Побудова діаграми

Діаграма стану вологого атмосферного повітря (i—х) вперше була побудована в 1918 р. Л. К. Рамзіним і виражає залежність між його ентальпією і вологовмістом (рис. 14.1). Діаграма побудована для 1 кг сухої маси повітря і тиску, рівного 745 мм рт. ст., яке можна вважати середньорічним для центральних районів Росії. І хоча кут між координатними осями складає 135°, для зручності розрахунків на діаграмі нанесена допоміжна вісь х, проведена під кутом 90°.

На діаграмі (див. рис. 14.1) побудовані:

• лінії постійного вологовмісту (х = соnst), що є вертикальними прямими, паралельними осі ординат;

• лінії постійної ентальпії (i = соnst) — прямі, паралельні осі абсцис, що йдуть під кутом 135°;

• лінії постійних температур, або ізотерми (t = сonst);

• лінія парціального тиску водяної пари р_пар у вологому повітрі;

• лінії постійної відносної вогкості (φ = соnst), представляючі пучок кривих, що розходиться. При t = 99,4 °С — температурі кипіння води при тиску 745 мм рт. ст. — криві φ мають перелом і йдуть вертикально вгору. Це пояснюється тим, що при t ≥ 99,4°С парціальний тиск насиченої пари водяної пари, що знаходиться в повітрі, буде рівне загальному тиску, а вологовміст повітря при даній відносній вогкості залишається постійним.

Крива φ = 100%, відповідна насиченому стану повітря парою при даній температурі, ділить діаграму на дві частини. Вище за лінію насичення знаходиться область ненасиченого стану вологого повітря. Тут будь-який стан вологого повітря знаходиться по двох будь-яких параметрах (наприклад, перетином ізотерми і лінії вологовмісту). По знайденій точці можуть бути визначені ентальпії і відносна вогкість повітря. Нижче за лінію насичення знаходиться область пересичених станів (у техніці сушки це нереально).

Рис. 14.1 – Діаграма стану вологого повітря (Рамзіна): i= const – лінії постійної ентальпії; x=const – лінії постійного вологовмісту; t=const – лінії постійних температур(ізотерми); φ=const –лінії постійної відносної вологості

14.2 Процеси зміни параметрів повітря на діаграмі i — х

Нагрівання і охолоджування — процеси, при здійсненні яких вологовміст вологого повітря залишається постійним (х = соnst). Таким чином, ці процеси зображаються на діаграмі i – х вертикальними прямими, паралельними осі i (рис. 14.2, а).

Змішення двох об'ємів повітря (1 кг повітря з параметрами i₁ і х₁ змішується з n кг повітря з параметрами i₂ і х₂) зображене на i – x – діаграмі (рис. 14.2, б).

Для даного процесу можуть бути записані рівняння теплового балансу

матеріального балансу по волозі

Рис. 14.2

які можуть потім бути перетворені до вигляду

(14.1)

(14.2)

Прирівнявши рівняння (14.1) і (14.2), одержимо

(14.3)

Рівняння (14.3) показує, що точка, яка характеризує стан одержаної суміші, лежить на відрізку прямої, яка сполучає точки, що характеризують стани змішуваних об'ємів. Ця точка ділить цей відрізок на частини в відношенні 1: п.

Конденсація. Температурою точки роси називають температуру, охолоджуючись до якої при постійному вологовмісті, повітря здобуває відносну вогкість, рівну 100%. Легко бачити, що точку роси В (рис. 14.2, в) для повітря з початковими параметрами, відповідними точці А, можна знайти як ізотерму t_рос точки перетину вертикальної прямої, що проходить через А, з лінією φ = 100 %.

Сушка. Робоча лінія сушки. Якщо при розрахунку сушильного апарату відомий початковий стан повітря (точка В на рис. 14.2, г), а також один з параметрів, характеризуючий його на виході з сушарки (наприклад, відносна вогкість), то відповідно до рівняння (13.14) залежно від значення Δ робочі лінії процесу сушки можуть розташовуватися на діаграмі i – х у вигляді ліній ВС (Δ > 0); ВС' (Δ = 0) і ВС" (Δ < 0) (див. рис. 14.2, г).

Рушійна сила процесу сушки. Для визначення середньої рушійної сили процесу сушки відповідно до рівнянь (13.5) зручно користуватися i – х – діаграмою. Послідовність графічних побудов для цієї мети приведена на рис. 14.3, а, б.

Рис. 14.3 – Схема для визначення рушійної сили процесу сушіння: а – по парціальному тиску Δp_ср; б – по вологовмісту Δх_ср