Сушка и защита древесины

Раздел: Учебники

Температура воздуха t, °С, определяет степень его нагрева; измеряется она термометрами.

Пример. При температуре перегретого пара до испарения воды 4 °С, а после испарения

Психрометрическая разность At, т. е. разность показаний по сухому и по охлажденному (из-за испарения воды), мокрому термометру психрометра; эта разность определяет величину теплового потока, создаваемого перепадом температур между воздухом и водой, испаряемой с мокрого термометра. Эта величина представляет собой потенциал сушки. Она показывает сухость воздуха: чем суше воздух, тем интенсивнее испаряется вода и, следовательно, больше охлаждается мокрый термометр. Наоборот, при психро

метрической разности Д£=0 пар в воздухе — насыщенный и испарение им воды не происходит. Эти два параметра воздуха (t и At) являются базисными.

Давление пара в воздухе р„ (или рп), кПа, представляет собой упругое гидростатическое воздействие, оказываемое паром на окружающие тела. Параметры пара р н определяются температурой и затем графически отрезком АВ на  2, е.

Влагоемкость пространства (масса пара в 1 м3) — очень важное свойство пара — увеличивать плотность в результате подогрева; оно положено в основу процесса сушки. Холодный атмосферный воздух, даже пересыщенный влагой (зимний туман), содержит малое количество пара (неправильно иногда считают, что пар — только горячий).

Влагоемкость пространства выражается в г/м3, а плотность насыщенного пара рн в кг/м3, т. е. влагоемкость равна 1000 рн- Величина влагоемкости зависит от температуры пара в воздухе (верхняя строка — температура пара, нижняя — влагоемкость).

Как видно, влагоемкость пара прогрессивно нарастает с повышением температуры, она почти удваивается при повышении температуры на каждые 10 °С. По этой причине при охлаждении пара происходит его конденсация с выделением росы и тепла. Так, при охлаждении 1 м3 насыщенного пара с 70 до 30 °С конденсируется около 198—30,4=167,6 г влаги, т. е. при этом остается количество пара (30,4 г/м3) менее шестой части начальной (198 г/м3) его массы. Рассматриваемое свойство пара часто используют в технике для обестуманивания воздуха, для осушки газов и т. п.

Насыщенность пара в воздухе характеризуется отношением плотности перегретого пара рп к его плотности в насыщенном состоянии рн при той же температуре: ф = рп/рн.

Если состояние слабо перегретого пара близко к насыщенному (сырой воздух), тогда числитель этого отношения приближается к знаменателю и <р->-1. Наоборот, сильно перегретый пар в воздухе, когда рп во много раз меньше рн, покажет значение <р приближающееся к нулю — воздух очень сухой. В метеорологии этот параметр (ф) называют относительной влажностью воздуха. В лесосушильной технике такой термин непригоден, поскольку можно сушить материал перегретым паром атмосферного давления, когда воздух отсутствует, но параметр ф остается.

Для идеальных газов плотность пропорциональна давлению; приравнивая к ним пар, получим достаточно точное для практических целей соотношение

Ф = РП/РН,показывающее, что насыщенность пара в воздухе есть отношение давлений перегретого пара рп к насыщенному рн той же температуры. Отсюда имеем рп = фрн.

Например, если давление насыщенного пара прн температуре-60,1 °С равно 0,2 бара (по табл. 1), то прн <р=0,7 давление перегретого пара рп с той же температурой составит 0,7-0,2=0,14 бара.

Так как влагосодержание d, г/кг, дополняет 1 кг абсолютно сухого воздуха как неизменную, базовую величину, то их сумма больше 1 и равна (1+0,00Ы) кг.

Параметр d очень удобен в расчетах сушильного процесса, поскольку масса абсолютно сухого воздуха (1 кг) остается неизменной при нагревании, охлаждении, выпадении росы и т. п. В табл. 2 приведены значения d в зависимости от t и ф. Из таблицы видно, что d резко повышается с увеличением температуры (как и рп) и почти пропорционально снижается с уменьшением ф. При ф = 0 d=0, поскольку рп = 0 формула 1.

Энтальпия (теплосодержание) воздуха 1 наряду с влагосодержанием d — один из главных расчетных и аналитических параметров для рассмотрения сушильного процесса. Энтальпию также учитывают по массе 1 кг абсолютно сухого воздуха. В энтальпии рассматривается теплоемкость 1 кг воздуха [1,0 кДж/(кг-К)] и пара [0,19 кДж/(кг-К)], а также теплота парообразования (2500 кДж/кг, или 2,5 кДж/г). (Здесь вместо °С значится К, одинаковый по интервалам температур). Формула энтальпии на 1 кг сухой части воздуха / = 1,0/ + 2,5d + 0,0019td [кДж/кг].

Первый член обозначает теплоту нагревания воздуха от нуля до t, °С, второй — теплоту парообразования d, г пара, при 0 °С, а третий — теплоту d, г пара, на 1 кг воздуха, нагретого до температуры также от 0 до I, °С. Отметим, что 1 кДж равен 0,239 ккал, или 1 ккал = 4,19 кДж. Например, при /= 58 °С и <2=100 г/кг получим /=1,0-58 + +2,5- 100+0,0019-58- 100=319 кДж/кг воздуха. Плотность воздуха-р, кг/м3, представляет собой сумму из плотности абсолютно сухого воздуха при его давлении рв = = р—рп [см. формулу] и плотности пара рп в том же объеме при его давлении р„=р—рв. В условиях постоянного барометрического давления 0,1 МПа (1 бар)

При одинаковых температурах и давлениях пар легче воздуха (отношение рп/рв=0,622). Влажный воздух легче сухого, но, охладившись (уменьшившись в объеме), он может быть по плотности тяжелее сухого, нагретого (например, в штабеле сырого материала, у холодной стены комнаты или зимой у окна), и поэтому опускается вниз, а нагреваясь у калорифера, — расширяется и поднимается вверх. Плотность воздуха необходимо учитывать в расчетах при механическом его перемещении в трубах, каналах и т. п.

Удельный объем воздуха Vi+0,ooid— это объем его при массе 1 кг абсолютно сухой его части и при общем давлении 0,1 МПа (1 бар). Этот параметр необходим для пересчета массы воздуха (1 кг) с добавленным паром 0,001d, кг, в его объем, м3, и для нахождения' скорости воздуха, перемещаемого в каналах. V1+vma = (1.260 + 0,00462/) (0,622 + 0,00Id) [м8/кг].  Например, при г=100 °С и d=200 г/кг Vi+o,ooid= (1,260+0,00462 • 100) X Х0,822=1,42 м8/кг, а при /=0 и rf=0 получим Ki+0,oid = 1,260 • 0,622= =0,783 м3/кг.

Как видно из этой формулы, объем 1 кг абсолютно сухого воздуха с добавленным к нему паром увеличивается с повышением его температуры t и влагосодержания d.

По приведенным формулам можно составить диаграммы, показывающие в наглядной форме взаимозависимость между изменяющимися параметрами воздуха, а также рассмотреть процессы, характеризующие технологию высушивания древесины.

Температурой точки росы называется такая температура постепенно охлаждаемого воздуха, при которой находящийся в нем пар начинает конденсироваться (начало тумана — капельки воды). Измеряется она гигрометром Ламбрехта, волосяным гигрометром и др., при этом <р= 1.