2015-05-05
2695
(11.10)
где ji - плотность потока массы, кг/(м2-с); βρ - коэффициент массоотдачи, отнесенный к разности концентраций диффундирующего вещества, м/с; ρic и ρi∞ - концентрация диффундирующего вещества у поверхности раздела фаз и вдали от нее, кг/м3; Сic и Сi∞ - относительная массовая концентрация диффундирующего вещества у поверхности раздела фаз и вдали от нее; R - газовая постоянная диффундирующего газа, Дж/(кг*К); Т - средняя температура пограничного слоя, К; рic и рi∞ - парциальные давления диффундирующего вещества у поверхности раздела фаз и вдали от нее, Па.
Поток массы вещества i-го компонента через площадь F в единицу времени, кг/с,
Ji=jiF. (11.11)
Относительная влажность воздуха φ (или степень насыщения) есть отношение абсолютной влажности воздуха к абсолютной влажности его в состоянии насыщения:
(11.12)
где ρп, ρs - абсолютная влажность воздуха в ненасыщенном и насыщенном состояниях соответственно, кг/м3; рп - парциальное давление водяного пара во влажном воздухе; ps - парциальное давление насыщенного водяного пара, при температуре воздуха (температуре сухого термометра tc)определяется из табл. 17 приложения или по H, d -диаграмме.
Относительную влажность φ можно определять по табл. 18 приложения, если известны температуры сухого tc и мокрого tм термометров.
Парциальное давление пара во влажном воздухе можно определить с помощью психрометра:
рп=рsм - A(tc - tм)B, (11.13)
где рsм - парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре tM мокрого термометра; А - коэффициент, определяемый по формуле А=(65+6,75/ω)·10-5, если скорость воздуха около шарика мокрого термометра ω≥0,5 м/с; tc, tм - температуры сухого и мокрого термометров; В - барометрическое давление.
Влагосодержание влажного воздуха d, кг влаги/кг сухого воздуха, - количество водяных паров, приходящихся на 1 кг сухого воздуха:
d=0,622pn/(B - рп). (11.14)
Влагосодержание воздуха не меняется с изменением его температуры.
Энтальпия влажного воздуха Н, кДж/кг сухого воздуха, складывается из энтальпии сухого воздуха и энтальпии водяного пара и относится к 1 кг сухого воздуха:
H=t+d(2501+1.93t)=(1+1.93d)t+2501d, (11.15)
где t - температура воздуха, °С.
Плотность влажного воздуха при температуре t, °С, и барометрическом давлении В
ρв.в = (0,0035В – 0,0013рп) / (273 + t), (11.16)
где В и рп измеряются в Па; ρв.в - плотность, кг/м3.
Объем влажного воздуха, отнесенный к 1 кг сухого воздуха, м3/кг сухого воздуха,
, (11.17)
где Rс.в - газовая постоянная сухого воздуха, равная 287 Дж/(кг·К);
T - температура воздуха, К.
Основные параметры процесса сушки определяются следующими соотношениями.
Расход W испаряемой влаги, кг/с:
W=L(d2 - d1), (11.18)
где L - расход сухого воздуха, находящегося во влажном воздухе, кг/с;
d, d2 - начальное и конечное влагосодержание воздуха, кг влаги/кг сухого воздуха.
Расход сухого воздуха L на W кг испаренной влаги, кг сухого воздуха/с:
L=Wl, (11.19)
где l - удельный расход сухого воздуха, кг сухого воздуха/кг влаги.
Удельный расход сухого воздуха в сушилке
, (11.20)
где d1 и d2 - начальное и конечное влагосодержание воздуха.
Удельный расход теплоты в сушилке, кДж/кг испаряемой влаги,
( 11.21 )
Расход теплоты для нагревания воздуха, кВт,
Q=L(H2—H1)=Wq, (11.22)
Где H1 и Н 2 - энтальпия влажного воздуха на входе в нагреватель и выходе из него, кДж/кг.
Тепловой КПД сушилки
η = r / q, (11.23)
где r — теплота парообразования воды при температуре мокрого термометра (определяется по температуре материала при сушке, табл. 4 приложения).
Количество влаги Wτ, испаряющейся с открытой поверхности, кг,
Wτ =Fc(pпs— рп)τ, (11.24)
где F — площадь поверхности воды, м2; pп s — парциальное давление насыщенного водяного пара, Па, определяется по температуре испаряющейся воды из табл. 17 приложения; рп — парциальное давление пара в воздухе, Па; τ - продолжительность процесса испарения, ч; с - — коэффициент испарения,
кг/ (ч ·м2 ·Па), определяется по формуле:
c=(17,17 + 13,05w)·10-5; (11.25)
здесь w — скорость воздуха над поверхностью воды, м/с.
При смешивании воздуха двух состояний: состояния 1 в количестве G1,кг, и состояния 2 в количестве G2, кг, — имеем следующие параметры образовавшейся смеси:
масса: Gсм=G1+G2 или Gсм = G1(1+n) (11.26)
энтальпия: 
или 
(11.27)
влагосодержание: 
; (11.28)
температура: 
; (11.29)
в формулах (11.26), (11.27) n =G2/G1.
Коэффициент массоотдачи β, м/с, в процессе сушки можно определить из уравнения
NuD = C Ren PrD0.33 Gu0.135, (11.30)
где NuD = βl/D; Re =wl/ν.
Определяющие параметры: l — длина поверхности испарения в направлении движения сушильного агента; tс.а — температура сушильного агента. Значения С и n определяются в зависимости от числа Re:
| Re | 1 - 200 | 200 - 6000 | 6000 - 70000 |
| С | 0,9 | 0,87 | 0,35 |
| п | 0,5 | 0,54 | 0,65 |
11.2. Задачи
11.1. Атмосферный воздух при температуре 25 °С находится под давлением 757 мм рт. ст. Относительная влажность 60%. Определить плотность, влагосодержание воздуха и парциальное давление водяного пара в нем.
11.2. В сушилке влажный материал должен потерять за час 70 кг
влаги. Для сушки используется воздух с температурой 10 °С и относительной влажностью 70 %, который предварительно нагревается в калорифере. На выходе из сушилки параметры воздуха: t=50 °С, φ = 0,6.Найти расход влажного воздуха на входе в калорифер, теплоту, за траченную в нем на нагрев воздуха, и тепловой КПД сушилки. Барометрическое давление 760 мм рт. ст.
11.3. Открытая поверхность воды площадью 2,4 м2 обдувается воздухом со скоростью 1,5 м/с. Определить количество влаги, испаряющейся за 1,5 ч, если температура воды 35 °С, воздуха 22 °С, относительная влажность воздуха 50%. Барометрическое давление 745 мм рт. ст.
11.4. Найти коэффициент массоотдачи в процессе высушивания влажного материала воздухом под давлением 780 мм рт. ст., движущимся со скоростью 1,8 м/с над поверхностью испарения, длина которой l = 0,6 м. Показания психрометра: tc=32°C, tM = 18°C. Принять.коэффициент диффузии D0=21,6·10-6 м2/с при нормальных физических условиях.
11.5. По трубкам калорифера проходит насыщенный водяной пар при абсолютном давлении 0,52 МПа, который греет атмосферный воздух (давление 750 мм рт. ст.) с начальными параметрами 5°С и φ=0,8 до температуры 140 °С. Воздух затем направляется в сушилку, где из влажного материала удаляется в час 650 кг влаги. Психрометр на выходе из сушилки показал: tc = 55°C и tМ = 38°С (шарик мокрого термометра обдувается воздухом со скоростью 0,8 м/с). Определить расход влажного воздуха на входе в калорифер, расход греющего пара, имеющего степень сухости 0,9, и коэффициент теплопередачи в калорифере, трубный пучок которого состоит из 320 трубок диаметром 36X2 мм и длиной 0,8 м.
11.6. Рассчитать количество отведенной теплоты и выделившейся влаги при охлаждении 60 000 м3 воздуха от 8 до 1 °С. Воздух находится под давлением 750 мм рт. ст. с начальной относительной влажностью 0,85; конечная относительная влажность воздуха 0,7. Сколько влаги осталось в воздухе после охлаждения?
11.7. Происходит адиабатное испарение воды, в результате чего температура окружающего воздуха понизилась с 81 до 35 °С. Расход воздуха 20000 м3/ч, начальная относительная влажность 5%. Рассчитать количество испарившейся за 0,5 ч воды и конечную относительную влажность воздуха. Атмосферное давление 755 мм рт. ст.
11.8. 3000 м3/ч наружного воздуха с температурой 10°С и относительной влажностью 75 % смешивается в вентиляционной установке с 7200 м3/ч внутреннего воздуха, для которого психрометр показал: tс = 35°С и tM=26 °С. Рассчитать, а затем с помощью H,d-диаграммы определить для смеси следующие параметры: температуру, энтальпию, относительную влажность и влагосодержание. Показание барометра 1,01·105 Па.
11.9. Воздух нагрет до 43 °С и находится под давлением 755 мм рт. ст. Он насыщен водяным паром. Определить плотность всей паровоздушной смеси и каждого компонента (пара и воздуха) при своих парциальных давлениях. Определить при тех же параметрах плотность сухого воздуха, сравнить с плотностью влажного.
11.10. По условию задачи 11.9 определить относительную массовую
концентрацию пара и сухого воздуха в паровоздушной смеси. Найти объемные доли пара и сухого воздуха.
11.11.Определить плотность потока массы водяного пара, диффундирующего в паровоздушной среде, имеющей температуру 30 °С и плотность 1,102 кг/м3. Коэффициент диффузии при нормальных условиях D0 =0,216·10-4 м2/с. Атмосферное давление 765 мм рт. ст. В пределах слоя среды толщиной 10 мм происходит изменение относительной массовой концентрации пара на ∆СП=0,038.
11.12.Полоса воды шириной 1 м обдувается продольным потоком воздуха на длине 3 м. Скорость воздуха 2,5 м/с, температура воды 10 °С. Показания психрометра: tС=17 °С, t M = 12 °C. Определить на основе аналогии процессов тепло- и массоотдачи количество воды, испарившейся в течение 2 ч. Коэффициент диффузии воды в воздухе при 0 0С принять Dо = 0,216·10-4 м2/с, барометрическое давление 740 мм рт. ст.
11.13.По условию задачи 11.12 определить значение диффузионных чисел Стантона и Пекле.
11.14г. Вдоль поверхности водоема длиной 1,5 м движется воздух с относительной влажностью 20 % и температурой 30 °С. Скорость воздуха 0,8 м/с. Используя соотношение Льюиса, определить коэффициент массоотдачи и количество испарившейся за 0,5 ч влаги, если температура воды 18 °С, а площадь поверхности водоема 10 м2.
