除湿干燥中临界除湿状态分析报告.docVIP

除湿干燥中临界除湿状态的分析 张璧光 (北京林业大学材料科学与技术学院) 摘要：为提高除湿效率、减少除湿干燥纯耗，该文阐述了木材除湿(热泵)干燥系统中的空气流程和状态变化．从湿空气热力学分析的角度，提出一定制冷量和含湿量状况下，湿空气除湿效率为零的临界焓值的概念；指出除湿效率大于零的必要条件及提高除湿效率的途径；进而由临界焓值的概念在湿空气的焓一湿量图上绘出了不同露点温度下的临界干燥曲线，并划分出除湿区，为预测除湿效率与除湿量以及除湿机的优化控奠定了必要的理论基础． 热泵除湿干燥由于可以回收干燥室排气的部分潜热和显热，是公认的节能干燥技术¨，但如果使用不当会降低除湿效率，甚至出现只降温不除湿而浪费能量的现象关于如何提高除湿效率、减少除湿干燥能耗，已有一些学者作过理论分析和研究，但多数偏重于实验测试或定性分析，实际应用中不容易操作．本文从湿空气热力学分析的角度提出了除湿机临界干燥参数的概念，为提高除湿效率及除湿机的优化控制奠定必要的理论基础． 1 热泵除湿干燥系统的空气流程及状态变化 1．1热泵除湿干燥的空气流程 热泵除湿干燥系统包括除湿机和干燥室，其空气流程如图l所示．图l中A为空气流经材堆前的状态，流出材堆时由于吸收材堆的水分而变为湿度大的空气；B、C分别为空气流经蒸发器前后的状态；D为脱湿后空气经冷凝器加热后的干热空气，此热空气再流向材堆加热干燥木材．这就完成了空气在热泵除湿机与干燥室间的1次循环． 1．2热泵除湿干燥过程中空气的状态变化 除湿(热泵)干燥过程中，空气在焓一湿图中的状态变化情况(图2)．图2中卜2线代表空气流经材堆的等焓吸湿过程，2点为湿空气进入蒸发器前的状态；2—3—4线代表空气流经蒸发器的状态变化， 其中，2—3为空气降温到露点放出显热的过程，而3—4线表示湿空气排水脱湿过程中，3、4点的含湿量之差，即(d，一d。)代表每千克空气流过蒸发器排出的水分；4’为脱湿空气与旁通空气混合后的状态点，4’一1线表示空气流经冷凝器的加热过程．由图2看出，在热泵除湿机制冷量一定的情况下，如果2点离饱和线较远，2—3线较长，则3—4线缩短，湿空气排水量减少，当4点与3点重合时，除湿效率为零．这种情况常发生在木材除湿干燥的后期，湿空气的温度高、湿度低的时候． 2 湿空气除湿的临界焓值及提高除湿量的途径 2．1 除湿空气的临界焓值 湿空气通过蒸发器放出的热量由下式确定： Qv=Gp(h1一h4)／3600 (1) 式中，Qv---为湿空气通过蒸发器放出的热量，一般情况下它等于除湿机的制冷量Q。(kw)；G---为流过蒸发器的额定风量(m3／h)；ρ为湿空气的密度(kg／m3)，此值变化不大；h2、h4分别为蒸发器前后干空气的热焓值(kJ／kg)． 如果湿空气离开蒸发器时，湿空气刚好达到露点温度td(即f4=td)，而空气流过蒸发器的含湿量不变(d4=d2)，此时，蒸发器前空气的焓值h2用h。 表示为： Ho = h4 + △h 式中，△h---为蒸发器前后焓的值差． 由湿空气的性质可知，当制冷量和含湿量d不变时，凡焓值大于h。的湿空气流经蒸发器后，不能变为饱和空气排除水分；只有焓值h2小于h。，湿空气才能经蒸发器析出水分．于是把除湿终态为露点温度所对应的初态焓值称为临界焓值，用h。，表示．因此使除湿效率大于零的必要条件是： h2 h。 (3) 2．2一定条件下不同空气参数的除湿量举例 例如，已知湿空气进蒸发器前的温度 t2=58℃，相对湿度庐：φ = 50％，含湿量d2 = 62.1 g/kg．如果此状态的湿空气离开蒸发器时正好达到饱和(φ4 =100％)，则除湿效率为零，相应的参数d4= d2=62．1 g／kg，h4 =205 kJ／kg，蒸发器前后的焓差为△h=15 kJ／kg．根据湿空气的知识查湿空气的图或表可知，在热泵除湿机制冷量和空气含湿量不变的情况下，要使除湿效率大于零，只有状态2的空气温度t258℃，空气湿度声：φ2 50％才行．表1列出了部分一定条件下、不同空气参数时的除湿量变化． 表1不同空气状态通过蒸发器的除湿量 2．3提高除湿效率的途径 1)降低蒸发器前空气的焓值．由表l数据可看出，湿空气温度越低，相同含湿量的相对湿度越大．相应的焓值越低，除湿量越大．当温度降到44℃，相对湿度接近100％时，此含湿量(d2 = 62．1 g/kg)下，空气的除湿量达最大值． 2)减少流过蒸发器的空气流量．从式(1)可看出，在制冷量、空气初始参数基本不变的情况下，可以通过适当减少空气流量、增大焓差来提高除湿量．例如t2 = 58℃、φ2=50％的湿空气流经蒸发器的除湿量为 0，如果将流经蒸发器的空气流量减少一半，根据式(1)可知，焓