用於幹燥的加熱介質——熱空氣,始終含有一定量的水分,所以,又稱為濕空氣。在幹燥過程中,將濕空氣預熱成為熱空氣後與濕物料進行熱量和質量的交換,濕空氣的水汽含量、溫度及焓等性質都會發生變化。
由於在幹燥過程中,濕空氣中水汽的含量不斷增加,而絕幹空氣質量不變,因此常以單位質量幹空氣作基準進行幹燥過程的計算及分析。
一、濕空氣的狀態參數
1.濕度H
式中H——濕空氣的濕度,kg水/kg絕幹空氣;
Mw——水汽的摩爾質量,kg/kmol;
Mg——絕幹空氣的摩爾質量,kg/kmol;
nw——濕空氣中水蒸氣的物質的量,kmol;
ng——濕空氣中絕幹空氣的物質的量,kmol。
式中p總——濕空氣的總壓,Pa;
pw——濕空氣中水汽分壓,Pa;
pg——濕空氣中絕幹空氣的分壓,Pa。
可見濕度是總壓和水汽分壓的函數。
式中Hs——濕空氣的飽和濕度,kg水/kg絕幹空氣;
ps——空氣溫度下水的飽和蒸氣壓,Pa。
練習
在總壓101.33kPa、溫度20℃下(已知20℃下水的飽和蒸氣壓為2.334kPa),某濕空氣的水汽分壓為1.603kPa,現空氣溫度保持不變,將總壓升高到250kPa,則該空氣的水汽分壓為__________。
2.相對濕度φ
相對濕度表明了濕空氣的不飽和程度,可反映濕空氣吸收水蒸氣的能力。當φ=100%,表明此時濕空氣為飽和空氣,不再具有吸收水蒸氣的能力,這種濕空氣不能用作幹燥介質。φ值越小,即pw與ps差距越大,表明濕空氣吸收水分的能力越強。可見,相對濕度可用來判斷幹燥過程能否進行,以及濕空氣的吸濕能力。而濕度隻表明濕空氣中水汽含量,不能表明濕空氣吸濕能力的強弱。
可見,當總壓一定時,濕度是相對濕度和溫度的函數。
【例7-1】當總壓為100kPa時,濕空氣的溫度為30℃,水汽分壓為4kPa。試求(1)該濕空氣的濕度、相對濕度和飽和濕度;(2)如將該濕空氣加熱至80℃,其相對濕度如何?
可見,加熱至80℃後,濕空氣的相對濕度顯著下降,其吸濕能力大大增加。
練習
當H一定時,空氣的溫度上升,則__________值。
3.比體積νH
濕空氣的比體積又稱濕容積,它表示1kg絕幹空氣和其所帶有的H kg水蒸氣的體積之和,用νH表示。
練習
濕空氣溫度為308K、總壓為1.52MPa,已知其濕度H為0.0023kg水/kg絕幹空氣,則比體積νH為__________m3/kg絕幹空氣。
4.比熱容cH
在常壓下,將1kg絕幹空氣及其所帶有的Hkg水蒸氣的溫度升高1℃時所需吸收的熱量,稱為濕空氣的比熱容,用cH表示。根據定義可以寫出
cH=cg+cwH=1.01+1.88H(7-7)
式中cH——濕空氣的比熱容,kJ/(kg絕幹空氣·℃);
cg——絕幹空氣的比熱容,kJ/(kg絕幹空氣·℃),其值約為1.01kJ/(kg絕幹空氣·℃);
cw——水蒸氣的比熱容,kJ/(kg水汽·℃),其值約為1.88kJ/(kg水汽·℃)。
可見,濕空氣的比熱容隻是濕度的函數。
5.焓I
濕空氣中1kg絕幹空氣及其所帶有的H kg水蒸氣的焓之和,稱為濕空氣的焓,以I表示。
I=Ig+IwH(7-8)
式中I——濕空氣的焓,kJ/kg絕幹空氣;
Ig——絕幹空氣的焓,kJ/kg絕幹空氣;
Iw——水蒸氣的焓,kJ/kg水汽。