12.4. Смешение пара с воздухом

При сушке пиломатериалов твердых пород или толстых сортиментов любых пород воздух часто увлажняют добавлением к нему пара (пропаркой). Процесс смешения пара с воздухом имеет важное технологическое значение. Для увлажнения воздуха в рабочее пространство сушильной камеры пускают пар обычно такой же характеристики, как и пар, поступающий в калориферы. При этом давление пара, выходящего из отверстий увлажнительной трубы, равно 0,1 МПа.

где сп и св — соответственно массовая теплоемкость пара и воздуха; п — количество пара на 1 кг воздуха (обычно п< 1), кг; tp и tв — соответственно температура пара и воздуха.

Процесс, смешения пара, поступающего в камеру из паропровода, с воздухом, отобразится на Id-диаграмме следующим образом. Наносят точку А состояния воздуха (рис. 13,а), а также изотерму СЕ пара — по его температуре при вступлении в сушильную камеру. Затем из точки А проводят вправо линию АМ, параллельную изотерме пара. На этой линии будет находиться точки смеси В, поскольку влагосодержание d пара равно оо, где пересекается с изотермой пара СЕ параллельная ей линия АМ.

При количестве примешанного пара, равном п (кг/кг) или 1000 п (г/кг), откладывая соответствующий отрезок на оси абсцисс вправо от точки получим влагосодержание смеси dв. Линия dв = const на пересечении с линией АМ определит точку В смеси. Компоненты смеси — воздух в точке В и пар, определяемый на линии АМ или на линии СЕ, когда d=∞.

В случае добавки пара к холодному воздуху Р, например в начале прогрева загруженного в камеру холодного материала, процесс смешения отобразится линией РТ, также параллельной изотерме пара СЕ. Как видно из рис. 13, а, смесь Т может оказаться в зоне тумана. По мере нагревания смеси точка Р переместится в точку Р' а затем в точку А. Линии СЕ, Р'Т' и РТ параллельны.

Обычно температура примешиваемого пара tп больше температуры сушильного агента tА, при этом tB>tA И одновременно IВ>IА. Если температура пара меньше температуры воздуха, что может быть когда tA>100°С, В результате добавки сухого насыщенного пара с температурой tп=100°С температура воздуха до поступления к материалу будет снижаться. Такой процесс охлаждения при добавке пара не обычен, но реален. Воздух охлаждается еще больше, если примешиваемый пар влажный. В этом случае температура воздуха может снижаться даже тогда, когда tп>tA. Предпочтительным для увлажнения воздуха в сушильных камерах будет сухой насыщенный пар низкого давления.

Процесс добавки к воздуху А пара влажного с температурой показан на рис. 13,6. Для нахождения состояния смеси проводят линию АМ, параллельную изотерме пара, и от точки А состояния воздуха вправо откладывают луч АК, на котором находят параметры смеси. Направление этого луча определится из заданной величины сухости пара X (на рис. 13,6 для луча АК величина Х=0,9). Весь диапазон возможных сухостей пара от Х=1,0 (сухой насыщенный пар давлением 105 Па до X=0,0 (вода с температурой 0° С) определяется углом НАМ, эквивалентным содержанию тепла пара 2675 кДж/кг (639 ккал/кг). При этом луч АН, соответствующий нулевой температуре воды, испаряемой воздухом А (например, распыляемой в него), направлен по линии I = const. Луч АЕ соответствует температуре испаряемой воды ≈100°С с энтальпией 419 кДж/кг (100 ккал/кг). Остальные лучи находятся внутри угла ЕАМ, соответственно энтальпии добавляемого в воздух А влажного пара. Их направление определяется методом, показанным на рис. 9, 6. Подробнее эта задача была рассмотрена ранее [12].

Применение влажного пара эквивалентно использованию пара сухого насыщенного и одновременному распыливанию воды той же температуры. Поэтому очень влажный пар малопригоден для начальной, возможно, и промежуточной, влаготеплообработки высушиваемых пиломатериалов. Тем более не достигает цели часто предлагаемое для пропарки материала распиливание воды в сушильный агент.

Процесс испарения распыляемой воды (или испаряемой из противней с водой, с развешанных мокрых полотен и т. д.) при ее температуре равной tм показан на рис. 13,6 отрезком АЕ, по линии предела охлаждения, т.е. линии мокрого термометра (линия СМ на рис. 9,6). Воздух будет сильно охлаждаться с небольшим возрастанием d.

Из рассмотренного следует, что испарение воды, распыливаемой из форсунок, со смачиваемых поверхностей и т.д. эквивалентно термодинамическому эффекту от испарения воды с влажных поверхностей материала. Следовательно, в целях достижения повышенной насыщенности и влагосодержания сушильного агента лучше принять меры, чтобы удерживать и сохранить в сушильной камере влагу, выделяющуюся из высушиваемого материала.

Однако применение влажного пара и даже впрыскивание горячей воды в сушильный агент может оказаться полезным в конце процесса сушки материала для конечной его влаготеплообработки (см. ниже). Отрезок АН на рис. 13,6 показывает испарение воды с температурой равной нулю, а отрезок АN испарение распыленного льда (снега), а также влаги с обледеневшей древесины [13].