Chương 6. Quá trình hỗn hợp khí và các quá trình của không khí ẩm
6.1 Khái niệm hỗn hợp khí
Đối với hỗn hợp đồng đều các khí lý tưởng không có phản ứng hóa học với nhau có thể coi tương đương với một chất khí lý tưởng đồng nhất, có thể sử dụng được các định luật Boyle - Mariotte và Gay - lussac cũng như các phương trình trạng thái. Nhưng cần thay vào các đại lượng tương đương của hỗn hợp trên cơ sở biết được các số lượng và tỷ lệ hỗn hợp của các khí thành phần.
6.2 Thành phần của hỗn hợp
Thành phần khối lượng của một chất khí thành phần:
Gi G
G i ++ ...
G
+ GG
G i G i
n
1
2
= (6-1) gi = = (cid:229)
Ở đây : Gi - khối lượng của thành phần khí thứ i ; G - tổng khối lượng của tất cả các khí thành phần. Thành phần thể tích và thành phần mol:
Vi V
V i V i
P , T , V , G
= (6-2) ri = (cid:229)
+ 0 + 0 +
Ở đây : Vi - thể tích chất khí của khí thành phần ; V - tổng thể tích của hỗn hợp khí.
M i M
M = i M i
P, T, V2, G2
0
P , T, V1,G1 + + +
+
0
(6-3) ri = (cid:229)
Ở đây : Mi - số kilomol của khí thành phần ; M - tổng số kilomol của các khí thành phần.
Ta có : Vi = MiVm ; thay vào ri = Vi/V được :
Hình 6-1. Tách hỗn hợp theo phân thể tích
VM i i MV
i và V = MVm Vi = V
i = Vm nên :
ri =
M i M
P , T , V , G + 0 + 0 +
(6-4) ri = Theo định luật Avogadro ở cùng áp suất và nhiệt độ thì Vm Vi = V
Pi P
P2, T, V, G2 0
P1, T, V, G1 + + +
+
0
Ta cũng chứng minh được : ri =
Hình 6-2. Tách hỗn hợp theo phân áp suất
254
Ở đây : Pi - phân áp suất của chất khí thành phần ; P - áp suất của hỗn hợp khí. Phương trình trạng thái của một chất khí thành phần dưới hai dạng :
(a)
piV = GiRiT pVi = GiRiT
Pi = p
n
(6-5) Chia (a) cho (b) theo vế ta được : (b) Vi = ri V
iP
= 1
i
Theo định luật Dalton thì p = (cid:229) , tức là áp suất của hỗn hợp bằng tổng phân áp suất của
r i i n
r i i
= 1
i
g
/i
(6-5a, b) gi = hoặc gi = (cid:229) (cid:229) các chất khí tạo thành hỗn hợp. Quan hệ giữa hai loại thành phần: r R /i i r i R i
g R i i g R i i
i g i i
(6-6a, b) ri = hoặc ri = (cid:229) (cid:229)
n
b. Xác định các đại lượng tương đương của hỗn hợp 1. Khối lượng của hỗn hợp: theo định luật bảo toàn khối lượng, khối lượng bằng tổng khối lượng của các chất khí thành phần.
G i
= 1
i
(cid:229) (6-7) G =
n
2. Thể tích của hỗn hợp: trong điều kiện không có phản ứng hóa học thì theo định luật Amagat - Leduc bằng tổng thể tích của các thành phần.
V i
= 1
i
(cid:229) (6-8) V =
Nếu tách hỗn hợp theo phân áp suất thì thể tích hỗn hợp bằng thể tích của bất kỳ chất
n
M
khí thành phần nào. 3. Số kilômol của hỗn hợp: trong điều kiện không có phản ứng hóa học bằng tổng số kilômol của các chất khí thành phần.
i
= 1
i
(cid:229) (6-9) M =
n
4. Nhiệt độ của hỗn hợp khí : bằng nhiệt độ của các khí thành phần. 5. Áp suất của hỗn hợp: theo định luật Dalton bằng tổng phân áp suất của các khí thành phần:
p i
= 1
i
(cid:229) (6-10) p =
255
6. Phân tử lượng tương đương của hỗn hợp:
n
r i i
= 1
i
m (cid:229) (6-11) =
n
i
1 g i = 1 i
m (6-12) = hoặc (cid:229)
n
Ta chứng minh như sau:
i ; G = M.m
G i
= 1
i
n
M
(cid:229) ; Gi = Mim Từ G = ta được:
i
i
n
n
n
= 1
i
M i i
i
r i i
M
M i M
= 1
i
= 1
i
= 1
i
(cid:229) fi m (cid:229) (cid:229) (cid:229) M.m = = = =
6. Hằng số chất khí tương đương của hỗn hợp: Rm , R
Hằng số phổ biến của hỗn hợp Rm vẫn bằng 8314 J/kmol ºK, còn hằng số chất khí
tương đương của hỗn hợp.
n
R = (6-13) , J/kg ºK tương đương có thể tính theo m 8314
g R i i
= 1
i
1
(cid:229) (6-14) R =
(6-15) R =
r i R i
(cid:229)
n
8314
i
1 g i = 1 i
n
n
n
8314
g
= vào R = Ta chứng minh bằng cách thay m , ta được: (cid:229)
i
g R i i
8314
i
i
= 1
i
g i = 1 i
= 1 i
(cid:229) (cid:229) (cid:229) R = = 8314 = =
n
n
8. Thể tích riêng của hỗn hợp:
g v i i
i
= 1
i
g i = 1 i
n
(cid:229) (cid:229) (6-16) v = =
V i
V G
= 1
i
n
(cid:229) , thay V = Từ v = , rồi thay Vi = Givi
v i
g v i i
iG v i G
G i G
iV G
= 1
i
(cid:229) (cid:229) (cid:229) (cid:229) v = = = =
256
9. Khối lượng riêng hoặc mật độ của hỗn hợp có thể tính theo:
1= v = (cid:229) n
(6-17)
r i i
1=
i
=
(6-18)
(6-19)
1 g i i
(cid:229)
6.3 Quá trình hỗn hợp của khí
N
6.3.1 Hỗn hợp trong thể tích đă cho Giả sử cho một bình kín với thể tích V bên trong có một vách ngăn N (hình 6.3). Phía trái vách ngăn có chứa chất khí 1 có (p1, V1, T1); bên phải vách ngăn chứa khí 2 có ( p2, V2, T2). Khi bỏ vách ngăn, hai chất khí sẽ hỗn hợp vào nhau. Ở đây cần xác định nhiệt độ T, áp suất p của hỗn hợp khi đă biết thể tích V của hỗn hợp.
p V T
p1 V1 T1
p2 V2 T2
Theo tính chất của hỗn hợp khí ta có: V = V1 + V2 G = G1 + G2
Ở đây:
Hình 6-3. Hỗn hợp trong thể tích đó cho
G - khối lượng của hỗn hợp khí; G1, G 2 - khối lượng của khí thành phần.
Hệ nhiệt động trước khi xảy ra quá trình hỗn hợp gồm chất khí 1 và chất khí 2 trong bình là hệ kín, năng lượng toàn phần của hệ được biểu thị bằng nội năng: Wh1 = U1 + U2
Hệ nhiệt động sau khi xảy ra quá trình hỗn hợp là hỗn hợp khí cũng ở trong bình, năng lượng toàn phần của hệ là nội năng của nó: W2 = U
Theo định luật nhiệt động I cho các quá trình hỗn hợp ta có:
(6-19) Wh1 = Wh2 U = U1 + U2
Đối với khí lý tưởng, nếu quy ước nội năng của khí ở 0ºC bằng không thì nội năng ở
+
1
v 1 1
2
v
g C T 1 1 v
g C T 2 2 v
2
=
T
nhiệt độ Ti nào đó sẽ là ui = Cvi Ti . Vậy từ (6-19) ta có: GCvT = G1Cv1T1 + G2Cv2T2
+ G C T G C T 2 2 GC
v
C v
= 1
+
g C T 1 1 v
g C T 2 2 v
2
Theo công thức (2-14) Cv = ∑giCvi , vậy ta có:
+ +
C v
g C T 1 1 v g C 1
v 1
g C T 2 v 2 2 g C 2
2
v
257
T = 1 = 1
n
Tổng quát đối với hỗn hợp của n chất khí lý tưởng, ta có:
g C T vi i
i
i
=
T
(cid:229)
= 1 n
(6-20)
g C i
vi
= 1
i
(cid:229)
R
p
= (cid:229)
Khi đă biết thể tích hỗn hợp V và nhiệt độ T tính theo (3-15) ta có thể xác định được áp suất p của hỗn hợp khí lý tưởng từ phương trình trạng thái:
g R = i i
iG R
i
= GRT V
iG G
(cid:229) (cid:229) ; Ri , vậy GR =
Ta có:
T V
T V
p V 1 1 T 1
p V + 2 2 T 2
p = ( ) (G1R1 + G2R2) và p =
n
Tổng quát đối với hỗn hợp n khí lý tưởng ta có:
T V 1 i
p V i i T= i
(cid:229) p = (6-21)
6.3.2 Hỗn hợp theo dòng Hỗn hợp theo dòng được tạo thành khi ta nối ống dẫn các dòng khí thành phần vào
một ống chung. Hệ nhiệt động trước khi xảy ra quá trình hỗn hợp gồm các dòng khí 1 và dòng khí 2 là hệ hở, năng lượng toàn phần của hệ được biểu thị bằng entanpi (bỏ qua động năng và thế năng của dòng khí). Lúc này ta có: Wh1 = I1 + I2
Hệ nhiệt động sau khi xảy ra quá trình hỗn hợp là dòng khí hỗn hợp (hệ hở), năng lượng toàn phần cũng được biểu thị bằng entanpi
Wh2 = I
Từ phương trình định luật nhiệt động I cho quá trình hỗn hợp ta có:
Wh1 = Wh2 và I = I1 + I2 G.i = G1.i1 + G2.i2 và i = g1.i1 + g2i2
n
=
Tổng quát, khi có n dòng khí hỗn hợp ta có:
i
iig
i
(6-22) (cid:229)
Hình 6-4. Hỗn hợp theo dòng
= 1i
n
Đối với khí lý tưởng, khi quy ước entanpi ở 0ºK bằng không (6-22) ta có:
TCg pi i
i
= 1
i
258
(6-23) CpT = (cid:229)
n
TCg i pi
i
== 1i
(cid:229)
T
Cg i
pi
(6-24) (cid:229)
Khi biết áp suất và nhiệt độ tính theo (6-24) ta có thể tính được thể tích khi sử dụng phương trình trạng thái của khí lý tưởng đối với hỗn hợp:
pV = GRT
i RG i
T p
T p
T p
Vp i i T i
(cid:229) V = GR = = (6-25) (cid:229)
Với khí thực (ví dụ hơi nước) ta có thể giải bài toán bằng đồ thị i-s:
Thực tế là quá trình hỗn hợp là quá trình không thuận nghịch, nhưng khi giả thiết quá trình hỗn hợp đoạn nhiệt là thuận nghịch thì biểu thức biến đổi entropi sẽ bằng không: D S = 0 hay Sh1 = Sh2
S = S1 + S2 G.s = G1.s1 + G2.s2 và s = g1.s1 + g2 .s2
n
=
Tổng quát ta có:
s
isg
i
= 1i
(6-26) (cid:229)
Vậy là nếu giả thiết quá trình hỗn hợp đoạn nhiệt là thuận nghịch thì trạng thái hỗn hợp trên đồ thị i-s (hình 6-53) thỏa mãn các đẳng thức (6-24) và (6-26) . Ta thấy trạng thái hỗn hợp 3 phải nằm trên đường hỗn hợp 1-2 và được chia theo tỷ lệ nghịch với g1 và g2 . Nghĩa là đoạn 1-3 và 3-2 phải thỏa mãn:
2
2
31 23
g g
1
a 3
b
i i2 i3
g1
g2
i1
1
s3
s2
s
- = -
s1
Khi biết điểm 3 là trạng thái của hỗn hợp, từ đồ thị i-s ta dễ dàng xác định được nhiệt độ, thể tích riêng và áp suất của hỗn hợp. Chứng minh điểm hỗn hợp 3 thỏa mãn (6-22) và (3-26):
Hình 6-5. Đồ thị i-s quá trình hỗn hợp theo dòng
theo dũng
Thật vậy, hai tam giác vuông 1b3 và 3a2 đồng dạng với nhau nên ta có:
3
1
a b
2 3
32 13
s 2 s
g g
3
s s 1
2
- - = hay = - -
Từ đó: g1(s3 – s1) = g2(s2 – s3)
(g1 + g2)s3 = g1s1 + g2s2 s3 = g1s1 + g2s2 ; thỏa mãn (6-26)
259
Cũng từ hai tam giác đồng dạng trên ta có:
1
32 13
a 3 1 b
g g
2
i 2 i 3
i 3 i 1
- - = hay = - -
Từ đó ta cũng tìm được:
i3 = g1i1 + g2i2 ; thỏa mãn (6-22)
p
P1
T
G1
pi Gi Ti
6.3.3 Hỗn hợp khi nạp vào thể tích cố định Giả sử ta có một bình thể tích V trong đó có chứa sẵn một chất khí có khối lượng G1 ở áp suất p1 và nhiệt độ T1 (hình 6-6). Bây giờ qua đường ống dẫn ta nạp thêm vào bình dòng khí có khối lượng Gi , áp suất pi (pi > p1) và nhiệt độ Ti . Lúc này trong bình xảy ra quá trình hỗn hợp, ta cần xác định nhiệt độ T và áp suất p của hỗn hợp.
V
T1
Hệ nhiệt động trước khi xảy ra quá trình hỗn hợp gồm khối khí có trong bình (hệ kín) và dòng khí nạp thêm vào (hệ hở). Vậy năng lượng toàn phần của hệ trước khi xảy ra quá quá trình hỗn hợp là: Wh1 = U1 + Ii Sau khi hỗn hợp, hỗn hợp khí trong bình là hệ kín với năng lượng toàn phần là nội năng U. Vậy ta có:
Wh2 = U
Từ phương trình định luật nhiệt động I cho quá trình hỗn hợp ta có:
Hình 6-6. Hỗn hợp khi nạp vào thể tích cố định
Wh1 = Wh2 và U = U1 + Ii Gu = G1u1 + Giii và u = g1u1 + giii
+ 1
n
Tổng quát, khi nạp vào bình từ 2 đến n+1 dòng khí ta có:
TCg i pi
i
=
i
2
(6-27) u = g1u1 + (cid:229)
iCg
vi
Mặt khác Cv = (cid:229)
+ 1n
+
Vậy ta có:
TCg 11v
1
TCg pi i
i
=
(cid:229)
T
= 2i Cg i
Vi
(6-28) (cid:229)
Khi biết nhiệt độ T và thể tích V, ta có thể tìm được áp suất p của hỗn hợp khí lý tưởng từ phương trình trạng thái:
pV = GRT
i RG i
T V
T V
T V
Vp i i T i
260
(cid:229) (cid:229) (6-29) p = GR = =
6.4 Các quá trình của không khí ẩm
6.4.1 Khái niệm và phân loại không khí ẩm
a. Khái niệm không khí ẩm Có những hiện tượng chứng tỏ rằng trong không khí có chứa hơi nước mà ta dễ dàng
quan sát được. Ví dụ:
Hiện tượng nước ngưng tụ ngoài thành ly nước đá, sương đọng trên lá cây vào buổi sáng sớm, …
Phơi khô quần áo, … Nước ngưng tụ ở dàn lạnh máy điều hòa không khí
Những hiện tượng trên cho ta thấy, có trường hợp hơi nước đi vào không khí, có hiện tượng hơi nước tách ra khỏi không khí. Điều này chứng tỏ không khí có khả năng trao đổi ẩm.
Tổng quát:
Không khí ẩm gồm những thành phần: oxygen, nitrogen, carbondioxide, argon, … và hơi nước Trong các quá trình nhiệt động được khảo sát, thông thường chỉ có thành phần hơi nước là bị biến đổi, vì vậy người ta xem không khí ẩm chỉ gồm hai nhóm đối tượng: hơi nước và nhóm khí còn lại gọi là không khí khô.
+
=
Khoâng
aåmkhí
Khoâng
khí
khoâ
Hôi
nöôùc
Minh họa hai thành phần của không khí ẩm:
Nitrogen
,
Oxygen
,
Carbondiox
ide
Hydrogen
,
Argon
,
...
(cid:252) (cid:236) (cid:239) (cid:239) (cid:253) (cid:237)
(cid:239) (cid:239) (cid:254) (cid:238)
261
Lưu ý:
) mmHg
15 ‚
20
và
Hơi nước trong không khí ẩm có phân áp suất rất nhỏ, khoảng( khuếch tán đều trong thể tích chứa không khí ẩm. Ở trạng thái thông thường, hơi nước trong không khí ẩm là trạng thái hơi quá nhiệt. Do phân áp suất của hơi nước nhỏ, nên có thể sử dụng phương trình trạng thái của khí lý tưởng cho trường hợp không khí ẩm (áp dụng cho không khí khô và cả hơi nước).
• Không khí khô với các thành phần
kg
kmol
Thành phần Hàm lượng thể tích, % Phân tử lượng,
Nitrogen Oxygen Carbondioxide Hydrogen Argon 78,03 20,99 0,03 0,01 0,94 28,02 32 44 2,02 39,91
=
Phân tử lượng:
.r
i
i
k
=
+
+
m m (cid:229)
02,28
,0
7803
32
,0
2099
44
,0
0003
· · ·
+
+
02,2
,0
0001
91,39
,0
0094
=
97,28
kg
kmol
(6-30) · ·
• Hơi nước
·=
=
Phân tử lượng:
01,12
·+ 1
16
02,18
kg
kmol
h
m (6-31)
=
=
t
t
t
k
h
=
=
VVV
Mối quan hệ của nhiệt độ, thể tích và khối lượng trong khối không khí ẩm như sau:
k
h
=
+
GGG
k
h
(6-32)
=
+
p
p
p
Theo định luật Dalton:
k
h
(6-33)
262
Trong đó ph pk phân áp suất của hơi nước trong không khí ẩm phân áp suất của không khí khô trong không khí ẩm
p áp suất của không khí ẩm
b. Phân loại
Việc phân loại không khí ẩm có hai quan điểm:
kkaåm
chöa
baõo
hoøa
kkaåm
chöa
baõo
hoøa
kkaåm
baõo
hoøa
kkaåm
baõo
hoøa
kkaåm
quaù
baõo
hoøa
(cid:236) (cid:236) (cid:239) (cid:239) (cid:237) (cid:237) (cid:239) (cid:239) (cid:238) (cid:238)
• Không khí ẩm chưa bão hòa
Không khí ẩm chưa bão hòa là không khí ẩm mà lượng hơi nước trong đó chưa đạt tới trị số lớn nhất. Ở điều kiện tự nhiên không khí ẩm chưa bão hòa còn khả năng tiếp nhận thêm hơi nước.
Lưu ý: Hơi nước trong không khí ẩm chưa bão hòa ở trạng thái hơi quá nhiệt.
• Không khí ẩm bão hòa
Không khí ẩm bão hòa là không khí ẩm mà lượng hơi nước trong đó đạt tới giá trị cực đại. Ở điều kiện tự nhiên ta không thể thêm vào không khí ẩm bão hòa bất kỳ một lượng hơi nước nào.
Lưu ý: Hơi nước trong không khí ẩm bão hòa ở trạng thái hơi bão hòa khô.
Nếu cố tình thêm hơi nước vào (ở điều kiện đẳng nhiệt) thì sẽ có một lượng nước tương ứng khác tách ra (ngưng tụ).
• Không khí ẩm quá bão hòa
Hơi nước trong không khí ẩm quá bão hòa ở trạng thái hơi bão hòa ẩm. Trong không khí ẩm quá bão hòa chứa các bụi nước hoặc giọt nước đã ngưng kết lơ lửng.
Đây là trạng thái không bền vững, phần hơi nước đã ngưng tụ sẽ tách ra khỏi không khí ẩm.
263
Lưu ý: Không khí ẩm chỉ có khả năng chứa nước ở trạng thái hơi, nếu có lỏng thì phần lỏng này sẽ tách ra và rơi xuống phía dưới (do khối lượng riêng lớn hơn). Do trạng thái quá bão hòa không ổn định, phần nước lỏng bị tách ra, không khí ẩm quay trở lại trạng thái bão hòa ở cùng điều kiện nhiệt độ (trong trường hợp hòa trộn không khí thì nó sẽ xảy ra theo cơ chế khác sẽ được đề cập sau).
p
Trạng thái của hơi nước trong kkẩm bão hòa
K
Trạng thái của hơi nước trong kkẩm chưa bão hòa
Nhiệt độ của kkẩm
Trạng thái của hơi nước trong kkẩm quá bão hòa
v
c. Đồ thị trạng thái của hơi nước trong không khí ẩm
Lưu ý: Đồ thị này chỉ biểu diễn cho riêng thành phần hơi nước.
6.4.2 Hai quá trình đặc biệt đưa không khí ẩm chưa bão hòa thành không khí ẩm bão hòa
Có nhiều cách để đưa không khí ẩm chưa bão hòa về trạng thái bão hòa, trong phần này
xét hai quá trình đặc biệt sau: Làm lạnh đẳng áp
Tăng ẩm đẳng nhiệt
264
Đồ thị p-v bên dưới đây mô tả quá trình biến đổi trạng thái chỉ riêng cho thành phần hơi nước trong không khí ẩm.
p
Trạng thái của hơi nước trong kkẩm bão hòa
K
Trạng thái của hơi nước trong kkẩm chưa bão hòa
B
A
Nhiệt độ của kkẩm
C
Phmax
Ph
Nhiệt độ đọng sương tđs khi làm lạnh đẳng áp
v
a. Quá trình làm lạnh đẳng áp – Nhiệt độ đọng sương
Khối không khí ẩm được hạ dần nhiệt độ. Trạng thái hơi nước sẽ dịch chuyển về điểm C trên đường đẳng áp AC. Khi đạt đến điểm C, hơi nước ở trạng thái hơi bão hòa khô và không khí ẩm tương ứng đạt đến trạng thái bão hòa.
Khi nhiệt độ hạ thấp hơn nhiệt độ của trạng thái C thì xảy ra hiện tượng ngưng tụ hơi nước từ không khí ẩm, có nước ngưng tụ tách ra khỏi không khí ẩm và khối lượng hơi còn lại trong không khí ẩm giảm dần, phân áp suất hơi tương ứng giảm theo.
A fi
C
) Nhiệt độ điểm C là giới hạn để bắt đầu hiện tượng tách ẩm (hơi nước ngưng tụ lại thành những giọt sương) nên gọi là nhiệt độ đọng sương tđs (của vô số trạng thái không khí ẩm có trạng thái hơi nước từ
265
Đồ thị T-s thể hiện sự thay đổi trạng thái của hơi nước trong quá trình làm lạnh đẳng áp
Nhiệt độ đọng sương tđs - Tdp (dew-point temperature) Phân áp suất hơi ph xác định từ bảng bão hòa của hơi nước theo nhiệt độ động
sương tđs của khối không khí ẩm.
Nhiệt độ đọng sương tđs là nhiệt độ của không khí ẩm bão hòa có cùng phân áp suất hơi với không khí ẩm đang khảo sát.
b. Quá trình tăng ẩm đẳng nhiệt – Phân áp suất cực đại – Khối lượng hơi cực đại
Ở điều kiện tự nhiên khi xảy ra quá trình bay hơi nước vào không khí ẩm sẽ làm nhiệt độ khối không khí giảm xuống (tham khảo phần quá trình bay hơi đoạn nhiệt).
Trong trường hợp này khi thêm hơi nước vào không khí ẩm người ta cố tình duy trì nhiệt độ của không khí ẩm không thay đổi.
266
Quá trình này diễn ra ở điều kiện nhiệt độ không đổi: trạng thái hơi nước sẽ dịch chuyển dần về B trên đường đẳng nhiệt AB
Khi đạt đến điểm B, hơi nước ở trạng thái hơi bão hòa khô và không khí ẩm tương ứng đạt đến trạng thái bão hòa. Phân áp suất hơi tương ứng là ph max hoặc pbh và lượng hơi nước tương ứng đạt giá trị cực đại.
Phân áp suất hơi cực đại ph max xác định từ bảng bão hòa của hơi nước theo nhiệt độ của khối không khí ẩm.
6.4.3 Các thông số đặc trưng của không khí ẩm
Bản chất của không khí ẩm là có thể thay đổi thành phần hơi nước, tuy nhiên thành phần không khí khô thì giữ không thay đổi (trừ khi cố tình thay đổi hay trong quá trình hóa lỏng khí).
Vì lý do này, các đại lượng tính toán của không khí ẩm đều đặt trên cơ sở một đơn vị
kg
hôi
) kgkk
]
h
khối lượng không khí khô. a. Độ chứa hơi d[( Độ chứa hơi: Là khối lượng hơi nước có trong không khí ẩm ứng với 1kg không khí khô.
d =
kg
hôi
) kgkk
G G
k
, ( (6-34)
=
Sử dụng phương trình trạng thái của khí lý tưởng cho thành phần hơi nước và thành phần không khí khô
T.R.GVp
h
h
h
h
h
k
=
=
d
=
T.R.GVp
G G
p p
R R
k
k
k
k
k
h
(cid:215) (cid:236) (cid:239) (cid:215) (cid:222) (cid:237) (a) (cid:215) (cid:239) (cid:238)
k
h
(
)
=
=
622,0
kg
hôi
kgkk
02,18 97,28
R R
h
-=
p
k pp
k
h
m (cid:236) » (cid:239) m (cid:237) (b) Với (cid:239) (cid:238)
=
Thế b vào a
(
d 0,622
kg
hôi
) kgkk
p h p p
h
(cid:215) (6-35) -
hp p
phân áp suất của hơi nước trong không khí ẩm, bar
Áp suất của không khí ẩm, bar
Lưu ý: Nếu bài toán không cho giá trị áp suất của không khí ẩm thì mặc nhiên xem nó
1~p
bar
267
. có giá trị của áp suất môi trường:
=
ph
pd + 622,0
d
(cid:215) (6-36) Từ 6-35
[%]
b. Độ ẩm tương đối j Độ ẩm tương đối:
h
là tỷ số giữa lượng hơi nước hiện có trong không khí ẩm đang khảo sát so với lượng hơi nước cực đại chứa trong không khí này khi làm cho nó bão hòa ở điều kiện nhiệt độ không đổi (quá trình AB).
G=j G
h
max
, % (6-37)
=
Sử dụng phương trình trạng thái của khí lý tưởng cho hơi nước ở trạng thái hiện tại và trạng thái tăng ẩm cực đại ở điều kiện đẳng nhiệt
h
h
(cid:236)
T.R.GV.p h = GV.
p
(cid:237)
h
max
h
max
T.R. h
p
h
h
=j
(cid:238)
G = G
p
max
h
h
max
(cid:222) % (6-38)
Nhận xét: thể hiện mức độ bão hòa của không khí ẩm.
Độ ẩm tương đối j Áp suất bão hòa pbh hay ph max trong công thức 6-38 được xác định từ bảng hơi nước bão hòa ứng với nhiệt độ của không khí ẩm hoặc có thể sử dụng công thức gần đúng sau:
31,
4
)
=
+
( ) p
log
,28
59051
2,8
log
( T
804,24
10.
T
3142 T
- - · (cid:215) - (6-39)
p
T áp suất bão hòa, bar nhiệt độ bão hòa, K
Từ phương trình 6-36 và 6-38
=j
(cid:215)
( 622,0
pd ) + pd
h
max
p
h
max
=
d
(cid:215) (6-40) (cid:215) j (cid:215)
622,0 p
p
h
max
(cid:215) j -
kJ
kgkk
268
] c. Enthalpy của không khí ẩm I [
=
+
I
I
I
kka
k
h
Enthalpy là thông số trạng thái mang bản chất năng lượng nên có tính cộng được.
=
+ iGiG k
h
k
h
(6-41) (cid:215) (cid:215)
h
=
+
=
Thành phần hơi nước trong không khí ẩm có thể thay đổi, tuy nhiên thành phần không khí khô thì giữ không đổi, vì lý do này nên khối lượng của thành phần không khí khô được sử dụng làm cơ sở tính toán sự thay đổi enthalpy của không khí ẩm, chia hai vế phương trình 6-41 cho thành phần khối lượng không khí khô
i
I
i
k
h
I kka G
G G
k
k (cid:215)+
=
(cid:215)
id
I
i
kJ
kgkk
h
k
hay (6-42)
Trong đó
kJ
kgkk
I Enthalpy của không khí ẩm ứng với 1kg không khí khô
kJ
(kg
hôi)
ik Enthalpy của 1kg không khí khô,
ih Enthalpy của 1kg hơi nước,
Lưu ý: Giá trị cụ thể của enthalpy tại một trạng thái nào đó thường không có ý nghĩa đặc biệt. Vì vậy có thể tùy ý chọn một gốc giá trị. Thông thường người ta chọn gốc ở áp suất 1bar, nhiệt độ 0oC. Đối với thành phần hơi nước thì gốc là trạng thái lỏng. Nhiệt dung đẳng áp lấy giá trị trung bình trong khoảng -10oC đến 50oC.
=
=
Nếu quy ước chọn gốc enthalpy như trên thì:
i
1,006 t
k
k
k
i
+ 2500,77 1,84 t
h
C t pk = + r C t 0
ph
(cid:215) = k
k
(cid:215) (cid:215) (cid:236) (cid:239) (cid:237) (6-43) (cid:215) (cid:239) (cid:238)
Nhiệt độ khối không khí ẩm hay nhiệt độ nhiệt kế khô
tk Thế 6-43 vào 6-42
[ (
)
] (
)
=
+
+
006,1I
d
t
kg
hôi
kgkk
2500
77,
84,1
t
kJ
kgkk
k
k
)
)
+
=
+
(cid:215) (cid:215) (cid:215) , (6-44)
kgkk
hôi
kg
I
t
2500
t.2
kJ
kgkk
k
k
(cid:215) , (6-45) Có thể sử dụng biểu thức đơn giản sau: ] ( [ ( d
Lưu ý: Trong cùng một bài toán chỉ nên sử dụng một công thức để tính enthalpy tại các trạng thái.
269
d. Nhiệt độ
Đối với không khí ẩm thì có ba loại nhiệt độ.
1. Nhiệt độ nhiệt kế khô tk Là nhiệt độ của khối không khí ẩm. 2. Nhiệt độ nhiệt kế ướt tư
Là nhiệt độ của khối không khí khi làm cho nó bão hòa ở điều kiện bay hơi đoạn nhiệt.
Bản chất quá trình bay hơi đoạn nhiệt được bàn luận kỹ trong phần tương ứng.
3. Nhiệt độ đọng sương tđs
Là nhiệt độ của không khí ẩm bão hòa có cùng phân áp suất hơi với không khí ẩm đang khảo sát.
e. Quá trình bay hơi đoạn nhiệt - Nhiệt độ bầu nhiệt kế ướt
Độ ẩm tương đối và độ chứa hơi thường được sử dụng trong kỹ thuật và khoa học về môi trường, thông qua xác định nhiệt độ đọng sương của không khí ẩm có thể xác định được hai thông số trên. Tuy nhiên, thực tế thì điều này khó thực hiện với dụng cụ đo đơn giản, trên thực tế người ta thường sử dụng quá trình bay hơi đoạn nhiệt để xác định.
Không khí ẩm có thể đạt đến trạng thái bão hòa theo quá trình bay đoạn nhiệt như mô hình thể hiện dưới đây:
Không khí ẩm chưa bão hòa ở trạng thái đã biết nhiệt độ t1 nhưng độ chứa hơi d1 chưa biết được dẫn qua thiết bị chứa nước như trên. Đặc điểm của không khí ẩm chưa bão hòa là sẽ tiếp nhận thêm hơi nước cho đến khi đạt trạng thái bão hòa thì dừng lại, nếu cường độ bay hơi nước đủ lớn và sự tiếp xúc đủ lâu thì không khí ẩm ra khỏi thiết bị ở trạng thái đạt trạng thái bão hòa.
=
=
Sử dụng các phương trình cân bằng khối lượng và cân bằng năng lượng qua hệ thống Cân bằng khối lượng:
1
2
GGG (cid:215)=
+
(6-46)
dGmdG
1
2
m là lượng nước đã bay hơi, phương trình thứ hai được viết lại:
270
(cid:215)
)
( (cid:215)= dGm
2 d
1
- (6-47)
Cân bằng năng lượng
=
E
vaøo
,E ra
= 0Q = 0W
+
(cid:215)=
(cid:246) (cid:230) (cid:247) (cid:231) (cid:247) (cid:231) ł Ł
1
(cid:215) (cid:215)
1
1
2
2
d )
+
2 (cid:215)= IGi =
(cid:215) - (cid:215)
IGimIG ) ( (cid:215)+ dGIG ( d
d
i
I
I 1
2
1
2
(cid:215) - hay (6-48)
)
)
)
+
+
=
+
(cid:215) (cid:215) (cid:215) - (cid:215) (cid:215) Thế phương trình xác định enthalpy của không khí ẩm vào 6-48: ( d
( c
( c
d
i
t
t
id 1
1h
id 2
2h
pk
1
pk
2
2
1
)
)
+
( t
( i
i
pk
2
2
2h
=
d
1
t 1 i
d i
1h
- (cid:215) - (cid:215) Biến đổi phương trình trên c (6-49) -
(
kJ
)K.kg
006,1~cpk
+
=
Trong đó
2500
77,
84,1
kJ
(kg
hôi)
t
i
1
1h
+
=
(cid:215) ,
2500
77,
84,1
kJ
(kg
hôi)
t
i
2
(cid:215) ,
kJ
(kg
hôi)
2h 2t18,4~i
(cid:215) ,
Khi đạt trạng thái không khí ẩm bão hòa thì d2 được xác định theo phương trình 6-40
p
h
2max
=
d
2
622,0 pp
h
2max
(cid:215) (6-50) -
Như vậy nếu không khí ẩm tiếp xúc với nước trong thiết bị đủ lâu thì sẽ đạt đến trạng thái bão hòa, việc xác định nhiệt độ t2 thì thật dễ chỉ cần nhiệt kế đơn giản.
Từ nhiệt độ t2 của không khí bão hòa, sử dụng bảng bão hòa của nước xác định được phmax2,
271
Sử dụng phương trình 6-50 để xác định độ chứa hơi d2 Sử dụng phương trình 6-49 để xác định độ chứa hơi d1 Sử dụng phương trình 6-36 để xác định phân áp suất hơi ở trạng thái
=
p
1h
pd 1 + 622,0
d
1
(cid:215)
1h
Từ nhiệt độ t1 xác định được ph max1 từ bảng bão hòa của hơi nước Độ ẩm tương đối được xác định:
1
p= p
h
1max
j
Đồ thị T-s thể hiện trạng thái của hơi nước trong không khí ẩm trong quá trình bay hơi đoạn nhiệt đến trạng thái bão hòa. Trong các ứng dụng điều hòa không khí thì nhiệt độ không khí ẩm bão hòa t2 được xác định từ dụng cụ lắp đặt như sau:
Nhiệt độ xác định từ nhiệt kế lắp đặt như trên còn gọi là nhiệt độ bầu nhiệt kế ướt hay đơn giãn nhiệt độ nhiệt kế ướt (đo loại không khí bão hòa do bay hơi đoạn nhiệt).
272
Có thể sử dụng cặp nhiệt kế khô – ướt như sau để xác định trạng thái của không khí ẩm.
f. Đồ thị của không khí ẩm
Đây là đồ thị dùng để xác định trạng thái của không khí ẩm (khác với đồ thị p-v ở trên chỉ biểu diễn cho riêng thành phần hơi nước trong không khí ẩm)
Có hai loại: đồ thị t-d và đồ thị I-d. Đồ thị t-d thường được sử dụng để biểu diễn trạng thái của không khí trong quá trình điều hòa không khí.
273
Đồ thị I-d thường được sử dụng cho quá trình sấy.
274
d
=j
%100
IA
jA
I
dA
A
t
tư
tk
tđs
Hình trên thể hiện đồ thị t-d của không khí ẩm
d =
Cách xác định các thông số trạng thái của không khí ẩm từ trạng thái A đã xác định trên đồ thị
a. Độ chứa hơi dA fi kẻ đường (song song trục nhiệt độ nằm ngang) cắt trục độ chứa hơi d (thẳng đứng) sẽ xác định được độ chứa hơi dA
.
) kgkk
hôi
const Lưu ý, đơn vị độ chứa hơi trên đồ thị là ( g
=j
const
A
I =
const
j fi b. Độ ẩm tương đối đọc tương đối giữa hai đường đã cho
=j
trên đồ thị. c. Enthalpy IA fi kẻ đường (các đường thẳng nghiêng về trái) cắt
%100 t =
const
trục I (đường thẳng nằm trên đường ) sẽ xác định enthalpy IA
(đường thẳng đứng song d. Nhiệt độ nhiệt kế khô tk fi giao điểm của song trục d) trên trục nhiệt độ t
fi xác định đặc biệt.
fi xác định đặc biệt. e. Nhiệt độ đọng sương tđs f. Nhiệt độ nhiệt kế ướt tư
g. Nhiệt độ đọng sương tđs
Khái niệm về nhiệt độ đọng sương đã được đề cập trong phần làm không khí bão hòa ở điều kiện đẳng áp.
275
Nhiệt độ đọng sương là nhiệt độ của không khí bão hòa có cùng phân áp suất hơi với không khí đang khảo sát
Trên đồ thị t-d trên không cho giá trị phân áp suất hơi, tuy vậy cho độ chứa hơi là giá trị tương đương của phân áp suất hơi, nên phát biểu trên được nhắc lại như sau:
=j
Nhiệt độ đọng sương là nhiệt độ của không khí bão hòa có cùng độ chứa hơi với không khí đang khảo sát
t
ñs
d
%100 = const
A
d
=j
%100
I
d =
const
A
t
tđs
const
d =
=
const
(cid:236) fi (cid:237) Nhiệt độ đọng sương (cid:238)
=j
%100
Tất cả các trạng thái không khí ẩm trên đường nằm ngang có cùng nhiệt độ còn gọi là đường nhiệt độ đọng sương đọng sương, nên đường t ñs .
Nhiệt độ đọng sương được xác định từ trạng thái không khí bão hòa
h. Nhiệt độ nhiệt kế ướt tư
)
=
Nhiệt độ nhiệt kế ướt được xác định từ quá trình bay hơi đoạn nhiệt khi không khí đạt trạng thái bão hòa.
d
I
i
2
1
2
I 1
(cid:215) - (6-51) Quá trình bay hơi đoạn nhiệt xác định theo phương trình 6-49 ( + d
=j
%100
Trạng thái không khí hiện tại
276
Trạng thái không khí bão hòa
=
t ö
Phương trình 6-51 thể hiện quá trình bay hơi đoạn nhiệt trên đồ thị hay đường const
const
const
do
I = const
1
2
( d I 1 bay hơi đoạn nhiệt của không khí ẩm.
Nhận xét: = t ö << (cid:215) - là quá trình Đường ) d i nằm gần như song song với đường I = và hơi chếch về phía trên. Có thể xem đường
t
ö
=j %100 = const
I
A
=j
%100
IA
d
I
A
=
const
t ö
t
tư
(cid:236) fi (cid:237) Nhiệt độ nhiệt kế ướt (cid:238)
277
Hình bên dưới thể hiện đồ thị I-d
278
6.4.4 Quá trình gia nhiệt và làm lạnh đẳng áp
a. Quá trình gia nhiệt đẳng áp
t >
t
Quá trình gia nhiệt là trường hợp không khí ẩm nhận nhiệt lượng từ bên ngoài, ví dụ như qua bộ gia nhiệt hơi nước calorifer hoặc điện trở
B
A
Quá trình diễn ra với không khí nhận nhiệt lượng nên nhiệt độ gia tăng,
const
~d
const
~ph
fi , Thành phần hơi nước không thay đổi nên
d
=j
%100
IB
IA
I
B
d =
const
A
tA
t
tB
Độ ẩm tương đối giảm do phmax tăng
279
Nhiệt lượng không khí ẩm nhận được
)
=
( IGQ
I
k
B
A
- (cid:215) , kW (6-52)
)
Lưu lượng hơi trong trường hợp gia nhiệt bằng hơi nước
Q
I
( IG k
B
A
=
=
G
skg
h
i
i
h
h
- (cid:215) , (6-53) D (cid:215) h D (cid:215) h
h hiệu suất gia nhiệt khi kể đến tổn thất nhiệt ra môi trường
kJ
(kg)
hi
D hiệu enthalpy của hơi nước vào và ra khỏi thiết bị gia nhiệt,
b. Quá trình làm lạnh đẳng áp
d
=j
%100
IA
IB
Iđs
I
A
d =
const
B
tB
t
tA
tđs
=j
%100
Trường hợp này không khí ẩm tiếp xúc với bề mặt có nhiệt độ nhỏ hơn nên không khí ẩm nhả nhiệt lượng ra, thể hiện là nhiệt độ sẽ giảm và ngược hướng với quá trình gia nhiệt ở trên
Cần lưu ý rằng trạng thái không khí tiến dần về đường bão hòa
, khi đạt đến trạng thái bão hòa thì xảy ra hiện tượng ngưng tụ hơi nước trong không khí ẩm khi tiếp tục giảm nhiệt độ.
280
Khi xảy ra quá trình tách ẩm thì không khí ẩm vẫn là loại không khí bão hòa tuy nhiên ở độ chứa hơi nhỏ hơn
d
=j
%100
IA
Iđs
IB
A
d =
const
I
B
t
tA
tB
tđs
Như vậy quá trình làm lạnh được phân làm 2 trường hợp với đặc điểm như sau:
t >
t
I >
I
d =
const
B
ñs
B
ñs =j
thì
t
I
%100
B
ñs
B
ñs
thì Làm lạnh trên đọng sương t < hoặc I < Làm lạnh có tách ẩm hoặc
Trong cả hai trường hợp
)
=
=
Nhiệt lượng không khí ẩm nhả ra
( IGQ
I
Q
k
A
B
o
- (cid:215) , kW (6-54)
)
=
Lượng ẩm tách ra
G
d
h
ng
( dG k
A
B
skg d =
const
- (cid:215) , (6-55)
=
Khi quá trình trao đổi nhiệt diễn ra với đặc điểm (gia nhiệt hoặc làm lạnh) thì nhiệt lượng trao đổi có thể xác định theo biểu thức
cGQ
t
k
pk
D (cid:215) (cid:215) , kW (6-56)
pkc
kJ
(kg.K)
o
nhiệt dung riêng đẳng áp của không khí ẩm, phụ thuộc vào nhiệt độ và độ
281
‚ . ) C55 chứa hơi, Trong khoảng nhiệt độ ( 0 có thể lấy giá trị sau:
g
kgkk
5 10 15 20 25 30 35 40 d,
kJ
(kg.K)
1,0138 1,022 1,0318 1,0419 1,0506 1,0588 1,0680 1,0754 cpk,
d <
d
Ví dụ không khí qua một dàn lạnh bề mặt
A
B
<
Lưu ý: Trong thực tế sẽ gặp trường hợp có tách ẩm
%100
B
=j
%100
j
, tuy nhiên độ ẩm tương . Lý giải cho trường hợp này là sự hòa đối vẫn không đạt 100%, trộn không khí, phần lớn không khí ẩm tiếp xúc được với dàn lạnh sẽ biến đổi thành trạng thái bão hòa , tuy vậy vẫn còn một lượng nhỏ hơn không khí ẩm đi qua mà không bị biến đổi trạng trái. Kết quả của quá trình làm lạnh là sự hòa trộn của hai loại không khí ẩm trên.
282
Quy tắc chung thể hiện quá trình trên đồ thị là nối hai điểm thể hiện trạng thái của không khí ẩm vào và ra khỏi thiết bị.
d
=j
%100
IA
Iđs
IB
A
d =
const
I
B’
B
t
tA
tđs
tB
tB’
Trong trường hợp làm lạnh lý tưởng thì không khí ra khỏi dàn lạnh ở trạng thái B’, thực tế do có sự hòa trộn nên ra khỏi dàn lạnh là trạng thái B
Quá trình làm lạnh và hòa trộn diễn ra đồng thời nên trạng thái không khí ẩm trong quá
d
=j
%100
IA
Iđs
Lưu ý:
%100
IB
d =
const
A
I
B’
B
t
tA
tđs
tB
tB’
283
trình làm lạnh tách ẩm thực tế thay đổi như sau: tB’ là nhiệt độ nước ngưng tụ trên bề mặt lạnh. dàn Trạng thái B nằm đường trên AB’Đường AB’ phải cắt đường =j .
6.4.5 Quá trình hòa trộn không khí ẩm (quá trình đoạn nhiệt) Khảo sát trường hợp hòa trộn đoạn nhiệt hai dòng không khí ẩm và với thông số hai dòng trước hỗn hợp đã biết:
Yêu cầu của bài toán là tìm thông số của dòng hòa trộn Sử dụng phương trình bảo toàn năng lượng và bảo toàn khối lượng (không khí khô và hơi nước) có thể xác định được yêu cầu bài toán.
+
=
3
Bảo toàn khối lượng
GGG 2 1 + = dGdGdG 2
2
3
1
1
3
(a) (cid:215) (cid:215) (cid:215)
+
=
Bảo toàn năng lượng
3
2
(cid:215) (cid:215) (cid:215)
t
IGIGIG 1 2 1 + cGt 1
3 = cGt 2
2pk
3
2
3
3pk
cG 1
1ph
(b) (cid:215) (cid:215) (cid:215) (cid:215) (cid:215) (cid:215)
Khi giả thiết
c
c
c
c
1ph
2pk
pk
3pk =
» » »
+ tGtG
1
1
2
2
tG 3
3
(cid:215) (cid:215) (cid:215) Thì (b) (c)
284
Hệ phương trình (a), (b), (d) cho kết quả điểm hòa trộn
2
1
1
2
=
d
3
3
(cid:215) (cid:215)
1
1
2
2
=
I
3
3
(cid:215) (cid:215) (6-57)
2
1
1
2
=
t
3
+ dGdG G + IGIG G + tGtG G
3
(cid:215) (cid:215)
I1
d
=j
%100
I3
1
I2
d1
I
3
d3
2
d2
t
t1
t2
t3
Lưu ý: Điểm hòa trộn nằm trên đường thẳng nối hai điểm trước hòa trộn và Với đặc điểm này có thể kết hợp với một trong ba phương trình ở (6-57) để xác định điểm hòa trộn trên đồ thị
Trong thực tế có thể gặp trường hợp cho tỷ số hòa trộn của hai dòng không khí trước hòa trộn n mà không cho giá trị cụ thể, trường hợp này đặt thêm biến phụ a
n =
G 1 G
2
=
=
=
cho (6-58)
a
) 2 +
G 1 G
1
n + 1n
3
( GG 1 ( ) GG 1
2
(6-59) đặt
285
Phương trình (6-57) và (6-59)
(cid:215)=
d
da
1
2
(cid:215)
3
2
(cid:215)= (cid:215)=
(cid:215) (6-60)
3 I t
Ia 1 ta
( ) -+ da1 ( ) -+ Ia1 ( ) -+ ta1
3
1
2
(cid:215)
dn
2
=
d
3
(cid:215)
2
=
I
3
+ d 1 + 1n + In I 1 + 1n
(6-61) hay (cid:215)
I1
d
=j
%100
n+1
I3
1
1
d1
I2
n
1
I
3
d3
n+1
n
d2
2
t
t3
Thể hiện tỷ lệ trên đồ thị t-d
7.4.6 Quá trình sấy lý thuyết
Lợi dụng tính chất có thể nhận thêm hơi nước của không khí ẩm người ta sử dụng không khí ẩm như chất trung gian thực hiện quá trình vận chuyển ẩm từ vật liệu cần sấy khô như nông sản, gỗ, giấy, … và nhiều quá trình công nghệ khác ra môi trường
Việc giảm lượng ẩm trong vật liệu sẽ làm tăng thời gian bảo quản hoặc đơn giản là để đảm một quá trình trong sản xuất
286
Sấy là một trình phức tạp và không ổn định, cường độ tách ẩm từ vật liệu sấy thay đổi theo thời gian, vì vậy việc mô tả quá trình sấy bằng những phương trình đơn giãn là không nên và không đúng
Trong phần này chỉ đề cập quá trình sấy với các quá trình cơ bản mang tính nguyên lý, như vậy có nhiều giả thiết được đặt ra nên sử dụng các phương trình này để tính trong thực tế là không đúng
Khả năng nhận thêm hơi nước của không khí ẩm hoàn toàn phụ thuộc vào độ ẩm tương đối, vì vậy trước khi cho không khí tiếp xúc với vật sấy bao giờ cũng có quá trình giảm độ ẩm tương đối của không khí ẩm
Quạt
Buồng sấy
Buồng gia nhiệt
Các quá trình cơ bản theo mô hình dưới đây
, , thể hiện trạng thái của không khí ẩm qua các giai đoạn của quá trình sấy
Quá trình
1 fi 2 fi
2 : nhận nhiệt từ buồng gia nhiệt 3
Quá trình
const
d =
: không khí tiếp xúc nhận ẩm từ vật sấy Quá trình gia nhiệt trong buồng gia nhiệt được phân làm hai loại: gia nhiệt trực tiếp và gia nhiệt gián tiếp
Gia nhiệt trực tiếp: trạng thái là sản phẩm của quá trình đốt cháy trực tiếp nhiên liệu: khí đốt, phế phẩm nông nghiệp, … và quá trình tính toán phức tạp Gia nhiệt gián tiếp: trường hợp này giống với quá trình gia nhiệt đẳng áp ở phần 9.6.1, quá trình diễn ra
Quá trình cháy tạo ra hơi nước, vì vậy gia nhiệt trực tiếp sẽ phải xác định độ chứa hơi ở trạng thái và tính toán rất phức tap. Trong phần này sử dụng quá trình gia nhiệt gián tiếp: không khí qua buồng sấy chỉ nhận nhiệt lượng
I =
const
Quá trình sấy có giả thiết là nhiệt lượng từ dòng không khí chỉ làm duy nhất nhiệm vụ
là bốc hơi nước (cung cấp nhiệt cho quá trình bay hơi), quá trình
287
Hai quá trình trên thể hiện trên đồ thị I-d như sau
Trên thực tế thì ngoài việc cung cấp nhiệt cho quá trình bốc hơi nước thì không khí ẩm phải gia nhiệt cho các dụng cụ chứa sản phẩm, băng chuyền, … và ngay cả bản thân vật sấy, còn có tổn thất nhiệt ra môi trường qua vách buồng sấy.
288
Quá trình tách ẩm trong thực tế thay đổi như sau:
Trong trường hợp này không khí nhận được ít hơi nước từ vật sấy hơn ứng với 1 kg không khí khô
Tính toán cho quá trình sấy lý thuyết Các dữ liệu ban đầu và yêu cầu
kg
hôi
giôø
khối lượng vật trước khi sấy, kg khối lượng vật sau khi sấy, kg thời gian yêu cầu cho quá trình sấy (theo mẻ), giờ:
lượng ẩm trung bình cần lấy đi trong một giờ, Gđ Gs t hGD
GG ñ
s
=
kg
hôi
giôø
G
h
- D , (6-62) t
G
=
=
G
kg
kk
giôø
k
h d
d
h d
d
2
3
1
3
D D Lưu lượng không khí cần cho quá trình sấy: G , (6-63) - -
Nhiệt lượng cung cấp cho quá trình sấy:
2
)
=
D=
( IGQ
G
kJ
giôø
k
2
I 1
h
I 1 d
I d
1
3
- (cid:215) - (cid:215) , (6-64) -
2
=
Q
I 1 d
G h 3600
I d
1
3
289
- D (cid:215) , kW (6-65) -
