1. Газовые смеси. Влажный воздух и его параметры. Изображение на h-d диаграмме процессов сушки в конвективной сушилке и кондиционирования воздуха.

Газовой смесью понимается смесь отдельных газов, вступающих между собой ни в какие химические реакции. Каждый газ (компонент) в смеси независимо от других газов полностью сохраняет все свои свойства и ведет себя так, как если бы он один занимал весь объем смеси. Парциальное давление – это давление, которое имел бы каждый газ, входящий в состав смеси, если бы этот газ находился один в том же количестве, в том же оюъеме и при той же температуре, что и в смеси. Газовая смесь подчиняется закону Дальтона: ║Общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений ║отдельных газов, составляющих смесь.

Р = Р₁ + Р₂ + Р₃ + . . . Р_n = ∑ Р_i , (2.14)

где Р₁ , Р₂ , Р₃ . . . Р_n – парциальные давления. Состав смеси задается объемными, массовыми и мольными долями, которые определяются соответственно по следующим формулам:

r₁ = V₁ / V_см ; r₂ = V₂ / V_см ; … r_n = V_n / V_см , (2.15) g₁ = m₁ / m_см ; g₂ = m₂ / m_см ; … g_n = m_n / m_см , (2.16) r₁^′ = ν₁ / ν_см ; r₂^′ = ν₂ / ν_см ; … r_n^′ = ν_n / ν_см , (2.17)

где V₁ ; V₂ ; … V_n ; V_см –объемы компонентов и смеси; m₁ ; m₂ ; … m_n ; m_см – массы компонентов и смеси; ν₁ ; ν₂ ; … ν_n ; ν_см – количество вещества (киломолей) компонентов и смеси.

Характеристики влажного воздуха.

Атмосферный воздух, в основном состоящий из кислорода, азота, углекислого газа, содержит всегда некоторое количество водяного пара. Смесь сухого воздуха и водяного пара называется влажным воздухом. Влажный воздух при данном давлении и температуре может содержать разное количество водяного пара. Если смесь состоит из сухого воздуха и насыщенного водяного пара, то его называют насыщенным влажным воздухом. В этом случае во влажном воздухе находится максимально возможное для данной температуры количество водяного пара. При охлаждении этого воздуха, будет происходить конденсация водяного пара. Парциальное давление водяного пара в этой смеси равно давлению насыщения при данной температуре. Если влажный воздух содержит при данной температуре водяной пар в перегретом состоянии, то он будет называться ненасыщенным. Так как в нем находится не максимально возможное для данной температуры количество водяного пара, то он способен к дальнейшему увлажнению. Поэтому такой воздух используют в качестве сушильного агента в различных сушильных установках. По закону Дальтона общее давление влажного воздуха равно сумме парциальных давлений сухого воздуха и водяного пара, входящих в его состав:

Р = Р_В + Р_П , (6.9)

где: Р_В – парциальное давление сухого воздуха; Р_П - парциальное давление водяного пара. Максимальное значение Р_П при данной температуре влажного воздуха t представляет собой давление насыщенного водяного пара - Р_Н. Для нахождения парциального давления пара пользуются специальным прибором – гигрометром. С помощью этого прибора определяют точку росы, т.е. температуру (t_p), до которой нужно охладить при постоянном давлении воздух, чтобы он стал насыщенным. Зная точку росы, можно по таблицам определить парциальное давление пара в воздухе как давление насыщения (Р_Н), соответствующее точки росы t_p. Абсолютной влажностью воздуха называется количество водяных паров, находящихся в 1 м³ влажного воздуха. Абсолютная влажность равна плотности пара при его парциальном давлении и температуре воздуха – t_н . Отношение абсолютной влажности ненасыщенного воздуха при данной температуре к абсолютной влажности насыщенного воздуха при той же температуре называется относительной влажностью воздуха

 = с_п / с_н или  = с_п / с_н ·100% , (6.10)

Для сухого воздуха  = 0, для ненасыщенного  < 1, для насыщенного  = 1(100%). Если водяной пар считать как идеальный газ, то по закону Бойля-Мариотта отношение плотностей можно заменить отношением давлений. Тогда:

 = _П / Р_Н или  = Р_П / Р_Н ·100% . (6.11)

Плотность влажного воздуха слагается из масс, содержащихся в 1 м³ сухого воздуха и водяных паров:

 = _в + _п = P_B/(R_B·T) + /^'' . (6.12)

Молекулярная масса влажного воздуха определяют по формуле:

 = 28,95 – 10,934 P_Н/P (6.13)

Значения Р_Н и ^'' при температуре воздуха t берутся из таблицы водяного пара,  – по данным психрометра, P - по барометру. Влагосодержание – представляет собой отношение массы пара к массе сухого воздуха:

d = М_П / М_В , (6.14)

где: М_П, М_В – соответственно массы пара и сухого воздуха во влажном воздухе. Связь между влагосодержанием с относительной влажностью:

d = 0,622 ·Р_Н·/(Р - ·Р_Н). (6.15)

Газовая постоянная:

R = 8314/м = 8314/(28,95 – 10,934··Р_Н/P). (6.16)

Объем влажного воздуха, приходящегося на 1 кг сухого воздуха:

V_ВЛ.В = R·T/P. (6.17)

Удельный обьем влажного воздуха:

 = V_ВЛ.В/(1 + d). (6.17)

Удельная массовая теплоемкость паровоздушной смеси:

с_см = с_В + d·с_П . (6.18)