Теплообменный аппараты со смешиванием теплоносителей. 2 страница

,[кДж/кгК]

,[кДж/кгК]

,[кг/кг с.в.]

барометрическое (полное) давление

,[кг/кг с.в.]

,[кг/кг с.в.]

максимально возможное содержание влаги при

,[кг/кг с.в.]

3 I-x диаграмма и способы ее построения

Диаграмма разработана русским ученым Рамзиным Л.К. в 1918 году.

Диаграммы построены в 3-х диапазонах температур:

-30÷60 °С для расчета системы кондиционирования

0÷200 °С для расчета сушильных установок

0÷1000 °С для расчета печей

В настоящее время применяется косоугольная I-x диаграмма с углом между осями 135°

Диаграмма построена для барометрического давления B =745 мм рт ст

Рис. 1 Построение диаграммы

Построение диаграммы:

1) Строим оси y и x и наносим линии I=const и x=const в масштабе m_x (кг/кг)мм, m_y (кДж/кг)мм.

2) Построение линий t=const, при заданном t=const строим I=I(d)

tg угла наклона увеличивается, изотермы немного расходятся по мере увеличения t

3) Построение вспомогательных линий

Парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе, при зависит от x

построение дополнительной оси парциальных давлений

Задавшись масштабом , Па/мм построение линии по

Рис.2 Построение линии

4) Построение линии . Воздух полностью насыщен водяными парами, их парциальное давление равно давлению насыщенного пара при данной температуре . По таблице воды и водяного пара находим

t
…	…	…	…

Находим на линии парциального давления точки, соответствующие давлениям

Из этих точек проводим прямые, параллельно оси ординат, до пересечения с соответствующими изотермами

Соединяя точки пересечения получаем линию .

5) Построение линии °С

6) Построение линий при

Аналогично построению , с той разницей, что на кривой парциального давления находятся точки, соответствующие не , а , из этих точек идем по вертикали до пересечения с изотермами, соответствующими

°С и => , =>

доходя до изотеры 100°С линии превращаются в вертикальные прямые

7) Области существования влажного воздуха на диаграмме

Линия разбивает диаграмму на 2 области:

выше находится область влажного насыщенного воздуха

ниже - область влажного воздуха перенасыщенного влагой, в котором избыточная влага находится в капельном состоянии.

соответствует состоянию воздуха с максимально возможным влагосодержанием при данной температуре.

4 Изображение основных процессов влажного воздуха в I-x диаграмме

4.1 Нагрев влажного воздуха в рекуперативном теплообменнике

t₁-> t₂

,[кДж/кг с.в.] количество тепла, которое нужно затратить для нагрева 1 кг влажного воздуха от t₁ до t₂

4.2 Процесс охлаждения воздуха в рекуперативном теплообменнике

Процесс 1-2 охлаждение до t₂,

Процесс 2-2' охлаждение до линии - до t_р.

t_р тпература точки росы- минимальная температура воздуха, при которой еще не происходит конденсация водяных паров. Количество водяного пара в 1м³ воздуха в этом насыщенном состоянии будет максимально возможным при данной температуре.

Процесс 2'-3 дальнейшее охлаждение воздуха с конденсацией водяных паров и осушением воздуха. На каждый кг абсолютно сухого воздуха конденсируется влага в количестве ,[кг/кг с.в.]

4.3 Процессы теплообмена и массообмена между воздухом и водой

а) Взаимодействие воздуха с водой температуры t= 0°С

Система адиабатно изолирована. Взаимодействует только воздух с водой. При испарении воды с t= 0°С тепло, необходимое для ее испарения, берется только из окружающего воздуха, не имеющего теплообмена с другими телами. Происходит постоянное увеличение влагосодержания воздуха x и понижение его температуры t.

=> x растет, t падает

Процесс 1-2 взаимодействие влажного воздуха с водой t= 0°С идет по линии . Линия называется линией адиабатного испарения.

изотерма, проходящая через точку 3' называется температурой мокрого термометра

температура мокрого термометра адиабатная - минимальная температура до которой может охлаждаться воздух при взаимодействии с водой нулевой температуры.

б) Взаимодействие воздуха с водой температуры t >0°С

Отнесем дополнительное количество теплоты, вносимое в систему с нагретой водой, к 1кг абсолютно сухого воздуха. Тогда большее количество теплоты в начале процесса, отнесенное 1кг абсолютно сухого воздуха. Тогда общее количество теплоты в начале процесса, отнесенное к 1кг воздуха окажется больше, чем в случае а), следовательно засечет 1кг воздуха удается испарить большее количество влаги => , процесс сдвигается вправо.

Чем больше температура воды тем больше , t_в =+15°С, это позволяет на I-x диаграмме провести пунктиром 1-2' провести пунктиром . Таким образом на I-x диаграмме наносят линии, по которым идет процесс испарения при t_в>0

t_с температура сухого термометра- температура, которую показывает сухой термометр, помещенный во влажный воздух.

Рис.3 Нагрев влажного воздуха в рекуперативном теплообменнике

Рис. 4 Процесс охлаждения воздуха в рекуперативном теплообменнике

Рис. 5 Взаимодействие воздуха с водой нулевой температуры

Рис. 6 Рис. 5 Взаимодействие воздуха с водой, имеющей температуру t>0°C
5 Определение параметров влажного воздуха по I-x диаграмме

5.1 С помощью I-x диаграммы можно определить следующие параметры:

I,x, , t_с, , , t_р, ,

зная любые 2 из этих параметров

Потенциал сушки - это адиабатная разность температур и , характеризующая способность воздуха поглощать влагу.

5.2 Определение относительной влажности с помощью психрометра и I-x диаграммы

Психрометр

1-сухой термометр

2-мокрый термометр

3-колба с водой

4-фитиль

При данной т.е. определяет психрометрическую разность

При обдувании тарелки мокрого термометра воздухом, температура воды, находящейся в тарелке, понизится до - предела охлаждения

Для нахождения линии из точки пересечения изотермы с линией провести до пересечения с изотермой - получим точку 2, через нее провести .

Рис. 7 Психрометр

Рис.8 Определение относительной влажности с помощью психрометра и I-x диаграммы

5.3 Процессы смешения воздуха в различных состояниях в I-x диаграмме

Рециркуляция влажного воздуха используется в установках кондиционирования воздуха, сушилках и др.

Задача:

Смешиваются два состояния воздуха

1 G₁, x₁, I₁

2 G₂, x₂, I₂

Смешение происходит в смесителе

G_см, x_см, I_см

В смесителе отсутствуют потери теплоты и массы- адиабатный процесс

Рис.9 Смеситель

Баланс массы G₁ + G₂ = G_см

Тепловой баланс G₁H I₁ + G₂H I₂ = G_смH I_см

G₁H I₁ + G₂H I₂ = (G₁ + G₂)H I_см | ÷ G₁

I₁ + H I₂ = (1+ )H I_см

= n => I₁ + nH I₂ = (1+n)H I_см

I₁ - I_см = n(I_см - I₂) ⁽*⁾

Баланс влаги W₁ + W₂ = W_см G₁H x₁ + G₂H x₂ = G_смH x_см

x₁ - x_см = n(x_см - x₂) ⁽**⁾

поделим ⁽*⁾ на⁽**⁾

x= x_см, y₁= I₁

y= I_см, y₂= I₂

- уравнение прямой, проходящей через две точки с координатами т.1(x₁; y₁), т.2(x₂; y₂)

Рис. 10 I-x диаграмма. Процессы в смесителе

Выводы:

1) Точка с параметрами смеси- т.3 будет лежать на прямой, соединяющей т.1 и т.2

2) Положение т.3 на прямой 12 будет определятся соотношением массовых расходов G₁ и G₂. Она будет находится ближе к точке с большим расходом.

Примечание 1:

В случае, если т.3 оказалась ниже кривой , через т.3 проводят до пересечения с и отмечают т.3'

Рис. 11 I-x диаграмма. Процессы в смесителе

Примечание 2:

Если число сливаемых потоков воздухов больше двух, то все точки соответствующие состояниям воздухов делятся на произвольные пары. Параметры промежуточных смесей находятся до тех пор, пока их число не уменьшится до двух.

Сливаются 4 потока:

A (x_A; y_A)

B (x_B; y_B)

C (x_C; y_C)

D (x_D; y_D)

Рис. 12 I-x диаграмма. Процессы в смесителе

6 Механизм кинетики сушки влажных материалов

6.1 Основные понятия:

Абсолютно твердое тело- тело, внутри которого отсутствуют капилляры и поры. Влага может находится только на внешней поверхности тела.

Капиллярно-пористое тело- состоит из твердого скелета, элементы которого образуют внутренние поры, капилляры, каверны различных размеров и конфигураций. Влага может находится как на поверхности, так и внутри капилляров и пор.

6.2 Формы связи влаги с материалом

Влага, которая находится внутри пор, удаляется при сушке.

По порядку убывания энергии связи с материалом различают 3 формы влаги:

1) Химически связанная. Образуется в точных количественных соотношениях на ионном и молекулярном уровнях. Может быть разрушена химической реакцией или прокаливанием. Обычной сушкой не удаляется.

2) Физико-химическая. Влага находится в виде адсорбированного пара в порах и капиллярах. (Структурная влага древесины.)

3) Физико-механическая связь. Влага находится как в порах и капиллярах, так и на поверхности тела в неопределенных количествах.

6.3 Определение количества тепловой энергии для сушки абсолютно твердого тела

Задача: Имеется тело, массой G_т, кг, на его поверхности есть влага G_в, кг, начальная температура влаги =0°С, температура кипения °С. Барометрическое давление B =760 мм рт. ст. Средняя теплоемкость кДж/кг°С, скрытая теплота парообразования r= 2500 кДж/кг. Процесс адиабатный.

=2920 кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

Большая часть воды идет на испарение.

6.4 Определение количества тепловой энергии для сушки капиллярно-пористого тела

Условия задачи те же, но G_т=G_кпт,кг.

Для преодоления капиллярных сил потребуется дополнительное количество тепловой энергии на транспортировку влаги с поверхности тела.

0,2÷0,4

=3720 кДж/кг

6.5 Влажность материала на общую массу

, [доли, %]

W,кг, кг/с- масса или массовый расход влаги в материале

G_сух, кг, кг/с- масса или массовый расход сухого материала

6.6 Влажность материала на сухую массу – влагосодержание материалла

, [доли, %]

,

6.7 Равновесная влажность - влажность, которую приобретает влажный материал при бесконечно длительном нахождении в воздушной среде с постоянной температурой и относительной влажностью. При этом процессе сорбция полностью заканчивается, материал приобретает равновесную влажность, при которой давление водяного пара в пограничном слое над материалом будет равно парциальному давлению водяного пара в окружающем воздухе .

à

1) сушка

2) увлажнение

3) равновесие

Следовательно, 1) величина зависит от внешних условий (температура, относительная влажность окружающего воздуха).

Пример:

Материал- пшеница

t =20°С, à

t =20°С, à

2) при одних и тех же внешних условиях зависит от вида материала

Пример:

t =20°С, à пшеница , семя подсолнуха

3) Не имеет смысла производить сушку ниже равновесной влажности, т.к. при длительном хранении влажность материала повысится до равновесной.

6.8 Гигроскопическая влажность - равновесная влажность при , т.е. максимально возможная равновесная влажность.

,

Примечание:

является границей между связанной и свободной влагой. При влажности материала больше на поверхности материала находится свободная, не связанная с материалом влага.

7 Кривые сушки

7.1 Кривыми сушки называются следующие кривые:

1) зависимость влажности от времени сушки

2) зависимость скорости сушки от времени сушки

3) зависимость скорости сушки от влажности материала.

Кривые сушки можно получить экспериментально:

Рис. 13 Схема экспериментальной установки

1) Капиллярно-пористое тело

2) Адиабатно изолированный корпус сушильного шкафа

3) Электронагреватель

4) Весы

5) Сухой термометр

6) Мокрый термометр

7) Термометр на поверхности капиллярно-пористого тела

, в сушильном шкафу

,

Дата добавления: 2014-12-16