Вологого повітря в процесi сушки

Експериментальна установка (рис.5.1) являє собою модель сушильної установки, в якій сушильним агентом є кімнатне повітря, а матеріалом, що висушується - бавовняна тканина, змочена водою.

Основні елементи установки - калорифер 1 і сушильна камера 2. Калорифер 1 складається з співвісних металевих циліндрів, усередині яких розміщений електронагрівач 3, що відключається дилатометричним терморегулятором при температурі повітря вище 100°С. Регулювання температури повітря здійснюється ручкою "Регулювання потужності". Сушильна камера складається з вертикальних труб різного діаметра, вставлених одна в одну, бавовняної тканини 4, рухомого піддона 5, крапельниці 6 і заливної воронки 7. Для зменшення втрат від охолодження сушильна камера теплоiзольована. Сушильна камера з'єднується з калорифером трубою 8, в якій встановлений датчик температури повітря, що надходить до сушильної камери (Т1). Температура повітря вимірюється термопарою Т2.

 

 

Рис. 5.1. Схема установки

 

Зовнішня труба сушильної камери в нижній частині має вихідний патрубок з вихлопною трубою 9, в якій вмонтовані дві термопари: Т3 - "суха" і Т4 - "мокра".

Повітря, подане вентилятором 10, проходить діафрагму 11 і по трубі попадає у вхідний патрубок калорифера 1. Діафрагма 11 з'єднана з дифманометром (датчиком) 12. По кільцевому простору між трубами калорифера повiтря спускається униз, потім піднімається догори і по сполучнiй теплоiзольованiй трубі надходить у сушильну камеру 2. У сушильній камері повітря надходить униз, потім піднімається догори, омиває зволожену бавовняну тканину 4 і насичується вологою. Для підтримки стаціонарного режиму випарювання вологи, до тканини крапельницею 6 додається по краплях вода. Системи виміру і регулювання температури, потужності і витрати повітря об'єднані в блоці управління 13, з якого значення параметрів виводяться на табло 15 через перемикач 14.

Відносну вологість повітря, що надходить у калорифер, визначають по показаннях сухого і мокрого термометрів окремо встановленого психрометра.

Заводять механізм вентилятора психрометра. Через кожні 30 секунд записують у журнал покази сухого t_c і мокрого t_м термометрів доти, поки температура мокрого термометра не стане щонайнижчою і не почне знову підвищуватися. Покази термометрів заносять у журнал спостережень. За розрахункові температури беруть найнижчі значення t_м і відповідні їм t_с. За даними спостережень на і-d дiаграму наносять точку 1 (рис.5.2), що характеризує стан повiтря, яке подається в калорифер. Положення точки 1 визначає відносну вологість j₁.

Вiдносну вологість можна визначити і за психрометричними таблицями, знаючи різницю показань t_с і t_м.

 

 

Рис. 5.2. і-d діаграма для вологого повітря

 

Порядок виконання роботи

Перед включенням установки роблять її зовнішній огляд. Перевіряється заземлення установки.

Змочують тканину 4 у сушильній камері 2 шляхом підйому піддона з водою 5 вгору до упора, і витримують в цьому положенні протягом 1-2 хвилин. Вода заливається в піддон через воронку 7. Установлюють тумблери "Нагрівач", "Вентилятор" і вимикач "Мережа" у нижнє положення. Ручка перемінного резистора "Регулювання потужності" виводиться у вихідне положення. При підключенні установки до мережі і верхньому положенні вимикача "Мережа" світиться лампочка "Мережа". При включенні тумблера "Вентилятор" відбувається рух повітря через установку. Включенням кнопки "6" визначають витрати повітря через установку. При включенні тумблера "Нагрівач" і кнопки Т1, табло приладу 15 показує зміну температури повітря перед сушаркою. Обертання ручки "Регулювання потужності" при включенні кнопки "Р" викликає зміну потужності на табло приладу 15. Установлюють необхідну потужність, споживану нагрівачем 3, і відкривають крапельницю 6. Через 12-15 хвилин установлюється стаціонарний режим сушіння - постійна відносна вологість повітря, яка визначається за стаціонарними показами термопар Т3 i Т4. Значення параметрів і відносної вологості, визначені за допомогою і-d діаграми, по ходу роботи через кожні 3 хвилини записують у журнал спостережень (табл. 5.1.).

Дослід продовжують протягом 15 хвилин. У момент початку і кінця досліду фіксують час і покази барометра Р_б.

Після закінчення експерименту вивести ручку "Регулювання потужності" у вихідне положення, виключити тумблери, вимикач "Мережа", злити воду з сушильної камери обертом ручки крана 16 "Злив".

 

Таблиця 5.1.

Журнал спостережень

 

Час t, год., хвил.	Потужність струму W, Вт	Температура	Відносна вологість повітря за сушаркою,j3 , %
перед сушаркою t1,°С	в сушарці   t2,°С	за сушаркою
суха термопара t3, °С	мокра термопара t4, °С

 

Обробка результатів досліду

Наносять на і-d дiаграму (рис. 5.2) всі процеси, що протікають в установцi. Вихідну точку 1 визначають перетином ліній постійної температури сухого і мокрого термометрів. Точку 2, що визначає стан підігрітого в калорифері повіт-ря, знаходять побудовою процесу підігріву від точки 1 по вертикалі до ізотерми 2 (показ термопари Т1).

Аналогічно визначають точку 3, що характеризує стан повітря у вихідній трубі 9, в місці виміру відносної вологості.

Точки 2 і 3 з'єднують умовною прямою, яка визначає процес сушіння. По точках 1 і 3 на i-d дiаграмi визначають вологовміст повітря до (d₁) і пiсля (d₂) сушки тканини. Різниця вологовмісту d₃ - d₁ є кiлькiсть випареної з матеріалу вологи 1 кг сухого повітря.

Різниця ентальпiй повітря і₁ та і₂ визначає кількість теплоти на 1 кг сухого повітря, відданої нагрівачем повітрю, без врахування втрат теплоти в навколишнє середовище калорифером і сушаркою.

Для підрахунку кількості випареної вологи під час проведення досліду треба визначити масу сухого повітря у вологому повітрі, поданому в калорифер, об'ємнi витрати якого вимірюються за допомогою діафрагми 11 і дифманометра 12.

Маса сухого повітря дорівнює:

 

 

Парціальний тиск сухого повітря визначають як різницю:

 

Р_с.n.= Р_б - Р_п,

 

де Р_б- барометричний тиск вологого повітря;

Р_п - парціальний тиск пари у вологому повітрі, який знаходять з формули зв'язку парціального тиску пари і вологовмісту, г/кг сухого повітря:

 

Враховуючи, що Р_см=Р_б, маємо:

 

Па.

 

Для перевiрки треба знайти наближене значення Р_п по i-d діаграмi. Кількість випареної вологи за час досліду, кг:

 

М_в = 0,001 (d₃ - d₁) М_с.n..

 

Кількiсть теплоти, витраченої на випарювання вологи за винятком втрат, кДж:

 

Q = (і₃ - і₁) М_с.п..

 

Кількiсть теплоти, витраченої на 1 кг випареної вологи:

 

 

Дiйсна кількість теплоти, яка витрачена на сушіння, знаходиться з даних дослiду за витратами електроенергії нагрівачем:

 

Q_д = 0,001·W·t·60, кДж,

 

де W - потужнiсть, Вт;

t – тривалість досліду, хвилин;

60 - число секунд в хвилинi.

Різниця між дійсною кількістю теплоти і кількістю теплоти, витраченої на випарювання вологи Q – це величина втрат у навколишнє середовище калорифером і сушаркою за час досліду. Економічність уcтановки визначається величиною відношення кількості теплоти, розрахованої за витратами електроенергії, до теплоти, витраченої на випарювання:

h =

 

Контрольнi питання

1. Як визначити відносну вологість повітря по і-d - дiаграмi на основi показників психрометра?

2. Як визначити кiлькiсть енергiї, необхiдної для випарювання одиницi вологи?

3. Як змiнюється вiдносна вологiсть, вологовміст i парцiальний тиск водяної пари при нагрiванні вологого повiтря?

4. Як визначити кiлькiсть повiтря, необхiдного для випарювання заданої кiлькостi вологи?

5. Як визначити економiчнiсть сушильної установки?

 

Лабораторна робота № 6