Практичне заняття № 1. Розрахунок параметрів вологого повітря

Мета: Вивчення властивостей та параметрів вологого повітря як сушильного агенту. Визначення параметрів сушильного агенту для оптимального протікання процесів сушіння та зволожування лубоволокнистих матеріалів.

 

Повітря, що містить перегріту водяну пару, називається ненасиченим і може бути використане як агент сушіння, а якщо воно містить суху насичену пару, то називається насиченим повітрям і використовується як агент зволоження.

Характерними параметрами для повітря є:

- температура t, ^оC; Т, К;

- абсолютна вологість ρ_в, кг/м³;

- вологоємкість ρ_н, кг/м³;

- відносна вологість φ, %;

- вологовміст d, г/кг сух. повітря;

- приведена ентальпія - тепловміст І, ккал/кг сух. повітря, кДж/кг сух. повітря;

- приведений об'єм V_пр м³/кг сух. повітря;

- барометричний тиск Р_б, мм рт. ст., мм вод. ст. - кгс/м², кгс/см² - атм, Н/м² - Па.

Основні рівняння для розрахунку параметрів агента сушіння та зволоження при конвективному способі:

1. Характеристичне рівняння Менделєєва - Клапейрона:

P_n=p_n·R_n·T - для водяної пари: (1.1)

P_nов=p_пов·R_noв·T - для абсолютно сухого повітря; (1.2)

де Р_п і Р_пов - парціальні тиски, Па;

R_n i R_nов - газові константи (постійні). Дж/кг·К. R_n = 461.6 Дж/кг·К; R_nов = 287Дж/кт·К.

2. Відносна вологість:

, при Т<373 К (1.3)

при Т≥373 К, Р_н =Р_б

3. Вологовміст:

, (1.4)

4. Приведена ентальпія:

I=l,0·t+0,001d(2500+l,97·t) (1.5)

5. Приведений об'єм:

, (1.6)

6. Барометричний тиск за законом Дальтона:

Р_б.= Р_п⁺Р_пов, (1.7)

7. Газова постійна суміші:

, (1.8)

Зв'язок одиниць вимірювання систем МКГС і СІ:

1 кгс = 9,81 Н. 1 Н/м² = 1 Паскаль (Па)

1 мм рт. ст. = 13.6 кгс/м² = 133 Н/м² (Па)

1 мм вод. ст. = 1 кгс/м² = 9.81 Н/м² (Па)

1 атм = 1 кгс/см² = 10⁴ кгс/м² = 10⁵ Н/м² (Па)

1 ккал/год. =4.19 кДж/год = 1,16 Вт

 

 

Для утворення кратних і дольних одиниць коригуються префіксами:

 

Назва префікса	Коефіцієнт множення	Назва префікса	Коефіцієнт множення
тера (Т)	10^12:	деци (д)	10^-1
гіга (Г)	10^9	санти (с)	10^-2
мега (М)	10^6	мілі (м)	10^-3
кіло (к)	10^3	мікро (мк)	10^-6
гекто (г)	10^2	нано (н)	10^-9
дека (да)	10^1	піко (п)	10^-12

 

Графічним відображенням взаємозв'язку різних параметрів повітря є І - d діаграма, що дозволяє прискорити інженерно-технічні розрахунки і забезпечує повну наочність тепло- та масообмінних процесів, які розглядаються. Вона пов'язує такі основні параметри повітря, як температура, приведена ентальпія, вологовміст, відносна вологість, температура адіабатичного випаровування та парціальний тиск водяної пари.

Загальний вигляд діаграми при Р_б =745 мм рт. ст. (99,1 кПа) поданий на рис. 1.1.

 

 

З допомогою діаграми можна визначити деякі допоміжні параметри і характеристики процесів сушіння та зволоження: влагоємкість, перегрітість водяної пари, потенціал сушіння (рис. 1.2 - 1.4).

 

 

 

Рис. 1.2. Визначення Рис. 1.3. Визначення перегрітості

вологовмісту сухої пари

 

 

Рис. 1.4. Визначення потенціалу сушіння

 

ПРИКЛАДИ РОЗВ'ЯЗАННЯ ЗАДАЧ

Задача. Визначити величину вологовмісту та приведеної ентальпії для стану повітря з температурою 60°С. відносною вологістю 50 % і барометричним тиском 745 мм рт. ст. (99.36 кПа).

 

t = 60°С

φ= 50° о

Р_б = 745 мм рт. ст. (99.36 кПа)

d -? I_пр-?

Рішення: . Р_п знаходимо з формули , . Р_н знаходимо з таблиці вологого повітря при t=60 ^oC та φ=100%. Р_н = 19,9 кПа, Р_п =(50·19,9)/100= 9,95 кПа. d = 622(9,95/(99,36-9,95))=69,61 г/кг сух.пов.

I_пр=l,0·t+0,001d(2500+l,97·t),

I_пр=60+0,001·68,42·(2500+1,97·60)=242,22 кДж/кг сух.пов.

 

 

Задача. Знаючи температуру t=70°C і вологовміст d = 24,5 г/кг сух. пов. визначити:φ, P_n, І.

 

t=70°C На I-d діаграмі знаходимо

d=24,5 г/кг сух. пов. φ≈14.5 %; І = 160 кДж/кт сух. повітря, P_п ≈ 4.5 кПа

φ, P_n, І.-?

 

 

Задача. На яку величину зміниться вологовміст повітря під час процесу сушіння, якщо його параметри при вході до шару матеріалу t₁ = 80 ^оС і φ₁ = 10%, а після шару t₂ = 60 °C і φ₂ =30%? Р_б = 745 мм рт. ст. (99,3 к Па).

t₁ = 80°C З таблиці вологого повітря знаходимо d₁ і d₂.

φ₁ = 10% d₁ = 31,41 г/кг d₂ = 39,98 г/кг

t₂=60 ^оC Δd = 31,41 – 39,98 = - 8,57 г/кг

φ₂ =30%

Р_б =745 мм рт. ст. (99,3 к Па)

Δd = d₁ – d₂

 

 

ЗАПИТАННЯ ДЛЯ ОПИТУВАННЯ

1. Дати визначення абсолютної та відносної вологості повітря.

2. Дати визначення вологовмісту повітря.

3. Дати визначення приведеної ентальпії.

4. Фізичні закони, які застосовуються для визначення параметрів вологого повітря.

5. Дати визначення теплоємності і тепловмісту вологого повітря.

6. Дати визначення параметрів сухого повітря.

7. Дати визначення параметрів водяної пари.

8. Обґрунтувати характеристичне рівняння водяної пари.

9. Подати рівняння Менделєєва - Клапейрона для вологого повітря, водяної пари та сухого повітря і його застосування для технічних розрахунків сушильного обладнання.

10. Дати характеристику густині та тиску вологого повітря.

ІНДИВІДУАЛЬНІ ЗАВДАННЯ

 

Задача 1. Визначити величину вологовмісту та приведеної ентальпії для стану повітря з температурою 60 ^оС, відносною вологістю 50 % і барометричним тиском 745 мм рт. ст. (99.1 кПа).

Задача 2. Яка температура та вологовміст стану повітря, якщо густина водяної пари р_п= 118,77 г/м³ парціальний тиск її Р_п= 1911,36 кгс/м² (18731 Па) і барометричний тиск Р_б =745 мм рт. ст, (99,1 кПа)?

Задача 3. На яку величину зміниться вологовміст повітря під час процесу сушіння, якщо його параметри при вході до шару матеріалу t₁ = 80°C і φ₁ = 10%, а після шару - t₂=60°C і φ₂ =30%? Р_б =745 мм рт. ст. (99,1 кПа).

Задача 4. Яка величина перегрітості водяної пари для стану повітря, що має параметри: І = 30,0 ккал/кг сух. пов. (125,7 кДж/кг сух, пов.), d = 20,0 г/кт сух. пов. і t_p = 25°С?

Задача 5. Скільки грамів вологи віддасть насичене повітря під час процесу зволоження, якщо його параметри: при вході до шару матеріалу І₁ = 65,0 ккал/кг сух. пов. (27135 кДж/кг сух. пов.) і t₁ = 49.5 ^оC. a після – І₂ = 55.0 ккал/кг сух. пов. (230,45 кДж/кг сух. пов.) і t₂= 46,2 ^оC?

Задача 6. Який потенціал сушіння Δd у повітря з параметрами t₁ = 60 ^oС, φ₁ =20 %, t_м = 34,8 ^оС і Р_б =745 мм рт. ст. (99.1 к Па)?

Задача 7. Визначити величину газової постійної вологого повітря з температурою t = 40°С і приведеною ентальпією І = 20,0 ккал/кг сух. пов. (83.8 кДж/кг сух. повітря).

Задача 8. Знаючи парціальний тиск водяної пари Р_п =50 мм рт. ст. (6650 Па) і барометричний тиск Р_б = 735 мм рт. ст. (96,7 кПа), визначити газову постійну вологого повітря.

Задача 9. Скільки необхідно випарувати вологи, щоб довести повітря з температурою t = 50°C і відносною вологістю φ =30% до стану вологоємкості при Р_б= 745 мм рт. ст. (99.1 кПа)?

Задача 10. На яку величину зміниться приведена ентальпія повітря, що має температуру t = 60 ^оC і вологовміст d = 50.0 г/кг сух. повітря, якщо його довести до стану точки роси з t_р = 60 ^оС?

Задача 11. На яку величину зміниться приведена ентальпія повітря, якщо до підігрівання в калорифері його параметри t₁ = 20 ^оС і φ₁ =60%, а після підігрівання t₂ = 70 ^оС при барометричному тиску Р_б =745 мм рт. ст (99.1 кПа)?

Задача 12. Визначити температуру та відносну вологість повітря, якщо його вологовміст d = 35,0 г/кг сух. повітря, приведена ентальпія І = 35,0 ккал/кг сух. повітря (146.65 кДж/кт сух. повітря) і Р_б =745 мм рт. ст. (99.1 кПа)

Задача 13. При температурі повітря t = 55.0 ^оC. вологовмісті d = 25.0 г/кг сух. повітря і Р_б =745 мм рт. ст. (99.1 кПа) розрахувати парціальний тиск і густину водяної пари.

Задача 14. Визначити величину вологовмісту та приведеної ентальпії для стану повітря з температурою 100 ^оС і відносною вологістю 15 %.

Задача 15. Вологе повітря має такі параметри: вологовміст d = 75.0 г/кг сух. повітря та відносна вологість φ = 45 %. Розрахувати величину приведеного об'єму V_np густини повітря ρ і температури при Р_б =745 мм рт.ст.(99.1 кПа).

Задача 16. Знаючи парціальний тиск водяної пари Р_п =50 мм рт. ст. (6650 Па) і барометричний тиск Р_б = 735 мм рт. ст. (96.7 кПа). визначити газову постійну вологого повітря.

Задача 17. Циркуляційне повітря на вході до зрошувальної камери має температуру t₀ = 40 ^оС і відносну вологість φ₀ =50 %. а після камери t₁ = 50 ^оC і І₁ =58.8 ккал/кг сух. повітря (246,4 кДж/кт сух. повітря). Підрахувати приріст вологовмісту в процесі зволоження повітря.

Задача 18. Параметри стану повітря d = 50.0 г/кг сух. повітря і І = 50 ккал/кг сух повітря (209.5 кДж/кг сух. повітря). Визначити φ, t, Р_п, V_пр, при Р_б =745 мм рт. ст. (99,1 к Па)

Задача 19. Визначити густину та газову постійну вологого повітря, якщо відомо: t = 45,0 °C; φ = 10% і P_б =725 мм рт. ст. (96,4 кПа).

Задача 20. Яка приведена ентальпія повітря, якщо газова константа (постійна) його R=292 Дж/кгК і температура t = 60,0 ^оC?

Задача 21. Визначити кількість водяної пари, необхідну для доведення повітря з температурою повітря t = 50 ^оC і відносною вологістю φ =15% до стану вологоємкості. Р_б=745 мм рт. ст. (99,1 кПа).

Задача 22. Чому дорівнює приріст ентальпії від точки роси до фактичного стану повітря, якщо відомо: t_р =25 °С; t_ф =60 ^оC і Р_б =745 мм рт. ст. (99,1 кПа)?

Задача 23. Визначити приріст вологовмісту за адіабатичний процес зволоження, якщо його параметри до процесу – t₁ =75°C; φ₁,= 10%; а після – t₂ =40°C; P_б =725 мм рт. ст. (96,4 кПа).

Задача 24. Визначити для стану вологого повітря з температурою 95°С і відносною вологістю 20%: вологовміст, приведену ентальпію, парціальний тиск водяної пари, температуру повітря за мокрим термометром, температуру точки роси та величину перегрітості водяної пари.

Задача 25. За приведеною ентальпією І=20,5 ккал/кг сух. повітря (85,9 кДж/кг сух. повітря) та парціальним тиском водяної пари Р_п=18,5 мм рт. ст. (2460,5Па) знайти значення:d, t, Р_н, φ, t_м, t_р, та Δt