Термодинамические основы осушки охлаждением

По закону Дальтона давление влажного воздуха P представляет собой сумму парциальных давлений сухого воздуха P_в и водяного пара P_п:

. (12.1)

Количество влаги (паров воды) в 1 м³ влажного воздуха равно плотности пара r_п, кг/м³, и называется абсолютной влажностью воздуха.

Если воздух насыщен водяными парами, то в нем содержится максимальное количество влаги при данной температуре и плотности. Парциальное давление и плотность пара при этом максимальны и называются давлением P_н и плотностью r_н насыщения. Температура воздуха при этом будет называться температурой насыщения t_н или точкой росы.

Отношение = j называют относительной влажностью или степенью насыщения.

Массовое количество паров воды m_п во влажном воздухе отнесенное к массе сухого воздуха в нем m_в называют влагосодержанием , кг/кг.

Если для объема влажного воздуха V, м³, записать уравнения состояния для пара и воздуха:

; (12.2)

. (12.3)

То, так как V_п = V_в = V, T_п = T_в = T и с учетом, что , из этих уравнений получим

. (12.4)

Подставляя значения газовых постоянных: R_в = 287 и R_п = 463 , с учетом (12.1) получим формулу для расчета влагосодержания воздуха d, кг/кг:

. (12.5)

Так как , то влагосодержание ненасыщенного (j<1) и насыщенного (j=1) воздуха может быть вычислено по соотношениям:

и , кг/кг. (12.6)

Полученные формулы позволяют производить расчеты влагосодержания воздуха при известных значениях температуры воздуха t_в, давлении P и относительной влажности j, а также определять точку росы t_н при заданном влагосодержании d_н.

Выпадение влаги из воздуха при его охлаждении происходит всегда при температуре насыщения t_н, и, следовательно, задаваясь значением остаточного влагосодержания воздуха d_зад = d_н, с помощью уравнения (12.6) можно определить значение точки росы t_н. Это и будет то значение температуры, до которой необходимо охладить воздух в охладителе-осушителе.

Для этого уравнение (12.6) решается относительно P_н, т.е. находится парциальное давление пара при заданном влагосодержании, Па:

, (12.7)

где d_н – требуемое влагосодержание воздуха, г/кг; P – давление сжатого воздуха, Па.

По термодинамической таблице для воды и водяного пара для условий насыщения по величине P_н определяется значение t_н. Это и будет искомая температура охлаждения воздуха.