Сушка и защита древесины

Раздел: Учебники

Нагревание и охлаждение воздуха. Нагревание воздуха калорифером (паровым, водяным, электрическим и др.) или его охлаждение (например, зимой в комнате, у холодной наружной стены возникают теплопотери) происходят без добавления или уменьшения влаги в воздухе, происходит «сухое» охлаждение. Такой нагрев или охлаждение воздуха отобразится на Id-диаграмме по линии d=const, т. е. по вертикали; это одно из важнейших расчетных положений сушильной техники.

Примем начальное состояние воздуха с параметрами в точке А. При нагревании его состояние переместится в точку В по линии d — const вверх, т. е. повысится температура, а при охлаждении — в точку Н вниз. Несмотря на неизменное влагосодержание воздуха dA=dH и постоянное давление пара да = const насыщенность пара ф в воздухе при нагревании уменьшится, а при охлаждении увеличится, поскольку в первом случае возрастает, а при охлаждении снижается влагоемкость. Таким образом, при нагревании воздух становится более сухим, а при охлаждении — более влажным (возрастает ф при неизменном d).

Если продолжить охлаждение воздуха, точка Н может перейти в точку Р, достигнув линии ф=1, т. е. приобрести состояние температуры точки росы (отсчет влево При дальнейшем охлаждении этого воздуха произойдет конденсация из него влаги. Образовавшиеся из него капельки воды или останутся в воздухе, образуя туман (точка Е), или целиком выпадут из воздуха на находящуюся вблизи какую-либо более холодную поверхность; в последнем случае пар в воздухе останется сухим насыщенным, т. е. прозрачным (точка М), а процесс конденсации определится кривой РМ. Может произойти частичное выпадение росы на холодную поверхность и частично возникнуть туман (точка С).

Каждый может наблюдать образование тумана и росы в зимнее время в теплых помещениях на стеклах окон, вблизи которых охлаждаемый воздух опускается вниз. Вверху окна стекла чистые, несколько ниже они затуманены очень мелкими капельками росы, еще ниже капельки' крупнее, а еще ниже, где воздух сильнее охлаждается, появляются тонкие ручейки текущей вниз воды. Воздух в помещении при этом обезвоживается — снижается d.

Если нагреть туман (точка Е) до достижения им состояния, обозначенного точкой Р, а затем и точкой А, получим начальное состояние воздуха А; следовательно, это процесс обратимый.

Испарение воды с поверхности материала. В начале сушки мокрого материала испаряется вода с открытой его поверхности. Происходит теплообмен между воздухом и материалом. Более нагретый воздух отдает часть тепла материалу и, следовательно, сам охлаждается, но одновременно получает от материала это же количество тепла (закон сохранения энергии) с паром, являющимся теплоносителем даже в ненагретом состоянии. При таком адиабатном тепло- и массообмене (с сохранением постоянства тепла) воздух увеличивает влагосодержание d, но понижает температуру t.

Процесс конденсации влаги на влажном материале аналогичен, но противоположен по направлению. В этом заключается основное содержание термодинамики сушильного процесса.

Иллюстрацией физической сущности процесса испарения влаги может служить широко применяемый во многих областях техники прибор — психрометр, состоящий из двух термометров. При испарении воды с одного из его баллонов, покрытого мокрой марлей, он охлаждается и тем интенсивнее, чем суше испаряющий воду воздух и больше его скорость. Следовательно, степень его охлаждения, т. е. разность температур между сухим и мокрым термометром, называемая психрометрической разностью At, является показателем сушильной способности воздуха — потенциал сушки. Если Д/=0, вода не испаряется с баллона мокрого термометра, следовательно, пар в воздухе насыщенный, т. е. ср = 1.

С помощью психрометра легко установить на /d-диаграмме все параметры воздуха, замеренного этим прибором. Температура мокрого термометра находится на окончании изотермы /м при совмещении с линией ф=1 в точке М. Поднимаясь от этой точки по линии энтальпии (вверх и налево) до пересечения с изотермой сухого термометра t, фиксируют в точке Т искомое состояние рабочего воздуха и отсчитывают все его параметры, в том числе значение <р (без психрометрической таблицы).

Пример. По сухому термометру психрометра отсчитано /=61 °С, а по мокрому /ы =51 °С. Требуется определить параметры замеренного психрометром воздуха. На  4, перемещаясь по изотерме /м = 51 °С вправо до линии <р= 1, и затем от промежуточной точки М по линии параллельной линии энтальпии (вверх и налево) до изотермы 61 °С, отсчитывают в найденной точке Т параметры замеренного воздуха (d=90 г/кг, <р=0,6 и др.).

При температуре ниже 40 °С мокрый термометр должен обдуваться измеряемым воздухом со скоростью не менее 2 м/с, иначе он покажет ошибочную, завышенную, температуру по сравнению с истинной температурой. В этих условиях применяют аспирационный психрометр (с вентиляторчиком).

Смешивание воздуха различных состояний. Основные параметры воздуха связаны между собой пропорциональными зависимостями, поэтому при смешении воздуха разных состояний смесь определяется линейно по значениям исходных ее параметров и количеств.

Нанесем на /d-диаграмму точки Л и Б состояния воздуха до смешения. Количество воздуха в точке А примем 1 .кг, а в точке В — п, кг, причем п> 1 кг. Следовательно, количество смеси будет 1 +п кг. Точка смеси будет находиться на прямой АВ, поскольку зависимость I=f(d) линейная формула — первой степени. Положение точки С смеси будет ближе к точке В, так как количество воздуха в точке В больше, чем в точке А.

Если количество воздуха в точках А я В принять одинаковым, по 1 кг, точка смеси С будет находиться посредине отрезка

В случае смешения воздуха нескольких состояний параметры конечной смеси находятся последовательным построением процессов смешения воздуха двух состояний с учетом возрастающего его количества.

В технических расчетах можно принимать, что при смешении холодного и горячего воздуха объем смеси равен сумме их объемов до смешения. В более точных расчетах учитываются теплоемкости компонентов смеси.

Увлажнение воздуха паром и водой. Для увлажнения воздуха в сушильных камерах в их рабочее пространство к воздуху добавляют из паропровода сухой насыщенный пар, желательно барометрического давления. При этом повышаются температура / и влагосодержание d воздуха. Направление такого процесса смешения от точки состояния воздуха на /d-диаграмме будет смещение смеси вправо, по линии параллельной изотерме пара, нанесенной на этой диаграмме, соответственно температуре пара

Возможно примешивание к воздуху влажного пара. Его действие будет аналогичным применению пара сухого насыщенного и одновременно распыливанию соответствующего количества воды той же температуры. Очень влажный пар мало пригоден для начальной и промежуточной влаготеплообработки материала, так как может происходить не повышение, а понижение температуры смеси. Тем более не достигает цели часто предлагаемое для пропаривания материала распыление только воды, даже горячей.

Эффект от испарения распыляемой из форсунок воды равнозначен испарению воды с влажных поверхностей материала (без учета перерасхода тепла). Следовательно, для достижения повышенного влагосодержания воздуха лучше принять меры, чтобы удержать и сохранить в камере влагу, выделяющуюся из_ высушиваемого материала.