si tiene conto che le entalpie dell'aria secca e del vapore acqueo si misurano a partire da una temperatura di 0 o C (più precisamente, dalla temperatura del punto triplo dell'acqua, pari a 0,01 o C).

Lezione ASCIUGATURA.

L'essiccazione è il processo di rimozione dell'umidità solidi facendolo evaporare e rimuovendo i vapori risultanti.

Spesso l'essiccazione termica è preceduta da metodi meccanici di rimozione dell'umidità (spremitura, decantazione, filtrazione, centrifugazione).

In ogni caso, l'essiccazione sotto forma di vapori rimuove la componente volatile (acqua, solvente organico, ecc.)

Secondo l'essenza fisica, l'essiccazione è un processo di calore articolare, trasferimento di massa e si riduce al movimento dell'umidità sotto l'influenza del calore dalla profondità del materiale essiccato alla sua superficie e alla sua successiva evaporazione. Nel processo di essiccazione, un corpo bagnato tende ad uno stato di equilibrio con ambiente, quindi la sua temperatura e il suo contenuto di umidità sono generalmente una funzione del tempo e delle coordinate.

In pratica, il concetto viene utilizzato umidità v, che è definito come:

(5.2)

Se allora

Secondo il metodo di fornitura del calore, ci sono:

Essiccazione convettiva, effettuata per contatto diretto del materiale e dell'essiccante;

Essiccazione a contatto (conduttiva), il calore viene trasferito al materiale attraverso la parete che lo separa;

Essiccazione per radiazione - trasferendo calore mediante radiazione infrarossa;

La liofilizzazione, in cui l'umidità viene rimossa dal materiale allo stato congelato (di solito sotto vuoto);

Essiccazione dielettrica, in cui il materiale viene essiccato nel campo delle correnti ad alta frequenza.

Con qualsiasi metodo di essiccazione, il materiale è a contatto con aria umida. Nella maggior parte dei casi, l'acqua viene rimossa dal materiale, quindi di solito viene considerato un sistema a vapore acqueo secco.

Parametri di umidità.

Una miscela di aria secca e vapore acqueo è aria umida. Parametri dell'aria umida:

Umidità relativa e assoluta;

Capacità termica ed entalpia.

Aria umida, al minimo P e T, può essere considerata una miscela binaria di gas ideali: aria secca e vapore acqueo. Quindi, secondo la legge di Dalton, possiamo scrivere:

(5.3)

dove P– pressione della miscela vapore-gas , p c gè la pressione parziale dell'aria secca, è la pressione parziale del vapore acqueo.

Vapore libero o surriscaldato - somministrato T e R non condensa. Il massimo contenuto di vapore possibile nel gas, al di sopra del quale si verifica la condensazione, corrisponde a condizioni di saturazione ad un certo punto T e pressione parziale .

Distinguere l'umidità assoluta, relativa e il contenuto di umidità dell'aria.

Umidità assolutaè la massa di vapore acqueo per unità di volume di aria umida (kg/m3). Il concetto di umidità assoluta coincide con il concetto di densità di vapore alla temperatura T e pressione parziale .

Umidità relativaè il rapporto tra la quantità di vapore acqueo nell'aria e la massima possibile, in determinate condizioni, o il rapporto tra la densità del vapore in determinate condizioni e la densità del vapore saturo nelle stesse condizioni:

Secondo l'equazione di stato di un gas ideale Mendeleev - Klaiperon per il vapore allo stato libero e saturo, abbiamo:

e (5.5)

Qui M p è la massa di una mole di vapore in kg, R è la costante del gas.

Tenendo conto della (5.5), l'equazione (5.4) assume la forma:

L'umidità relativa determina il contenuto di umidità dell'essiccante (aria).

Qui G Pè la massa (portata massica) del vapore, L è la massa (portata massica) del gas assolutamente secco. Esprimiamo le quantità G P e L attraverso l'equazione di stato di un gas ideale:

,

Quindi la relazione (5.7) viene trasformata nella forma:

(5.8)

Massa di 1 mole di aria secca all'interno kg.

Presentazione e considerando noi abbiamo:

(5.9)

Per sistema aria-vapore , . Poi abbiamo:

(5.10)

Quindi, è stata stabilita una relazione tra il contenuto di umidità x e l'umidità relativa φ dell'aria.

Calore specifico il gas umido è preso come capacità termica additiva del gas secco e del vapore.

Calore specifico del gas umido C, riferito a 1 kg di gas secco (aria):

(5.11)

dove è il calore specifico del gas secco, il calore specifico del vapore.

Capacità termica specifica, riferita a 1 kg miscela vapore-gas:

(5.12)

Solitamente utilizzato nei calcoli da.

Entalpia specifica dell'aria umida H si riferisce a 1 kg di aria assolutamente secca ed è determinato ad una data temperatura dell'aria T come somma delle entalpie dell'aria assolutamente secca e del vapore acqueo:

(5.13)

L'entalpia specifica del vapore surriscaldato è determinata dalla seguente espressione.

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