линию, параллельную линиям / = const, находим энтальпию воздуха / (в ккал/кг) Температуру воздуха находим при по
мощи изотермы, проходящей через точку А.
Парциальное давление водяного пара рд будет найдено при |
|
помощи линий парциальных давлений, как это показано на |
|
рис. 155. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В Приложении XI дана I—х-диаграмма, построенная в боль |
|
шом масштабе. Рекомендуется, взяв произвольную точку А, |
|
проделать построение и найти параметры воздуха. |
|
|
|
|
П р и м е р . |
1. Найти на I—х-диаграмме |
точку, |
соответ |
|
ствующую воздуху, относительная влажность которого равна |
|
30%, а температура 60° С. |
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Определить энтальпию этого воздуха и парциальное дав |
|
ление водяных паров, содержащихся в нем. |
|
XI) |
находим |
|
Р е ш е н и е . |
На диаграмме (см. приложение |
|
точку пересечения изотермы 60° С и линии ф= |
30%- |
Это |
бу |
|
дет искомая точка, соответствующая условиям задачи. Про |
|
водя через эту точку линию / = const, |
находим |
I —39 |
ккал/кг |
|
сухого воздуха. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Парциальное давление паров найдем так же, как и в пре- |
|
дыдущём примере. Оно равно примерно 45,2 мм рт. ст. |
|
|
|
|
Диаграмма, которой пользовались при решении данных за |
|
дач, построена в системе, где за единицу энтальпии взята ки |
|
локалория. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В настоящее время имеется диаграмма, построенная в систе |
ме СИ. В Приложении XII |
дана универсальная / —rf-диаграм- |
ма, построенная проф. Д. М. |
Левиным. В этой диаграмме |
эн |
тальпии выражены в килоджоулях. |
Эта диаграмма |
является |
универсальной, потому что она может быть использована |
при |
любом давлении воздуха. Дело в том, |
что |
диаграмма, |
данная |
в приложении XI, точна только для давления 745 мм рт. |
ст. Од |
нако в действительности в различных районах СССР давление колеблется от 690 до 780 мм рт. ст. Поэтому расчеты по диаг рамме, построенной для давления 745 мм рт. ст., не будут точ ными. В связи с этим Д. М. Левин считает нецелесообразным наносить на диаграмму линии ср=const, положение которых ме няется в зависимости от давления. На диаграмме нанесен ряд линий ф= 100% для различных давлений, данных в системе СИ. Эти давления даны в тех пределах, в которых колеблется баро метрическое давление в различных районах СССР.
Если состояние воздуха задано температурой и относитель ной влажностью, то при известном барометрическом давле нии В, его влагосодержание d может быть определено из урав
нения |
( |
|
|
|
|
|
4 = |
622 |
ФРн |
, |
(334) |
где ра — давление |
|
|
В — ФРН |
к ' |
насыщенного |
влажного |
пара при заданной |
температуре |
воздуха. |
|
|
|
|
|
Величины В и рЕ берутся в килопаскалях. Для удобства пользования ди аграммной на ней приведена таблица значений рп при различных температу рах. Найдя 4 по формуле (334) и зная t, легко определить на диаграмме по ложение точки, соответствующей заданному воздуху.
П р и м е р . |
Давление воздуха 760 мм рт. ст. Температура |
воздуха 40° С, |
ф =0,5. Определить значение d и найти положе |
ние точки на диаграмме. |
Р е ш е н и е . |
Выразим давление воздуха в системе СИ. Дав |
ление 1 мм рт. ст. соответствует 133,3 Па, или 0,133 кПа. Отсю |
да 6 = 760-0,133=101,08 кПа; по таблице, данной на диаграм
ме, при < = |
40° С, рн = 7,36. |
|
|
Отсюда |
„ |
г |
d |
0,5-7,36-622 |
= — ■-------------- |
•= 2 3 ,5 ------------------------ |
. |
|
1 0 1 ,08 -0,5 -7,36 |
кг сух. воздуха |
Найдя по оси абсцисс точку d, соответствующую этой ве
личине, проводим через нее вертикаль до пересечения с линией <=40° С. На пересечении этих линий получим искомую точку.
б) Изображение основных процессов в / —х-диаграмме
При помощи I — х-диаграммы могут быть изображены лю бые процессы, совершающиеся во влажном воздухе. Рассмот рим некоторые из этих процессов.
Нагревание влажного воздуха в поверхностном теплообменнике (рис. 156)
При нагревании влажного воздуха влагосодержание его ос тается постоянным. Поэтому процесс нагревания изображается линией x=const. На рис. 156 изображен процесс нагревания воздуха, начальное состояние которого соответствует точке А. Его температура tQи относительная влажность <ро.
Рис. 156. Изображение процес |
Рис. 157. |
Изображение |
са подогрева воздуха в / —х- |
процесса |
охлаждения |
диаграмме. |
воздуха в |
/ —х-диаграм- |
|
|
ме. |
Процесс подогрева изображается линией АВ. Конечная тем пература, до которой подогревается воздух, равна Конеч ная относительная влажность фЬ Как видно из рис. 156, .относи тельная влажность воздуха при нагревании уменьшается. Это может быть объяснено следующим образом. Как видно из фор
мулы (326), ф= р /р и, но р — парциальное давление водяных па ров — не изменяется (см. рис. 156). Величина же рн при повы шении температуры увеличивается. Следовательно, ф уменьша
ется.
Количество тепла, которое будет получено воздухом в про цессе подогрева, может быть найдено при помощи диаграммы: /i — / 0= А / (в ккал на 1 кг сухого воздуха).
Охлаждение влажного воздуха
Если состояние воздуха соответствует точке А, то процесс его охлаждения в поверхностном теплообменнике будет изобра жен также линией х0 — const.
На рис. 157 процесс охлаждения воздуха изображен ли нией АВ. По мере охлаждения воздуха его относительная влаж ность ф возрастает. В точке В, лежащей на линии ф= 100%, воз дух будет иметь относительную влажность ф=100% . Ко личество тепла, которое будет отдано воздухом при его охлаж дении, равно /i — h (в ккал на 1 кг сухого воздуха).
При дальнейшем охлаждении воздуха начинается конденса ция водяных паров. Температура t2, соответствующая точке В, будет температурой точки росы. При дальнейшем охлаждении воздуха выделится избыточная влага, причем относительная влажность останется равной 100%. Этот процесс изображен на рис. 157 линией ВС. Температура 73 и энтальпия /з, соответству ющие точке С, могут быть определены по диаграмме.
Смешивание двух объемов воздуха с различными характеристиками
Допустим, что смешивается воздух, находящийся в состоя нии, соответствующем точке А (рис. 158) с воздухом, состояние которого соответствует точке В. Пусть количество влажного воздуха, соответствующее точке А, таково, что в нем содержит ся 1 кг абсолютно сухого воздуха. Количество влажного возду ха, соответствующее точке В, таково, что в нем содержится п (в кг) абсолютно сухого воздуха. Энтальпия смеси
7о~Нt i l г
7см — |
7„ — п (/г 7см) . |
1 |
"f- 1Х |
Влагосодержание смеси
Х 0 + П Х <J
■х0 = п(х2 — хш) .
1 + п
Решая.это уравнение в отношении п, получим:
*см |
х0 |
п — ------------- .Х |
Х2 |
-'•СМ |
[8 В. Н. Стабников, В. И. Баранцев |
273 |
Разделив почленно уравнение (а) на (б), получим:
|
I СМ -----/ о |
____ 12 ----- IСЫ |
(335) |
|
хсм х0 |
х2- ~ХСЫ |
|
|
Это уравнение прямой линии, проходящей через точки А и В (рис. 158). Состояние смеси будет соответствовать точке М, де
лящей прямую АВ на две части в отношении |
5 |
(336) |
л м = |
Рис. 158. Изображе ние процесса смеше ния воздуха в / —х- диаграмме.
ВМ х2— хсм 1
Таким образом определяется положение точки М: она лежит на прямой, соединяю щей точки А и В, и делит прямую АВ на отрезки AM и ВМ, величина которых обрат но пропорциональна массам сухого воздуха в исходных состояниях А и В.
На рис. 158 изображен тот случай, ког да точка М, соответствующая состоянию смеси, лежит выше линии ф=100% . В этом случае водяные пары не конденсируются. Может оказаться, что точка смеси М будет расположена ниже линии насыщения. Это указывает на то, что при смешении про изойдет конденсация водяных паров и вы падет роса.
П р и м е р . Воздух, |
имеющий |
начальную температуру |
15°С и относительную |
влажность |
90%, подогревается в по |
верхностном подогревателе до 55° С. Определить относитель ную влажность подогретого воздуха и расход тепла на подо грев 100 кг сухого воздуха.
Р е ш е н и е . |
На I—х-диаграмме на пересечении изотермы |
15° С и линии |
постоянной относительной влажности <р=90% |
находим точку А, соответствующую начальному состоянию воз
|
|
|
|
|
|
|
духа (см. рис. |
156 и / —d-диаграмму, Приложение XI). |
|
Определяем / д = |
9,8 ккал/кг. |
|
|
Проводим через точку А линию х = |
const до пересечения ее |
с изотермой |
55° С. Полученная точка |
В лежит на линии ф= |
= |
10%, / 13= |
19,5 ккал/кг. |
|
|
Расход |
тепла |
на |
подогрев воздуха Q = 1 0 0 (/B —/ ) = |
= |
100(19,5—9,8) =9700 |
ккал = 9700-4,2-103 = 4074-107 Дж. |
|
П р и м е р . |
Начальное состояние воздуха характеризуется |
следующими параметрами: ф= 5%; х = |
0,028 кг/кг. Определить |
температуру точки росы. |
|
|
|
Р е ш е н и е . |
Найдем на диаграмме положение точки, изо |
бражающей начальное состояние воздуха. Для этого найдем
пересечение |
линии х = 0,028 кг/кг (28 г/кг) |
и линии ф =5% . |
Эту точку |
обозначим А. Найдя пересечение |
линии х —const, |
проходящей через эту точку, с линией ф= 100%, получим точ ку В (см. рис. 157). Найдя изотерму, проходящую через точ ку В, получим температуру точки росы 31° С.
П р и м е р . Смешивается влажный воздух |
в состоянии |
А |
и влажный воздух в состоянии В. Количество |
первого — 1 кг |
(по содержанию сухого воздуха), количество |
второго — 2 |
кг, |
Фа = 4 0 % ; Фв = 2 0 % ; <д = 40°; /в = 70°С. Найти влагосодер-
жание и температуру смеси.
Р е ш е н и е . Найдя положение точек А и В, проводим ли нию АВ (см. рис. 158). Делим линию АВ на три части и, откла дывая одну часть от точки В, найдем точку М, характеризу ющую состояние смеси (см. I—d-диаграмму, приложение XI). По диаграмме находим: dCM= 28 г/кг; <0м = 59°С.
5. ВЛАЖНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Материалы, подвергаемые сушке, очень разнообразны. Они могут быть разделены на две большие группы: жидкие, содер жащие воду (растворы) и твердые, содержащие воду (кристал
|
|
|
|
|
|
|
лические вещества или коллоидные растворы). |
|
наиболее |
Последняя группа для пищевой промышленности |
характерна. Коллоидные растворы могут |
быть |
разделены |
на |
три группы. |
г е л и . |
К этой группе относятся такие |
1. Э л а с т и ч н ы е |
вещества: желатин, агар-агар, мучное тесто. Если удалить |
из |
этих веществ влагу, то они сжимаются, но сохраняют |
эластич |
ность. |
|
вещества |
при удалении влаги |
2. Х р у п к и е г е л и . Эти |
становятся хрупкими. |
Высушенные, они |
легко |
превращаются |
в порошок. К этой группе относятся древесный уголь и керами ческие материалы.
3. К о л л о и д н ы е к а п и л л я р н о - п о р и с т ы е м а т е р и а л ы . Большая часть пищевых продуктов относится к этой группе: зерно, хлеб, жом, свекла, овощи, фрукты. Сюда же мо гут быть отнесены такие материалы, как кожа, торф, древесина. При сушке этих материалов происходит усадка. Многие из них после высушивания становятся хрупкими (например, сухари).
Вода, находящаяся во влажном материале, может быть свя зана с ним различными способами. Различают связь механиче скую, физико-химическую и химическую.
Наиболее прочная связь — химическая. Вода, связанная хи мически, обычно при сушке не удаляется. Химически связанная вода содержится, например, в таких соединениях, как Са(ОН)г и CuS04-5 НгО. Вода, связанная с материалом физико-химиче ски, может быть удалена при сушке.
Формы физико-химической связи разнообразны: адсорбци онная влага, осмотически связанная и структурная влага.
Адсорбционная влага удерживается на поверхности разде ла коллоидных частиц молекулярным силовым полем. Эта влага достаточно прочно связана с материалом и называется связан ной водой.
Осмотическая и структурная влага менее прочно связана с материалом, чем адсорбционная. К этому виду относится вла га, заключенная в клетках растительных тканей.
18: 275
