Nhiệt động lực học - Chương 9

Tài liệu tham khảo dành cho giáo viên, học sinh chuyên môn hóa học - NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC.Trong nhiệt động lực học kĩ thuật, ta mặc định công nhận chất trong hệ hay thể tích điều khiển của chúng ta

Chương IX

Tuy lượng hơi nước chứa trong không khí rất nhỏ nhưng là nhân tố quyết định đến năng lượng (nhiệt lượng) trao đổi của không khí ẩm

Hiện tượng nước ngưng tụ ngoài thành ly nước đá, sương đọng trên lá cây vào buổi sáng sớm, …

không khí, có hiện tượng hơi nước tách ra khỏi không khí Điều này chứng tỏ không khí có khả năng trao đổi ẩm

: carbondioxide, argon, … và hơi nước Trong các quá trình nhiệt động được khảo sát, thông thường chỉ có thành phần hơi nước là bị biến đổi, vì vậy người ta xem không khí ẩm chỉ gồm hai nhóm đối tượng: hơi nước

° ¿

° ¾

° ¯

° ®

Hơi nước trong không khí ẩm có phân áp suất rất nhỏ, khoảng

Ở trạng thái thông thường, hơi nước trong không khí ẩm là trạng thái hơi quá nhiệt Do phân áp suất của hơi nước nhỏ, nên

Phân tử lượng:

.ii

ph

pk

Việc phân loại không khí ẩm có hai quan điểm: ­ ° ® ° ¯

° ¯

Hơi nước trong không khí ẩm chưa bão hòa ở trạng thái hơi quá nhiệt

Hơi nước trong không khí ẩm bão hòa ở trạng thái hơi bão hòa khô

Nếu cố tình thêm hơi nước vào (ở điều kiện đẳng nhiệt) thì sẽ có một lượng nước tương ứng khác tách ra (ngưng tụ)

Không khí ẩm chỉ có khả năng chứa nước ở trạng thái hơi, nếu có lỏng thì phần lỏng này sẽ tách ra và rơi xuống phía dưới (do khối lượng riêng lớn hơn) Do trạng thái quá bão hòa không ổn định, phần nước lỏng bị tách ra, không khí ẩm quay trở lại trạng thái bão hòa ở cùng điều kiện nhiệt độ (trong trường hợp hòa trộn không khí thì nó sẽ xảy ra theo cơ chế khác sẽ được đề cập sau)

Đồ thị trạng thái của hơi nước trong không khí ẩm K

Trạng thái của hơi nước trong kkẩm chưa bão hòa

Trạng thái của hơi nước trong

Trạng thái của hơi nước trong kkẩm bão hòa

Trạng thái của hơi nước trong kkẩm bão hòa

Trạng thái của hơi nước trong kkẩm chưa bão hòa

Phmax

Ph

Khối không khí ẩm được hạ dần nhiệt độ Trạng thái hơi nước sẽ dịch chuyển về điểm C trên đường đẳng áp

AC Khi đạt đến điểm C, hơi nước ở trạng thái hơi bão hòa khô và không khí ẩm tương ứng đạt đến trạng thái bão hòa

không khí ẩm và khối lượng hơi còn lại trong không khí ẩm giảm dần, phân áp suất hơi tương ứng giảm theo Nguy

Nhiệt độ điểm C là giới hạn để bắt đầu hiện tượng tách ẩm (hơi

nước ngưng tụ lại thành những giọt sương) nên gọi là nhiệt độ đọng sương t

o Đồ thị T-s thể hiện sự thay đổi trạng thái của hơi nước trong quá

khí ẩm tương ứng đạt đến trạng thái bão hòa Phân áp suất hơi tương ứng là p

§ 9.4.

tuy nhiên thành phần không khí khô thì giữ không thay đổi (trừ khi cố tình thay đổi hay trong quá trình hóa lỏng khí)

Là khối lượng hơi nước có trong không khí ẩm ứng với 1kg không khí khô

° ¯

° ®

° ¯

° ®

ph

là tỷ số giữa lượng hơi nước hiện có trong không khí ẩm đang khảo sát so với lượng hơi nước cực đại chứa trong không khí này khi làm cho nó bão hòa ở điều kiện nhiệt độ không đổi (quá trình AB)

khí ẩm Aùp suất bão hòa p

không khí ẩm hoặc có thể sử dụng công thức gần đúng sau:

thành phần không khí khô thì giữ không đổi, vì lý do này nên khối lượng của thành phần không khí khô được sử

đổi enthalpy của không khí ẩm, chia hai vế phương trình 9-12 cho thành phần khối lượng không khí khô

ik

ih

Giá trị cụ thể của enthalpy tại một trạng thái nào đó thường không có ý nghĩa đặc biệt Vì vậy có thể tùy ý chọn một gốc giá trị Thông thường người ta chọn gốc ở áp suất

o C

Đối với thành phần hơi nước thì gốc là trạng thái lỏng Nhiệt dung đẳng áp lấy giá trị trung bình trong khoảng -10

o C

° ¯

° ®

tk

Trong cùng một bài toán chỉ nên sử dụng một công thức để tính enthalpy tại các trạng thái

§ 9.5.

và khoa học về môi trường, thông qua xác định nhiệt độ đọng sương của không khí ẩm có thể xác định được hai thông số trên Tuy nhiên thực tế thì điều này khó thực hiện với dụng cụ đo đơn giãn, trên thực tế người ta thường sử dụng quá trình bay hơi đoạn nhiệt để xác định

biết được dẫn qua thiết bị chứa nước như trên Đặc điểm của không khí ẩm chưa bào hòa là sẽ tiếp nhận thêm hơi nước cho đến khi đạt trạng thái bão hòa thì dừng lại, nếu cường độ bay hơi nước đủ lớn thì không khí ẩm ra ở trạng thái

mh

¸¸ ¹

¨¨ ©

2

cpk

Như vậy nếu không khí ẩm tiếp xúc vơ

quá trình bay hơi đoạn nhiệt đến trạng thái bão hòa Nguy

§ 9.6.

với đồ thị p-v ở trên chỉ biểu diễn cho riêng thành phần hơi nước trong không khí ẩm)

Có hai loại: đồ thị t-d và đồ thị I-d Đồ thị t-d thường được sử dụng để biểu diễn trạng thái của không

Hình trên thể hiện đồ thị t-d của không khí ẩm

dA

MA

IA

t

ts

tk

độ nằm ngang) cắt trục độ chứa hơi d (thẳng đứng) sẽ xác định được độ chứa hơi d

độ chứa hơi là giá trị tương đương của phân áp suất hơi, nên phát biểu trên được nhắc lại như sau:

ts

Tất cả các trạng thái không khí ẩm trên đường nằm ngang có cùng nhiệt độ đọng sương, nên đường

tđs

Nhiệt độ đọng sương được xác định từ trạng thái không khí bão hòa

tö

tö

IA

tö

t

§ 9.7.

Quá trình diễn ra với không khí nhận nhiệt lượng nên nhiệt độ gia tăng,

ph

tB

IB

IA

hơn nên không khí ẩm nhả nhiệt lượng ra, thể hiện là nhiệt độ sẽ giảm và ngược hướng với quá trình gia nhiệt ở trên

Is

tB

tA

IA

IB

ts

Khi xảy ra quá trình tách ẩm thì kh

tA

IA

IB

ts

cpk

không khí ẩm tiếp xúc được với dàn lạnh sẽ biến đổi thành trạng thái bão hòa

hơn không khí ẩm đi qua mà không bị biến đổi trạng trái Kết quả của quá trình làm lạnh là sự hòa trộn của hai loại không khí ẩm trên

trạng thái của không khí ẩm vào và ra khỏi thiết bị Nguy

tA

IA

IB

ts

tB

tA

IA

IB

ts

tB

ù tB’

Trạng thái B nằm trên đường AB’ Đường AB’ phải cắt đường

Bảo toàn năng lượng

I1

d2

d3

d1

I3

t1

I2

t3

không khí trước hòa trộn n mà không cho giá trị cụ thể, trường hợp này đặt thêm biến phụ a



I1

d2

d3

d1

I3

I2

t3

§ 9.9.

vận chuyển ẩm từ vật liệu cần sấy khô như nông sản, gỗ, giấy, … và nhiều quá trình công nghệ khác ra môi trường

vật liệu sấy thay đổi theo thời gian, vì vậy việc mô tả quá trình sấy bằng những phương trình đơn giãn là không nên và không đúng

đốt cháy trực tiếp nhiên liệu: khí đốt, phế phẩm nông nghiệp, … và quá trình tính toán phức tạp

này sử dụng quá trình gia nhiệt gián tiếp: không khí qua buồng sấy chỉ nhận nhiệt lượng

nước thì không khí ẩm phải gia nhiệt cho các dụng cụ chứa sản phẩm, băng chuyền, … và ngay cả bản thân va

Trong trường hợp này không khí nhận được ít hơi nước từ vật sấy

Tính toán cho quá trình sấy lý thuyết Các dữ liệu ban đầu và yêu cầu

Gđ

Gs

Ng

Ng

... class="page_container" data-page= "9" >

§ 9. 6.

với đồ thị p-v biểu diễn cho riêng thành phần nước khơng khí ẩm)

Có hai loại: đồ thị t-d đồ thị I-d Đồ thị t-d thường sử dụng... class="text_page_counter">Trang 12

§ 9. 7.

Q trình diễn với khơng khí nhận nhiệt lượng nên nhiệt độ gia tăng,

ph

tB... 18

Ng