با هم یاد بگیریم - عملیات مرطوب سازی

[M!Zare 48,037]

درود....در این تاپیک با کمک یکدیگر با عملیات مرطوب سازی آشنا خواهیم شد...مرجع فصل هفتم کتاب انتقال جرم تریبال است.

[M!Zare 48,037]

فرآیندهای مورد بررسی در مورد انتقال جرم و انرژی بین فازها است که در نتیجه تماس یک گاز با یک مایع خالص که گاز در ان نامحلول است، روی میدهد.

در نتیجه می توان گاز را مرطوب نمود یا رطوبت آن را گرفت. گاز یا مایعات را سرد کرد و یا بخار موجود در گازها را اندازه گرفت.

ماده ای که بین فازها جابجا می شود، ماده تشکیل دهنده فاز مایع است که تبخیر یا میعان می شود.

چون انتقال جرم با انتقال حرارت همراه است باید آنتالپی سیستم ها رو هم در نظر گرفت.

[M!Zare 48,037]

گفتیم ماده ای که بین فازها منتقل میشه، ماده تشکیل دهنده فاز مایع است. و عمل نفوذ رو به حالت بخار انجام میده.

پس در اولین قدم با مشخصات فشار بخار تعادلی مایع آشنا میشویم.

 

هر مایع، یک فشار بخار تعادلی داره که مقدارش به دمای مایع وابسته هست. اگر منحنی فشار بخار مایع رو بر حسب دما رسم کنیم منحنی زیر حاصل می شود که برای مواد مخنلف، متفاوت است.

[M!Zare 48,037]

با توجه به فشار و دما و می توان فاز ماده را مشاهده نمود....اگر نقطه بر روی منحنی باشد، مخلوطی از مایع و بخار است.

مایع و بخاری که بوسیله نقاط واقع بر منحنی فشار مشخص می شوند مایع و بخار اشباع هستند. بخار و یا گازی که بالاتر از دمای اشباع باشه، بخار داغ نامیده می شود.

نقطه O نقطه سه گانه است و هر سه فاز از هم جدا شده اند.

 

در نقطه C که نقطه بحرانی نامیده می شود و مشخصات آن فشار و دمای بحرانی است، وجه تمایز فاز بخار و مایع از بین می رود و مشخصات مایع مانند ویسکوزیته، جرم حجمی، ضریب شکست و..با بخار یکسان می شود. ماده ای که دمای آن بالاتر از دمای بحرانی است، گاز نامیده می شود. و دیگر با افزایش فشار، مایع نداریم.

بر روی منحنی دمای مربوط به هر فشار ، دمای جوش آن فشار است و برای فشار یک اتمسفر به نقطه جوش طبیعی معروف است.

اگر با فشار ثابت و یا دمای ثابت بین دو فاز حرکت کنیم، تغییر فاز خواهیم داشت.

[M!Zare 48,037]

منحنی فشار بخار - دما برای مایعات معمولی مثل آب و سیالات مبرد و غیره با دقت کافی موجود هست. ولی برای اغلب مایعات ، نتایج محدودی در دسترس است که باید از درون یابی و برون یابی برای رسیدن به جواب مورد نظر استفاده کینم. منحنی اصلی که تصویر آن را در پست های قبلی دیدیم به دلیل داشتن خمیدگی بسیار برای برون یابی و درون یابی مناسب نیست. و باید منحنی را خطی نمود. یکی از شیوه های خطی سازی استفاده از معادله کلوزیوس- کلاپیرون است که شیب منحنی فشار بخار را به گرمای نهان تبخیر وابسته می کند.

که در مخرج کسر، حجم ویژه مولی بخار اشباع و مایع اشباع و در صورت گرمای تبخیر مولی رو داریم. برای ساده تر شدن از حجم ویژه مولی مایع در برابر بخار می توان صرف نظر کرد و قانون گازهای کامل را صادق فرض نماییم..و پس از انتگرال گیری از دو طرف تساوی می توان lnp را بر حسب معکوس دما در محدوده کوچکی از دما رسم نمود.

 

[M!Zare 48,037]

توصیه میکنم مثال ها رو اول خودتون حل کنید و بعد با جواب چک کنید.

مثال اول:

 

در یک جدول، فشار بخار بنزن در 26.1C برابر با 100 میلیمتر جیوه و در 60.6C برابر با 400 میلیمتر جیوه داده شده است. تعیین کنید در چه دمایی فشار بخار بنزن برابر با 200 میلیمتر جیوه است؟

 

پاسخ: در 26.1C، معکوس دما بر حسب کلوین =299.1/1 و در 60.6C معکوس دما بر حسب کلوین=333.6/1 است.

و در نهایت دما 315.4 کلوین و یا 42.4 سلسیوس بدست می آید.

[M!Zare 48,037]

آنتالپی

 

انرژی داخلی ، کل انرژی موجود در ماده است که از جنبش و استقرار نسبی اتم ها و مولکول های سازنده ماده حاصل میشه. مقدار مطلق انرژی داخلی ماده نامشخص است اما مقدار نسبی آن را با مشخص کردن یک مرجع می توان اندازه گرفت.

مجموع انرژی داخلی و حاصلضرب فشار در حجم یک ماده را با آنتالپی مشخص میکنند که باز به صورت مطلق قابل اندازه گیری نیست و با در نظر گرفتن یک مرجع و شرایط استاندارد می توان مقدار نسبی آن رو تعیین نمود.

[M!Zare 48,037]

در تصویر زیر یک نمودار آنتالپی بر حسب دما نمایش داده شده است.

سمت چپ منحنی مایع، سمت راست بخار و در وسط ترکیبی از هر دو وجود دارد...خطوط فشار ثابت و مایع و بخار اشباع نیز نمایش داده شده است.

فاصله افقی بین منحنی های مایع و بخار اشباع، گرمای نهان تبخیر است که با افزایش دما، کاهش می یابد. و در نقطه بحرانی به صفر می رسد.

شیب منحنی مماس بر خطوط فشار ثابت را ، ظرفیت حرارتی در نظر میگیریم. ظرفیت حرارتی با دما تغییر پیدا می کند ولی برای محاسبه آنتالپی یک ظرفیت حرارتی متوسط که همان شیب خط مماس است در نظر میگیریم.

 

آنتالپی مایع بجز در فشارهای بالا مستقل از فشار است. آنتالپی بخار نیز در فشارهای پایین تابعی از دماست.

[M!Zare 48,037]

رطوبت مطلق

 

در فرآیندهایی که جز بخار تغییر می کند ولی جز گازی بدون تغییر است رطوبت مطلق بسیار با اهمیت است. نسبت جرم بخار به جرم گاز رو رطوبت مطلق می گویند. اگر کمیات بر حسب مول باشند ، نسبت مذکور رو رطوبت مطلق مولی می نامند. در تحت شرایطی که قانون گاز کامل صادق باشد:

 

بین تعداد مول ها و حجم در قانون گاز کامل رابطه مستقیم وجود دارد، رطوبت مطلق مولی ، اکثر اوقات کاربرد بیشتری دارد. رطوبت مطلق جرمی رو نخستین بار گراونر مطرح کرد از این رو گاهی اوقات رطوبت گراونر نیز نامیده می شود.

[M!Zare 48,037]

مثال دوم:

 

در مخلوطی از بخار بنزن (A) و گاز نیتروژن (B) در فشار کل 800 میلیمتر جیوه و دمای 60 درجه سلسیوس ، فشار جزئی بنزن برابر با 100 میلیمتر جیوه است. غلظت بنزن را بر حسب آحاد دیگر بیان کنید.

 

پاسخ:

ابتدا فشار جزئی نیتروژن رو محاسبه میکنیم:

سپس جز مولی هر دو جز:

 

رطوبت مطلق:

[M!Zare 48,037]

مخلوط های گاز و بخار اشباع

 

اگر گاز خشک b و مایعی که گاز ما در آن نامحلول است a ،در تماس با یکدیگر قرار بگیرند، مایع در داخل گاز تبخیر می شود و این عمل آنقدر ادامه پیدا می کند تا فشار جزئی مایع در مخلوط گاز و بخار به فشار اشباع یعنی فشار a در دمای مخلوط برسه. تا زمانیکه بتوان گاز را غیر محلول در مایع به حساب آورد، فشار جزئی بخار در مخلوط اشباع مستقل از جنس گاز و فشار کل مخلوط خواهد بود. (بجز در فشار های بسیار بالا) و فقط به دمای مایع و و نوع آن بستگی دارد. ولی رطوبت مطلق مولی علاوه بر جنس مایع و دمای آن به فشار کل و رطوبت مطلق اشباع علاوه بر پارامترهای فوق به جنس گاز هم وابسته هست.

هر دو کمیت رطوبت اشباع در نقطه جوش مایع در تحت فشار کل مخلوط برابر با بی نهایت خواهد شد.

[M!Zare 48,037]

مثال سوم:

 

مخلوطی از گاز (B ) و بنزن (A) در دمای 50 درجه سلسیوس و فشار یک اتمسفر استاندارد بصورت اشباع می باشد. رطوبت مطلق را در صورتیکه الف) گاز B نیتروژن باشد و ب) گاز B دی اکسید کربن باشد، بدست آورید.

راهنمایی: فشار بخار تعادلی بنزن در 50 درجه سلسیوس 275 میلیمتر جیوه یا 0.362 اتمسفر است.

 

پاسخ:

 

برای نیتروژن:

 

 

برای دی اکسید کربن:

[mim-shimi 25,686]

مرسی مریم جون

مبحث شیرینیه که ما تو درس عملیات واحد2 داشتیم

 

سوال اول رو من از یه راه دیگه حل کردم:

 

[M!Zare 48,037]

مخلوط های اشباع نشده گاز و بخار

 

مخلوط اشباع نشده: فشار جزئی بخار در یک مخلوط گاز و بخار کمتر از فشار بخار تعادلی مایع در دمای مخلوط باشه

 

دمای حباب خشک: دمای مخلوط بخار و گاز است که با دماسنج اندازه گیری می شود.

 

رطوبت نسبی یا اشباع نسبی: نسبت جرم بخار آب موجود در هوا به جرم بخار آب اشباع موجود در همان هوا

[M!Zare 48,037]

درصد رطوبت مطلق یا درصد اشباع: درصد نسبت رطوبت مطلق به رطوبت مطلق مولی

 

نقطه شبنم: اگر دمای هوای مرطوب غیر اشباع را در فشار ثابت کاهش دهیم تا در یک دما رطوبت موجود در هوا شروع به میعان کرده و قطرات آب تشکیل شود به نقطه شبنم رسیده ایم.

[M!Zare 48,037]

گرمای مرطوب: میزان حرارتی است که برای افزایش دمای واحد جرم گاز و بخار همراه آن به میزان یک درجه در فشار ثابت مورد نیاز است.

 

حجم مرطوب: حجم واحد جرم گاز خشک و بخار همراه آن در دما و فشار کل مخلوط است.

 

منحنی های رطوبت سنجی را برای مخلوط هر نوع گاز و بخار می توان رسم کرد...اما سیستم آب و هوا بدلیل کاربرد بیشتری که دارد، بیشتر مورد توجه است و نمودارهای کامل تری از آن در دسترس است.

[M!Zare 48,037]

سیستم آب و هوا

 

نمودار رطوبت سنجی برای آب و هوا در فشار یک اتمسفر بر حسب آحاد انگلیسی و SI رسم شده است. تمامی منحنی ها بر اساس معادلات وابسته به دما رسم شده اند. حالت مرجع صفر درجه سلسیوس است. که هوا در آن بصورت گاز و آب نیز مایع اشباع است.

[M!Zare 48,037]

برای محاسبات آنلاین سایکرومتریک می توانید از این

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

استفاده نمایید.

 

مثال چهارم:

 

مخلوطی از هوا (B) و بخار آب (A) دارای دمای حباب خشک 55 درجه سلسیوس و رطوبت مطلق 0.03 کیلوگرم آب بر کیلوگرم هوای خشک در فشار یک اتمسفر استاندارد است. مشخصات آن را بدست آورید.

 

پاسخ:

 

ابتدا بر روی نمودار رطوبت سنجی تلاقی دو نقطه مذکور را بدست آورد و برای محاسبه سایر پارامترها ، موازی خطوط هر پارامتر حرکت کرده و آن رو بدست میاریم... (هر بخشی که به مشکل برخوردید بفرمایید تا بیشتر توضیح بدم)

[M!Zare 48,037]

تحول اشباع آدیاباتیک:

 

تحولی رو در نظر میگیریم که گاز ورودی با مایعی که به درون گاز پاشیده می شود ، تماس حاصل می کند. در نتیجه عمل نفوذ و انتقال حرارت بین گاز و مایع ، شرایط گاز خروجی از لحاظ رطوبت و دما با گاز ورودی متفاوت است.

تحول آدیاباتیک است و انتقال حرارتی با محیط ندارد.

موازنه جرم:

موازنه آنتالپی:

 

 

که نهایتا به این رابطه که نشان دهنده منحنی اشباع آدیاباتیک است ، می رسیم. که در آن مخلوط گاز و بخار خروجی بصورت اشباع است.

 

[M!Zare 48,037]

دمای حباب مرطوب

 

نشان دهنده توان تبخیری رطوبت از هوا می باشد. این دما معمولا توسط دماسنج جیوه­ای که با دستمال مرطوب پوشانده شده باشد اندازه گیری می شود. این دما در نمودار به صورت منحنی در سمت چپ نمایان است و به آن Wet-bulb temperature می گویند.