Влажный воздух. Осушение воздуха.

Осушение воздуха – процесс снижения его влагосодержания. Рассмотрим варианты реализации процесса осушения воздуха и области применения каждого из них.

Pin up pinupbet vvc23.ru.

Для наглядности будет использована I-d диаграмма Рамзина влажного воздуха

Способы осушения

Сразу заметим, что это не то же самое, что снижение относительной влажности. Взглянув на I-d диаграмму, всё становится очевидным: осушка воздуха – процесс, идущий влево (при этом не важно, вверх или вниз, важно, что конечная точка будет левее начальной), а относительную влажность можно снизить даже путем добавления воды, если воздух при этом нагревать.

Итак, наша цель – выделить из воздуха влагу. Сразу скажем, что выделить влагу гораздо сложнее, чем испарить её. Испаряется она сама собой, пока дело не дойдет до состояния насыщения. А вот расставаться с воздухом вода не любит.

  • Конденсационный метод

    Один из способов их разъединения упоминался при описании процесса охлаждения – по достижению относительной влажности, близкой к 100%, выпадал конденсат. Это конденсационный метод осушки. Он заключается в охлаждении воздуха ниже точки росы и отвода образовавшегося конденсата. Чем ниже температура охлаждения, тем больше образуется жидкой фазы, тем эффективнее осушка.



  • Адсорбционный метод

    Других способов, видимых из диаграммы, нет. Однако существует ещё три распространенных метода осушки. Первый – адсорбционный. Здесь нам помогают физические свойства некоторых веществ поглощать влагу. Самые распространенные – активированный уголь, алюмогель (Al2O3), силикагель (SiO2). Эти вещества в своей молекулярной структуре имеют так называемые ячейки, в которые попадают молекулы водяного пара и "запираются" там. Вынуждающей силой является сила поверхностного натяжения, действующая на молекулу водяного пара, когда последняя оказывается около поверхности адсорбента. Каждый из адсорбентов имеет свою «степень очистки» воздуха от влаги, а потому обычно их используют ступенями – сначала грубая очистка (активированный уголь), потом тонкая (силикагель, следом алюмогель). Результат – миллиграммы воды в килограммах воздуха! Минимальное влагосодержание составляет 0.03г/кг, что соответствует температуре точки росы почти -50С.

    Процесс адсорбции сопровождается выделением теплоты адсорбции. В то же время при осушении поглощается примерно равная теплоте адсорбции теплота смачивания. Результатом является практически полная неизменность энтальпии воздуха - изоэнтальпийный процесс (вверх влево на I-d диаграмме). Как следствие, температура воздуха растет и может достигать, а иногда и превышать 50С.



    Со временем адсорбер насыщается влагой и требует регенерации, реализуемой через его нагрев. При повышении температуры, например до 120-150С для силикагеля, накопленная влага испаряется и адсорбент снова готов к осушающей работе. Учитывая необходимость такой регенерации, в установках осушения используют два параллельных адсорбера - в то время, как первый пегенерируется, работает второй.

  • Абсорбционный метод

    Второй способ, не просматривающийся из I-d-диаграммы, но очень схожий с предыдущим - абсорбционный. Наиболее широко распространенные абсорбенты - хлористый литий (LiCl) и водные растворы хлористого кальция (CaCl2*6H2O). Движущей силой процесса является разность парциальных давлений водяного пара - в пограничном слое абсорбента оно ниже, чем над его поверхностью. В зависимости от температуры раствора можно добиться осушка как с повышением температуры, так и без её изменения или с её уменьшением. Ещё одним плюсом является возможность непрерывной регенерации: достаточно установить насос для прокачки абсорбента в регенератор и обратно в абсорбер.

    Также следует учитывать, что степень осушки абсорбентами заметно ниже, чем адсорберами. Минимальное влагосодержание, достижимое при использовании хлористого лития - 1г/кг (температура точки росы -15С).

  • Компрессионный метод

    Наконец, последний метод осушки просматривается из диаграммы влажного воздуха для переменного давления. А раз мы взяли диаграмму для разных давлений, значит этот способ напрямую с разными давлениями и связан. Итак, компрессионный метод осушки (осушка сжатием).

    Основа метода – повышение парциального давления насыщенного пара при сжатии воздуха. Это вполне очевидно, если вспомнить определение парциального давления и закон Дальтона, гласящий, что давление газа равно сумме парциальных давлений его составляющих. Для воздуха: давление воздуха равно сумме парциальных давлений сухого воздуха и водяных паров (к слову, парциальное давление сухого воздуха можно разложить на сумму парциальных давлений входящих в его состав газов (азот, кислород и т.д.), но химический состав воздуха нас не интересует). Далее становится понятным, что увеличив давление воздуха в k раз, парциальные давления также увеличатся в k раз. Следовательно, парциальное давление водяного пара возрастет в k раз. Но парциальное давление насыщения-то не меняется – оно зависит только от температуры! Теперь вспомним определение относительной влажности – это отношение парциальных давлений текущего и насыщенного водяного пара. Первая цифра увеличилась в k раз, вторая осталась прежней, в итоге φ возросла в k раз, а если phi достигнет 100%, то неизбежно выпадет конденсат. Вывод – при сжатии воздуха растет его относительная влажность и в перспективе появляется жидкая фаза. Остается её слить, а воздуху вернуть первоначальное давление – осушка произведена!

    На I-d-диаграмме (напомним, что она выполненяется для конкретного давления) компрессионный метод условно можно изобразить линией влево по изотерме до нужного влагосодержания. В целях развития воображения можно использовать одну I-d-диаграмму для разных давлений, учитывая, что она сжимается по горизонтальной оси точно также (точно во столько же раз), как и подопытный воздух. Сжали в 2 раза, и точка c φ=50% превратилась в φ=100%.

Полезные формулы, описывающие процесс осушения воздуха:

  • конденсационный метод:

    • Уравнения балансов теплоты и влаги:
      Mсух·I1 - Nнагр = Mсух·I2;
      Mсух·d1 - Mконд.вода = Mсух·d2;
    • Угловой коэффициент:
      ε = (I2-I1)/(d2-d1) = Nнагр/Mконд.вода;
    • Количество отведенной воды:
      Mконд.вода = Mсух· (d2-d1).
  • адсорбционный метод:

    • Уравнения балансов теплоты и влаги:
      Mсух·I2 = Mсух·I1 - Mконд.вода·cвода·t2 - Mконд.вода·qтепл.ад. + Mконд.вода·qсмач,
      Mсух·d2 = Mсух·d1 - Mконд.вода;
    • Угловой коэффициент:
      ε = (I2-I1)/(d2-d1) = cвода·t2 + qтепл.ад. - qсмач = cвода·t2 ≈ 4.2t2;
    • Температура после осушки:
      t2 ≈ t1 + r· (d1-d2) / cвл.возд.;
    • Количество отведенной воды:
      Mконд.вода = Mсух· (d2-d1).
  • абсорбционный метод:

    • Уравнения балансов теплоты и влаги:
      Mсух·I2 = Mсух·I1 - Mконд.вода·cвода·t2,
      Mсух·d2 = Mсух·d1 - Mконд.вода;
    • Угловой коэффициент:
      ε = (I2-I1)/(d2-d1) = Nнагр/Mконд.вода;
    • Количество отведенной воды:
      Mконд.вода = Mсух· (d2-d1).

где:
Mсух = Gсух·ρ - массовый расход воздуха,
Gсух - расход сухого воздуха в потоке влажного воздуха, Gсух=Gвлаж· (1-d1). В расчетах, ввиду малости d1, часто под расходом сухого воздуха подразумевают расход влажного воздуха. Аналогичное допущение было принято и в примерах.

Комментарии

Ваше имя:

E-mail:  (на сайте не показывается)

Введите код с картинки:      

 

23.01.2013 19:52. таня