Смесь сухого газа с парами жидкости называется влажным газом. Влажный газ характеризуют следующие параметры: температура; давление; плотность; относительная и абсолютная влажность; влагосодержание; теплоемкость; энтальпия.
Влажный воздух, который наиболее часто используют в качестве сушильного агента, можно считать при небольших давлениях и положительных температурах бинарной смесью идеальных газов: сухого воздуха и водяного пара. В соответствии с законом Дальто- на давление идеальной газовой смеси является суммой парциальных давлений ее компонентов:
Р = рс.г. + рп, (21.5)
где Р - давление, при котором находится парогазовая смесь; рс.г., рп. – парциальные давления сухого газа и водяного пара соответственно.
Пар называют свободным или перегретым при температуре t и давлении Р, если он не конденсируется в этих условиях. Максимально возможное содержание пара в газе, выше которого наблюдается конденсация, соответствует условиям насыщения при определенной температуре t и парциальном давлении рн.п.
Различают абсолютную, относительную влажности и влаго-содержание влажного воздуха.
Абсолютная влажность - это масса водяного пара в единице объема влажного воздуха. Поскольку пар как компонент бинарной газовой смеси занимает весь объем влажного газа, понятие абсолютной влажности совпадает с понятием плотности пара ρп (в кг/м3) при температуре t и парциальном давлении рп.
Относительная влажность (φ) - это отношение количества паров жидкости в газе к максимально возможному при данных температуре и общем давлении или (что то же) отношение плотности пара рп при данных условиях к плотности насыщенного пара ρи.п при тех же условиях:
. (21.6.)
По уравнению состояния идеального газа для пара в свободном и насыщенном состояниях имеем
, (21.7)
Подстановка зависимости (21.7) в уравнение (21.6) приводит к следующему выражению:
(21.8)
Под влагосодержанием х понимают количество пара жидкости (в кг), приходящегося на 1 кг абсолютно сухого газа:
, (21.9)
где - масса (массовый расход) пара, кг (кг/с); L масса (массовый расход) абсолютно сухого газа, кг (кг/с).
Выразим величины и L через уравнение состояния идеального газа:
, .
Тогда соотношение (21.9) преобразуется к виду
, (21.10)
Учитывая, что = Р — рп, имеем
(21.11)
Так как , получим:
(21.12)
Для системы водяной пар-воздух уравнение (21.12) преобразуется (при Мп = 18 кг/моль и Мс г = 29 кг/моль) к виду
. (21.13)
Удельная теплоемкость влажного газа принимается аддитивной величиной теплоемкостей сухого газа и пара. При этом различают Удельную теплоемкость ссм, отнесенную к 1 кг парогазовой смеси:
. (21.14)
и удельную теплоемкость влажного газа c, отнесенному к 1 кг сухого воздуха (эту величину обычно используют при расчетах):
(21.15)
Здесь сс.г - удельная теплоемкость сухого газа, Дж/(кг*К); сп- удельная теплоемкость пара, Дж/(кг*К).
Удельную энтальпию (Н) парогазовой смеси (в Дж/кг) выражают также по правилу аддитивности как сумму удельных энтальпий сухого газа Нс.г и пара Н п:
(21.16)
Удельную энтальпию свободного (перегретого) пара определяют по следующему выражению:
, (21.17)
где сж - теплоемкость конденсата пара; tн- температура насыщения, соответствующая парциальному давлению пара в парогазовой смеси; - удельная теплота парообразования при температуре насыщения; tн - температура свободного (перегретого) пара.
Удельная энтальпия Нн.п пара при температуре насыщения находится так:
. (21.18)
Для изолированной системы справедливо также равенство
. (21.19)
где - удельная теплота парообразования при 0°С.
С учетом выражений (21.18) и (21.19) уравнение (21.16) будет иметь следующий вид:
. (21.20)
Отметим, что уравнение (21.20) является базовым для построения диаграмм энтальпия-влагосодержание (например, диаграмм: Рамзина-Молье для влажного воздуха).
При расчетах сушильных устройств требуется знать объемные значения потоков V при соответствующих параметрах парогазовой смеси, которые определяют из выражения
(21.21)
При этом плотность парогазовой смеси ρсм можно представить как сумму концентраций (плотностей) сухого газа и пара жидкости, находящихся в данном объеме (при условии его постоянства):
. (21.22)
С учетом уравнения состояния идеального газа имеем
. (21.23)
Путем несложных преобразований с учетом (21.11) можно показать, что уравнение (21.23) приводится к виду
(21.24)
Формула (21.24) удобна для расчетов плотности парогазовой смеси. Согласно этому выражению при постоянстве общего давления плотность смеси уменьшается при увеличении температуры и влагосодержания.
Отметим, что давление насыщенного пара при атмосферном давлении Р парогазовой смеси зависит только от температуры и находится по таблицам равновесия пар – жидкость.