5.2.Сушка пищевых продуктов

5.2.1.Свойства влажного воздуха

Влажным воздухом называют смесь сухого воздуха с водяным паром, каплями влаги и кристаллами льда. Он может быть ненасыщенным и пересыщенным в зависимости от того, в кокой области относительно границы насыщения находится его параметры.

Влагосодержание воздуха характеризуется массой влаги в 1 кг сухого воздуха и выражается через х(кг/кг) или d(г/кг). Соотношение между х и d следующее:

х = d

Используя уравнение состояния для 1 кг сухого воздуха, запи­шем

Напишем подобное уравнение и для 0,001 кг водяного пара, находящегося в том же объеме

Подставив значения газовых постоянных для пара и сухого воздуха

и ,

получим связь влагосодержания и парциальных давлений в виде

;

В состоянии насыщения, характеризуемом предельно возможным содержанием паров в воздухе, справедливо равенство = , где - парциальное давление пара, соответствующее состоянию насыщения. Отношение / = называется относительной влажностью. Парциальное давление паров в состоянии насыще­ния увеличивается с ростом температуры.

Для определения парциального давления паров в газе служит

психрометр. Он состоит из двух одинаковых термометров. Один из них (сухой) измеряет температуру воздуха tc, а второй (мокрый, так как обернут постоянно увлажняемой тканью) – температуру испаряющейся влаги tм , связанную с влагосодержанием газа. По психрометрической таблице, прилагаемой к при бору, определяют относительную влажность при заданном (атмосферном) давлении и двух измеренных температурах (tc и tм). Известны и другие прин­ципы действия психрометров.

В системе воздух - вода вещества ,могут находиться в двух фа­зах (газообразной и жидкой), число компонентов в ней также рав­но двум (воздух и вода), следовательно, число ее степеней свободы (по правилу фаз Гиббса) равно 2. Это значит, что независимо в ней могут изменяться только два параметра. Ими обычно являют­ся температура t и относительная влажность воздуха. Все осталь­ные параметры системы зависимы: удельная теплоемкость с, удельная энтальпия i, влагосодержание d, ,парциальное давление пара и др. Для определения удельной теплоемкости влажного воздуха [кДж/ (кг . К)] используется зависимость

где - удельная теплоемкость сухого воздуха, кДж/(кг*К); 1,00 кДж/(кг*К); - удельная теплоемкость водяного пара, кДж/(кг*К); 1,93 кДж/(кг*К).

Таким образом, удельная теплоемкость влажного воздуха [кДж/(кг*К)]

.

Удельная энтальпия (кДж/кг):

сухого воздуха

;

паров воды

;

влажного воздуха

;

воды в жидкой фазе

.

Взаимосвязь параметров влажного воздуха удобно изобразить на i - d-диаграмме (рис.1), впервые построенной Л. К. Рамзиным.

Диаграмма построена в косоугольной системе координат. Угол между осями энтальпии i (температуры t) и влагосодержания d (или х) составляет 135 . Это сделано для компактности диаграммы. Влагосодержание d отложено на вспомогательной (горизонталь­ной) оси, а основная ось влагосодержания не показывается. При таком изображении линии d = const изображаются вертикалями, а линии i = cоnst - наклонными прямыми. На диаграмму обычно нанесены также изотермы влажного воздуха (t = const), линии по­стоянной относительной влажности ( = const), изотермы мокро­го термометра (tм = const). Изотермы tм на рисунке 1 не показа­ны, линии парциального давления водяного пара .

На i - d- диаграмме можно изображать процессы нагрева и охлаждения воздуха, смешивания двух порций влажного воздуха различных параметров, выпадения росы из воздуха.

Нагрев воздуха соответствует движению на диаграмме по линии d = const,

т. е. вертикально вверх до достижения соответствующей температуры. Охлаждение этого воздуха соответствует движению вертикально вниз до пересечения с линией = 1. При дальнейшем. охлаждении из воздуха выпадает роса, а его состояние изменяется вдоль линии = 1 до достижения соответствующей температуры.

При смешивании двух порций воздуха разных параметров точ­ка, изображающая полученное состояние, лежит на прямой, со­единяющей точки, изображающие исходные состояния смешиваемых компонентов. В этом процессе возможна ситуация, когда смешиваемый состав соответствует пересыщенному воздуху. В этом случае температура пересыщенного воздуха окажется расчет­ной, а излишняя влага выпадет в виде росы в жидкой или твердой фазе в зависимости от температуры.

Рис.1. i-d-состояние влажного воздуха

Процесс сушки воздуха в соответствии с этой диаграммой дол­жен включать охлаждение его до выпадения росы, ее выпадение и последующий подогрев до исходной температуры при новых абсо­лютном и относительном содержании воды в нем.