3.6 Обработка воздуха сорбентами

Под термином "сорбенты" здесь понимаются любые пористые гигроскопичные вещества. способные поглощать влагу. одним из наиболее известных сорбентов с высоким поглощением влаги является силикагель. Он выпускается в виде небольших гранул и закладывается в небольших мешочках в упаковки различных приборов и аппаратов для стабилизации влажностного режима.

Не рассматривая здесь подробно физические основы процессов сорбции и десорбции, отметим лишь наиболее важную особенность твердых сорбентов: при изменении температуры сорбента равновесная относительная влажность воздуха почти не изменяется (рисунок 3.2).

Предположим, что некоторый сорбент был выдержан при 50% относительной влажности воздуха и температуре 20°С, после чего был помещен в закрытый контейнер с воздухом. Тогда в объеме контейнер примет относительную влажность тоже 50%. Если теперь поместить контейнер в среду с другой температурой, например 40°С, то относительная влажность воздуха в контейнере почти не изменится. Это происходит потому, что количество влаги, сосредоточенной в воздухе, пренебрежимо мало по сравнению с количеством влаги, сосредоточенной в сорбенте. Часть влаги Δdиз сорбента при повышенной температуре перейдет в воздух, однако влагосодержание сорбента почти не изменится, поэтому и не изменится относительная влажность окружающего его воздуха.

При достаточно большом количестве сорбента можно считать, что воздух, находящийся с ним в контакте, принимает относительную влажность, соответствующую равновесной влажности сорбента. Процессы нагрева и охлаждения воздуха в замкнутом объеме при этом идут практически по линии φ=const(вверх при нагреве и вниз при охлаждении). Сорбент выполняет роль стабилизатора влажности.

Данный процесс может использоваться в замкнутых помещениях с радиоэлектронным оборудованием для стабилизации их влажностного режима. Использование сорбента позволяет сгладить скачки колебаний влажности, вызванные изменением температурного режима, связанные с резким изменением потребляемой электрической мощности.

t,°C

φ=50%

40° Б

φ=100%

20° А

Δd d, г/кг

Рис. 3.2. Нагрев замкнутого объема воздуха с твердым сорбентом

Кроме твердых сорбентов для обработки воздуха могут применяться жидкие сорбенты – растворы солей. Равновесная влажность воздуха над раствором соли зависит от концентрации раствора и температуры.

Более детально вопросы обработки воздуха сорбентами разбираются в курсе "Кондиционирование воздуха". В вентиляции это метод не применяется из-за достаточной сложности и необходимости регенерации сорбентов.

3.7. Смешение двух количеств влажного воздуха.

Особым процессом является процесс смешивания двух количеств воздуха (или двух расходов), начальные состояние которых на I-dдиаграмме отображаются точкамиАиБ. В результате смешивания оба воздуха изменяют свое состояние и принимают конечное состояние смеси, отображаемое на диаграмме точкойС_АБ , которая лежит на прямом отрезке, соединяющем точки начальных состоянийАиБ(рисунок 3).

t^оСБ

t_Б

С_АБ

φ = 100%

t_С

Д

А I_Б

t_А

I_С

I_А

C_ДЕ

C

I_C = const

Е

d_АΔd d_С d_Б d, г/кг

Рис. 3.3. Процессы смешивания воздуха на I-d диаграмме

Положение точки Сна отрезкеА-Бможет быть определено по значению любого из трех параметров (температура, влагосодержание и энтальпия), которое определяется из уравнений сохранения:

G_С =G_A +G_Б

cG_С t_С =cG_A t_A +cG_Б t_Б

G_С d_С =G_A d_A +G_Б d_Б

G_С I_С =G_A I_A +G_Б I_Б

Как видно, принципиальный вид и смысл уравнений для любого параметра одинаков: количество вещества или теплоты в смеси равно сумме вкладов двух составляющих.

Выбор, какой именно параметр использовать для определения положения точки смеси, основывается на принципе достижения максимальной точности построения. если смешиваемые количества имеют примерно равные влагосодержания, то нет смысла определять параметр d_С, так как это даст большую погрешность, а следует определить параметрt_С, при котором точность построения будет максимальна. Таким образом, следует соблюдать простое правило:

а) для примерно вертикальных линий смешивания лучше определять параметр I_С;

б) для примерно горизонтальных линий смешивания лучше определять параметр d_С;

в) для линий смешивания, наклоненных примерно под углом 45°, лучше определять I_С.

В некоторых учебных пособиях предлагается метод построения, основанный на измерении длины отрезка А-Би делении его в отношении, пропорциональном расходам G_A и G_Б . При таком подходе длина отрезкаА-Б отражает общее количество смеси G_С, длина отрезка А-С отражает количество воздуха G_Б, а длина отрезка Б-С отражает количество воздуха G_А . Особо подчеркнем, что отрезки, прилегающие к исходным точкам, отражают количества не того воздуха, к точке которого они прилегают, а другого, отображаемого второй точкой. В целом мы считаем, что такой метод не имеет каких-либо преимуществ, требует для выполнения большего количества операций измерения линейкой, и точность построения будет ниже. Поэтому в качестве основного рекомендуется метод расчета одного из параметров.

В некоторых случаях точка смеси при построении может попасть ниже кривой φ = 100%. такого состояния воздуха не может быть, поэтому при смешивании часть влаги конденсируется в виде тумана. При этом из воздуха с влагой уходит часть скрытого тепла, однако почти такое же количество теплоты конденсации поступает в воздух в явном виде. Поэтому общее теплосодержание воздуха не меняется, и реальная точка смеси будет расположена на пересечении кривойφ = 100% и линии, проведенной поI = const из предварительной точки смесиC. Пример такого построения показан на рисунке 3.3: исходные состояния воздуха отображаются точкамиЕиД, а результат смешивания соответствует точкеC_ДЕ. Количество влагиΔdвыпадает в виде конденсата, то есть тумана.