Transcript فصل اول عمليات 2

2
‫‪‬‬
‫بسياري از عمليات مهندس ي شيمي با مسئله تغيير غلظت در‬
‫محلول ها و مخلوط ها سروكار دارند ‪.‬‬
‫‪‬‬
‫اين تغييرات الزاما توسط واكنش هاي شيميايي صورت نمي‬
‫گيرد ‪.‬‬
‫‪‬‬
‫اين عمليات بيشتر به جداسازي مخلوط ها به سازنده هاي آنها‬
‫مربوط مي گردد ‪.‬‬
‫‪ ‬غالبا“ قسمت اعظم هزينه هاي يك فرايند صرف‬
‫عمليات جداسازي مي گردد ‪.‬‬
‫‪ ‬عمليات انتقال جرم بوسيله انتقال يك ماده به‬
‫داخل ديگر در مقياس مولكولي مشخص ميشوند ‪.‬‬
‫‪ ‬در عمليات انتقال جرم هيچ يك از دو فاز در حال‬
‫تعادل حاوي تنها يك جز نخواهد بود ‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫وقتي دو فاز بايكديگر تماس پيدا مي كنند ‪ ،‬بالفاصله به‬
‫تعادل نمي رسند ‪ .‬سيستم به مرور زمان در اثر نفوذ سازنده‬
‫ها از يك فاز به فاز ديگر به تعادل نزديك ميشوند ‪ .‬لذا‬
‫جداسازي هرگز كامل نخواهد بود ‪.‬‬
‫وجود سه فاز مختلف يعني گاز – مايع – جامد امكان مجاور‬
‫شدن دو فاز با يكديگر را در ‪ 6‬صورت فراهم ميسازد ‪:‬‬
‫‪ )1‬گاز – گاز ‪:‬‬
‫‪‬‬
‫به جز در موارد استثنايي تمام گازها در اين حالت با يكديگر‬
‫مخلوط ميشوند و لذا فرايند امكان پذير نيست ‪.‬‬
‫‪ ) 2‬گاز مايع ‪:‬‬
‫‪‬‬
‫تقطير ‪:‬‬
‫اگر كليه سازنده هاي يك سيستم در حال تعادل بين دو فاز توزيع‬
‫شوند عمل را تقطير گويند ‪ .‬در تقطير فاز گاز در اثر حرارت دادن‬
‫فاز مايع توليد ميشود ‪.‬‬
‫‪ ‬جذب گاز ‪Gas Absorption‬‬
‫اگر هر دو فاز محلول بوده و يك سازنده بين دو فاز توزيع گردد ‪.‬‬
‫چنانچه انتقال از گاز به مايع باشد جذب گاز و در صورت انتقال‬
‫از مايع به گاز دفع گاز ‪ Stripping‬گويند ‪.‬‬
‫رطوبت دادن‬
‫‪Humidification‬‬
‫اگر فاز مايع فقط از يك جزء تشكيل شده باشد ولي فاز گاز دو يا چند‬
‫سازنده اي باشد عمل را رطوبت دادن گويند ‪.‬‬
‫‪ ) 3‬گاز جامد ‪:‬‬
‫‪‬‬
‫تصعيد جزء به جزء ‪Fractional Sublimation‬‬
‫اگر يك مخلوط متشكل از چند سازنده بطور نسبي تبخير شود ‪،‬‬
‫بدون آنكه فاز مايعي پديد آيد ‪ ،‬بخارات حاصله و جامد باقي‬
‫مانده هريك حاوي كليه سازنده ها اما با غلظت هاي متفاوت‬
‫خواهد بود ‪.‬‬
‫‪‬‬
‫خشك كردن ‪Drying‬‬
‫اگر جامد از يك مايع فرار مرطوب شده باشد و در مجاورت گاز خشك قرار‬
‫بگيرد ‪ ،‬رطوبت موجود در آن خارج شده و بدرون گاز نفوذ مي نمايد ‪ .‬اين‬
‫عمل را خشك كردن و يا گاهي دفع ‪ Desorption‬گويند ‪.‬‬
‫‪‬‬
‫جذب سطحي ‪Adsorption‬‬
‫اگر نفوذ از فاز گاز به جامد صورت گيرد اين عمل را جذب سطحي گويند ‪.‬‬
‫‪ ) 4‬مايع –‬
‫مايع ‪:‬‬
‫استخراج مايع ‪Extraction‬‬
‫عمليات جداسازي كه در آنها دو فاز نامحلول‬
‫مايع بايكديگر تماس داده ميشوند تا يك جزء‬
‫بين آنها انتقال يابند‬
‫‪ ) 5‬مايع – جامد ‪:‬‬
‫تبلور جز به جز‪ Fractional Crystallization‬وقتي كليه‬
‫سازنده ها در دو فاز نامحلول در تماس بايكديگذ‬
‫قرار بگيرند عمل را تبلور جزبه جز نامند ‪.‬‬
‫استخراج با حالل ‪Leaching‬‬
‫جداسازي انتخابي يك سازنده از يك مخلوط جامد‬
‫توسط يك حالل مايع استخراج با حالل ناميده‬
‫ميشود ‪.‬‬
‫جذب سطحي ‪Adsorption‬‬
‫نفوذ از مايع به سطح جامد را جذب سطحي گويند ‪.‬‬
‫‪ ) 6‬جامد – جامد ‪:‬‬
‫بدليل سرعت پايين انجام نمي شود ‪.‬‬
‫جداسازي فازها با استفاده از غشا‬
‫نقش غشا ها جلوگيري از مخلوط شدن دو فاز محلول در‬
‫يكديگر است ‪.‬‬
‫گاز – گاز ‪ :‬عبور سازنده ها با شدت گوناگون بسته به جرم‬
‫مولكولي از غشا‬
‫گاز ـ مايع ‪ :‬عبور از غشائي كه توانايي حل كردن يك جز‬
‫محلول را دارد ‪.‬‬
‫مايع – مايع ‪ :‬جدا سازي از حالل مايع و غشائئ كه بتواند‬
‫فقط بلورهاي حل شده در حالل فوق را از خود عبور‬
‫دهد (دياليز) جداسازي حالل از محلول (اسمز)‬
‫عمليات مستقيم و غير مستقيم‬
‫در عمليات مستقيم در اثر افزايش يا كاهش حرارت دو‬
‫فاز از يك فاز اوليه بدست مي آيند ‪.‬مانند تقطير و‪....‬‬
‫در عمليات غير مستقيم يك جسم خارجي به سيستم‬
‫افزوده ميشود ‪ .‬مانند جذب گاز و‪...‬‬
‫در طراحي هر واحد مربوط به انتقال جرم چهار عامل اصلي مي‬
‫بايست تعيين گردد كه عبارتند از ‪:‬‬
‫‪ ‬تعداد مراحل ايده آل‬
‫‪‬‬
‫زمان الزم براي تماس فازها‬
‫‪ ‬شدت جريانهاي مجاز‬
‫‪ ‬انرژي مورد نياز‬
‫‪ ‬در عمليات مرحله اي زمان الزم‬
‫تماس دو فاز به بازده مرحله اي‬
‫مربوط ميشود ‪.‬‬
‫‪ ‬در عمليات پيوسته تعيين كننده‬
‫حجم و يا طول دستگاه خواهد بود‬
‫‪.‬‬
‫تعداد مراحل ايده آل‬
‫براي تعيين تعداد مراحل ايده آل الزم جهت‬
‫جداسازي مشخص ي بطور عمليات مرحله اي و‬
‫يا معادل آنها در يك عمل تماس پيوسته دانستن‬
‫مشخصات تعادلي سيستم و موازنه هاي جرم‬
‫ضروري خواهد بود ‪.‬‬
‫شدت جريانهاي مجاز‬
‫در اعمال نيمه پيوسته و پايا پيش مي آيد كه براساس آن‬
‫سطح مقطع دستگاه محاسه مي شود‬
‫انرژي هاي مورد نياز‬
‫انرژي حرارتي و مكانيكي در عمليات انتقال‬
‫جرم مورد استفاده قرار مي گيرد‬
‫واحد‬
‫يك واحد عبارت است از يك وسيله و يا مجموعه اي از‬
‫وسايل كه در آن دو فاز غير محلول در يكديگر در تماس‬
‫مستقيم با هم قرار ميدهند و در نتيجه انتقال جرم بين فازها‬
‫بمنظور نزديك كردن آنها بحالت تعادل صورت ميگيرد و‬
‫سپس فازها بروش مكانيكي از هم جدا ميشوند ‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫تعاريف‬
‫آنتالپي‬
‫منحنی نم سنجي‬
‫اختالط دو جريان گاز مرطوب‬
‫رطوبت دهي‬
‫رطوبت زدايي‬
‫برج هاي خنك كن آب‬
‫برج هاي رطوبت افزا‬
‫مسائل‬
‫•( فصل ‪ 7‬تريبال )‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫مقدمه ‪:‬‬
‫فرايندهايي كه در اين فصل بررس ي ميشود در باره انتقال جرم و انرژي بين‬
‫فازهاست كه در نتيجه تماس يك گاز با يك مايع خالص كه گاز در آن‬
‫نامحلول است روي مي دهد ‪.‬‬
‫رطوبت ‪Y :‬‬
‫جرم بخار همراه با واحد جرم گاز خشك ‪Y‬‬
‫رطوبت مطلق و رطوبت گراونر نيز به آن مي گويند ‪.‬‬
‫)‪Y= Ma.Pa / Mb(P – Pa‬‬
‫فشار جزئي بخار در گاز ‪Pa‬‬
‫‪P‬‬
‫فشار كل‬
‫رطوبت اشباع ‪Ys :‬‬
‫رطوبت يك گاز وقتي از بخارآب اشباع شده باشد ‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫رطوبت درصدي (درصد اشباع ‪ -‬درصد رطوبت مطلق ) ‪:‬‬
‫‪100 Y / Ys‬‬
‫)‪100 Pa (P – Pas)/ Pas (P – Pa‬‬
‫گرماي مرطوب ‪Cs :‬‬
‫گرماي الزم براي اينكه دماي واحد جرم گاز خشك و بخار همراه آن در‬
‫فشار ثابت يك درجه افزايش يابد ‪.‬‬
‫‪Cs = Cb – YCa‬‬
‫‪Cs = 1 + 1.9 Y (Kj/KgK) W&A‬‬
‫= ‪Cb‬گرماي ويژه گاز‬
‫= ‪Ca‬گرماي ويژه مايع‬
‫حجم مرطوب ‪Vh :‬‬
‫حجم اشغال شده توسط واحد جرم گاز خشك و بخار همراه آن مي باشد ‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫حجم مرطوب ‪:‬‬
‫= ‪Vh‬‬
‫حجم اشغال شده توسط واحد جرم گاز خشك و بخار همراه آن مي‬
‫باشد ‪Ys=Y‬حجم مرطوب یکمخلوط اشباع با شرط‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪ Y=Y‬حجم مرطوب یک مخلوط خشک با شرط‬
‫حجم مرطوب یک مخلوط اشباع نشده از میانیابی خطی مخاوط‬
‫های صد در صد اشباع و گاز خشک در همان دما بدست می آید ‪.‬‬
‫‪0‬‬
‫نقطه شبنم ‪:‬‬
‫دمايي كه تا آن دما اگر گاز در رطوبت ثابت خنك شود با بخاراشباع‬
‫مي شود ‪.‬‬
‫رطوبت نسبي درصدي (اشباع نسبي)‬
‫فشار جزئئ بخار در گاز‬
‫فشار بخار در گاز اشباع‬
‫=‬
‫‪( P / Psat ) *100‬‬
‫=‬
‫‪RH‬‬
‫‪Y‬‬
‫‪100%‬‬
‫نقطه شبنم‬
‫‪Tdp‬‬
‫‪‬‬
‫دماي حباب تر )‪:(Tw‬‬
‫‪‬‬
‫دماي حباب تر عبارتست از دماي غير تعادلي و پايايي كه جرم كوچكي از‬
‫مايعي كه در شرايط آدياباتيك در معرض جريان پيوسته گازي قرار دارد‬
‫به آن مي رسد ‪.‬‬
‫‪‬‬
‫)‪Tg – Tw = lw (Ys – Y )/ (hg/Ky‬‬
‫‪‬‬
‫‪ : Ky‬ضريب انتقال جرم‬
‫‪‬‬
‫‪ : Hg‬ضريب انتقال حرارت‬
‫وقتي جريان گاز سير نشده اي از روي سطح يك مايع عبور كند رطوبت‬
‫آن گاز در اثر تبخير مايع افزايش مي يابد ‪ .‬دماي مايع كمتر از دماي‬
‫گاز ميشود و گرما از گاز به مايع منتقل ميشود ‪ .‬در حالت تعادل‬
‫انتقال گرما از گاز به مايع دقيقا با سرعت جذب گرماي مايع‬
‫برابري مي كند ‪.‬و گفته ميشود مايع داراي دماي تر مخزن است ‪.‬‬
‫اگر گاز از روي مايع طوري عبور كند كه زمان تماس بين آنها كافي باشد يا بر روي گاز پاشيده‬
‫شود تا تعادل تثبيت گردد ‪ .‬گاز سير مي شود و هر دو فاز داراي دماي يكسان ميشود ‪ .‬در‬
‫سيستمي كه از نظر گرمايي نا رسانا باشد مقدار كل گرماي محسوس به اندازه گرماي‬
‫نهان تبخير مايع تبخير شده كاهش مي يابد ‪.‬در اثر تداوم عبور گاز ‪ ،‬دماي مايع به تدريج به‬
‫دماي تعادل مي رسد كه چنين دمايي را دمايي را دماي سير شده آدياباتيك مي نامند ‪.‬‬
‫مكانيسم تحول حباب مرطوب در اساس بتا مكانيسم فرايند اشباع آدياباتيك يكي است بجز‬
‫آنكه در تحول حباب مرطوب رطوبت مخلوط گاز در حين تحول تغيير نمي كند ‪.‬‬
‫?=)‪Ys – Y = (Cs/ lw)(T – Tas‬‬
‫اگر رابطه ‪Cs = hg/Ky‬بر قرار باشد ‪ ،‬دماي سير شده آدياباتيك برابر با‬
‫دماي تر مخزن است ‪ .‬اين در حاليست كه براي بيشتر سيستم هاي آب و‬
‫هوا وجود دارد ‪.‬‬
‫نسبت ‪ h / (Ky . Cs) = b‬به نسبت نم سنجي معروف است و براي‬
‫سيستم آب و هوا ‪ b = 1‬وبه این رابطه رابطه لوئيس گفته ميشود ‪.‬‬
‫مقدار تقريبي ‪hg/Ky = 950 j/kg‬‬
‫دمای اشباع آدیاباتیک دمایی است که اگر هوا با آب در آن دما برخورد نماید‬
‫سرد و مرطوب خواهد شد ‪.‬‬
‫در نهایت ‪T2= T1 = Tas‬‬
‫‪YS ≥Y2 >Y1‬‬
‫‪Tas ≤ Tg2 <Tg1‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫انرژي داخلي يك ماده ‪ ،‬عبارت است از كل انرژي موجود در ماده‬
‫است كه در اثر جنبش و استقرار نسبي اتمها و مولكولهاي سازنده‬
‫آن ماده حاصل ميشود ‪ .‬مقدار آنتالپي يك ماده نا معلوم است اما‬
‫با انتخاب يك مرجع مناسب و با فرض آنكه آنتالپي سيستم در آن‬
‫حالت برابر صفر باشد آنتالپي نسبي در شرايط ديگر را ميتوان‬
‫محاسبه كرد ‪ .‬براي مشخص كردن حالت مرجع بايد دما و فشار و‬
‫حالت ماده تعيين شود ‪.‬‬
‫در جدول بخار آب آنتالپي هاي نسبي در مقايسه با آنتالپي اين ماده‬
‫به حالت مايع صفر درجه سليسيوس ودر تحت فشار بخار آن در‬
‫دماي مذكور داده شده است ‪.‬‬
‫فاصله عمودي بين منحنيهاي نشانگر گرماي نهان تبخير ميباشد‪.‬‬
A'
H
Tg
B
E
C
D
T0
A
‫نمودار‬

‫‪‬‬
‫تغيير آنتالپي بين دو حالت مانند نقاط ‪ A,D‬را ميتوان برابر تفاضل عرض‬
‫هاي نقاط مذكور در نظر گرفت ‪:‬‬
‫گرماي ملموس مايع = ‪Hd – Hc‬‬
‫گرماي نهان تبخير = ‪Hc – Hb‬‬
‫گرماي ملموس بخار = ‪Hb – Ha‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫آنتالپي يك مخلوط گاز و بخار برابر با مجموع آنتالپي هاي گازو بخار موجود در مخلوط‬
‫است ‪.‬‬
‫مخلوطي از گاز خشك به جرم واحد و بخار همراه آن به جرم ‪ Y‬را در دماي حباب خشك‬
‫‪ Tg‬در نظر مي گيريم ‪.‬‬
‫‪Ha = Hg + Yhv‬‬
‫)‪Hg = Cb(Tg – T0‬‬
‫‪Hv = Ca(Tg – Tb) + Cal(Tc – T0 ) + l bc‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫در فشار پايين كه معموال عمل مرطوب سازي صورت ميگيرد ‪ ،‬بجاي عمل‬
‫بر روي خط فشار ثابت ‪ A‬مي توان بر روي خط فشار ثابت ’‪ A‬با‬
‫تقريب عمل نمود ‪.‬‬
‫‪Hv = Ca ( Tg – T0) + l ed‬‬
‫‪HA' = Cb (Tg – T0) +Y [ Ca (Tg – T0) +l ] =Cs(Tg – T0) + Y l‬‬
‫آنتالپي يك مخلوط را ميتوان با افزايش دما در رطوبت ثابت يا‬
‫افزايش رطوبت در دماي ثابت باالبرد ‪.‬‬
‫اطالعات وروابط رطوبت سنجی برای سیستم هوا (‪ – )B‬آب (َ‪ )A‬در فشار یک اتمسفر استاندارد‬
‫اختالط دو گاز با رطوبت هاي ‪ Y1,Y2‬دماهاي ‪ T1,T2‬آنتالپي هاي‬
‫‪ H1,H2‬را در نظر ميگيريم ‪.‬‬
‫گاز مخلوط داراي دماي ‪ T‬آنتالپي ‪ H‬و رطوبت ‪ Y‬ميباشد ‪.‬‬
‫جرم گاز خشك گازهاي مورد نظر به ترتيب ‪ m1,m2,m‬ميباشند ‪.‬‬
‫‪M = m1+m2‬‬
‫‪m1Y1+m2Y2 = mY‬‬
‫)‪M1(Y – Y1) = m2(Y-Y2‬‬
‫نقطه ‪ m‬روي خط مستقيمي است كه دو نقط )‪ )T1,Y1) , (T2,Y2‬را‬
‫به هم متصل مي سازد ‪ .‬و داراي رطوبت ‪ Y‬ميباشد ‪.‬‬
‫)‪Y = (m1Y1+m2Y2)/(m1+m2‬‬
‫روشهاي زير را مي توان براي افزايش رطوبت گاز بكار برد ‪:‬‬
‫‪ -1‬بخار ممكن است مستقيما به گازاضافه شود (كمي دما باال مي‬
‫رود ) (نظبر قابلمه)‬
‫‪ -2‬آب را ميتوان با سرعت جريان كافي در گاز پخش كرد تا تبخير آن‬
‫رطوبت الزم را فراهم نماید ‪( .‬دماي گاز پايين مي آيد )(نظير فواره)‬
‫‪ -3‬گاز را مي توان با جريان گازي كه داراي رطوبت بيشتر است‬
‫مخلوط كرد ‪.‬‬
‫‪ -4‬گاز را ميتوان با آب در تماس قرار داد كه فقط قسمتي از مايع‬
‫تبخير گردد ‪.‬‬
‫(عمل تبخير وقتي صورت مي گيرد كه دماي آب باالتر از شبنم هوا‬
‫باشد )‪.‬‬
‫براي حركت از نقطه ‪ a‬به نقطه ‪: b‬‬
‫‪ ‬گرم كردن با هيتر تا نقطه ‪ c‬يا ‪f‬‬
‫‪ ‬مرطوب كردن با كولر آب تا نقطه ‪ d‬يا ‪h‬‬
‫‪ ‬گرم كردن با هيتر تا نقطه ‪b‬‬
‫‪ ‬گرم كردن تا نقطه ‪ e‬با هيتر‬
‫‪ ‬سرد كردن با كولر تا نقطه ‪b‬‬
‫‪b‬‬
‫‪e‬‬
‫‪T‬‬
‫‪F‬‬
‫‪Y‬‬
‫‪h‬‬
‫‪c‬‬
‫‪d‬‬
‫‪a‬‬
‫‪‬‬
‫هیتر ‪ :‬یک هیتر دما را در رطوبت ثابت افزایش می دهد ‪.‬‬
‫کندانسور ‪:‬یک کندانسور رطوبت را کاهش می دهد ‪(.‬دمای‬
‫کندانسور کمتر از نقطه شبنم هواست )‬
‫کولر آبی ‪ :‬رطوبت گاز را در روی خط اشباع آدیاباتیک افزایش می دهد‬
‫‪(.‬دمای آب برابر دمای اشباع آدیاباتیک هواست ‪(.‬‬
‫روشهاي زير را مي توان براي كاهش رطوبت گاز بكار برد ‪:‬‬
‫‪ -1‬هوا را ميتوان با يك سطح سرد كه ممكن است مايع و يا‬
‫جامد باشد در تماس قرار داد و رطوبت آن را کم كرد ‪.‬‬
‫اگر دمای سطح پايين تر از نقطه شبنم گاز باشد ميعان‬
‫صورت ميگيرد و دماي گاز پايين مي آيد ‪ .‬دماي سطح‬
‫شروع به باال رفتن مي كند زيرا گرماي نهان و محسوس از‬
‫هوا به سطح منتقل ميشود ‪ .‬معموال دما و رطوبت در‬
‫مدت وقوع فرايند با هم همزمان كاهش مي يابد ‪ .‬هواي‬
‫مجاور و در تماس با سطح تا پايينتر از نقطه شبنم سرد‬
‫ميشود و بنابراين پيش از اين كه هواي دورتر فرصت سرد‬
‫شدن داشته باشد ميعان بخار صورت ميگيرد ‪.‬‬
‫‪ -2‬رطوبت را با متراكم كردن هوا مي توان كاهش داد ‪ .‬در مدت تراكم‬
‫فشار جزئئ بخار افزايش مي يابد و به محض اينكه به فشار بخار‬
‫اشباع رسيد ميعان صورت مي گيرد ‪.‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫براي حركت از نقطه ‪ b‬به نقطه ‪: a‬‬
‫سرد كردن با كندانسور از مسير ‪d, c‬‬
‫گرم كردن با هيتر تا نقطه ‪a‬‬
‫‪Y‬‬
‫‪d‬‬
‫‪b‬‬
‫‪a‬‬
‫‪T‬‬
‫‪c‬‬
‫عمل خنك كردن با انتقال گرما ي محسوس و همچنين سرمايش‬
‫تبخيري صورت ميگيرد كه گرماي محسوس آب مقدار گرماي نهان‬
‫تبخير را تامين مي كند ‪.‬‬
‫در مقياس بزرگ هوا و آب در برج خنك كن به طور ناهمسو در تماس‬
‫با يكديگر قرار مي گيرند ‪ ،‬ممكن است در برج از وزش طبيعي يا‬
‫وزش مكانيكي استفاده شود ‪ .‬آب از باال به پايين روي يك سري‬
‫تخته هاي چوبي كه سطح تماس بزرگي ايجاد مي كند مي ريزد و‬
‫آشفتگي بيشتري در مايع ايجاد ميشود ‪ .‬هوا در حين باال رفتن‬
‫گرما و رطوبت مي گيرد ‪.‬‬
‫حد دمايي كه آب مي تواند سردشود دماي حباب مرطوب هوا در هنگام‬
‫ورود است‬
‫در پايين برج ‪:‬‬
‫‪ ) 1‬دما هوا ميتواند بيشتر از دماي آب باشد ‪ ،‬اما آب خنك ميشود زيرا‬
‫رطوبت سطح مشترك بيشتر از رطوبت در توده گاز است و در نتيجه‬
‫نيروي محركي براي انتقال جرم بخار آب وجود دارد ‪.‬‬
‫‪ ) 2‬اگر دماي هواي ورودي كمتر از دماي آب خروجي باشد ‪ .‬شيب ها هم‬
‫شكلند اما انتقال گرماي محسوس كمتري در فيلم گاز وجود دارد ‪.‬‬
‫در تمام حالت ها دما در فصل مشترك بايد بيشتر از دما ي حباب خيس‬
‫باشد زيرا اگر برابر باشد تمام گرماي تبخير از گاز گرفته ميشود و‬
‫شيب دمايي در آب وجود ندارد و آب خنك نمي شود ‪.‬‬
‫در باالي برج ‪:‬‬
‫گرماي انتقال يافته از آب به فصل مشترك براي گرمايش هوا و تامين‬
‫گرماي تبخير بكار مي رود ‪.‬‬
‫گرچه سرمايش آب بر اثر تبخير خيلي بيشتر از سرمايش ناش ي از انتقال‬
‫گرماي محسوس به هواست ولي دماي گاز خروجي معموال چند درجه‬
‫كمتر از دماي آب ورودي است ‪.‬‬
‫منحني تعادل ‪:‬‬
‫منحني تعادل در برج هاي خنك كن آب منحني آنتالپي اشباع در منحني نم‬
‫سنجي آب است ‪ .‬كه داده هاي تعادلي آن به شرح مقابل وبصورت‬
‫ثابت در فشار نرمال داده شده است ‪:‬‬
enthalpy of dry air (j/kg)
C ‫دما‬
) 29360 ( 30
10
40
) 57570 ( 60
15
20
80
)100030( 100
25
30
130
)166790( 170
35
40
220
)275580( 280
)461500( 470
45
50
60
70
80
850
1600
Hg(sat) = Cs.Tg+Ys.l0
Cs = (1005+1884Y) J/Kg. ̊c
Hg(sat)*= (100S+1884Ys)+Ys.l0
H = (1005+1884Y)t+2502300Y (j/kg air)
VH = (0.00283 + 0.00456Y)(th +273) m3 Mix/kg air
Cs =1005 + 1884Y (j/kg air. ̊c)
Hg/Ky = 950 j/kg.k
=
: ‫خط كاركرد برج‬
‫) مي گذرد‬Tl1,Hg1( ‫كه از‬LCl/G ‫خط كاركرد برج خطي است با شيب‬
. ‫ را قطع ميكند‬Tl2 ‫و خط افقي‬
‫ارتفاع برج خنك كن ‪:‬‬
‫‪Ntg = ‬‬
‫‪‬‬
‫اگر بتوان تمام مقاومت در مقابل انتقال گرما و جرم را در فاز گاز حساب كرد ‪:‬‬
‫‪Ntog = ‬‬
‫‪G‬‬
‫‪Ky‬‬
‫‪.a‬‬
‫‪Hi‬‬
‫*‪H‬‬
‫‪Ntg‬‬
‫‪Htg‬‬
‫‪L‬‬
‫سرعت جرمي گاز‬
‫ضريب انتقال جرم‬
‫سطح مشترك در واحد حجم ستون‬
‫آنتالپي گاز در سطح مشترك‬
‫آنتالپي گاز در حال تعادل‬
‫تعداد واحدهاي انتقال‬
‫ارتفاع هر واحد انتقال‬
‫سرعت جرمي مايع‬
‫=‪Z‬‬
Hg
Tl2
Hg2
Tg2
Tl2,Hg2
Tl1,Hg1
Tl1
Tl
Hg1
Tg1
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫روش كار ‪:‬‬
‫در دماهاي مختلف بين ‪ Tl1,Tl2‬خطوط‬
‫عمودي رسم مينماييم هر كجا خط تبادل را‬
‫قطع كرد ‪ H‬و هر كجا خط تعادل را قطع‬
‫نمود *‪ H‬خواهد بود ‪ .‬سپس ‪ H*-H‬را‬
‫محاسبه و عكس آن را نيز محاسبه ميكنيم ‪.‬‬
‫منحني را بر حسب ‪ H‬رسم كرده و سطح زير‬
‫منحني را محاسبه ميكنيم ‪.‬‬
‫)‪T H H* 1/(H*-H‬‬
‫*‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪T‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫اگر كار اصلي برج اين باشد كه جرياني از هواي مرطوب توليد‬
‫نمايد ‪ ،‬الزم نيست دماي نهايي مايع مشخص باشد ‪ ،‬اما رطوبت‬
‫گاز خروجي از باالي برج بايد به جاي آن داده شود ‪ .‬بنابراين در‬
‫طراحي يك برج رطوبت افزايي الزم است دما و آنتالپي و سرانجام‬
‫رطوبت گاز خروجي از برج محاسبه مي شوند ‪.‬‬
‫در يك دستگاه رطوبت افزا كه در آن كمبود آب فقط بخش‬
‫كوچكي از كل مايع در گردش را تشكيل ميدهد ‪ .‬دماي آن به‬
‫طرف دماي سير شده آدياباتيك ‪ Tas‬نزديك ميشود و ثابت باقي‬
‫مي ماند و بنابراين گراديان دما وجود ندارد ‪ .‬گاز در تماس با‬
‫سطح مايع تقريبا سير شده و داراي رطوبت ‪ Hs‬است ‪.‬‬

-G.dY = Ky.a.dZ(Y – Yas)

Ln[(Yas – Y1)/(Yas – Y2)]= Ky.a.Z/G

[(Y2-Y1)/(Yas-Y1)]= 1-e (-Ky.a.z/G)
Tg2
Tas
Y2
RH=100
Yas
Y1•
Tas Tg1
Tas
L
Tg1
Y1
Tg2
‫‪‬‬
‫در مخلوط بخار بنزن و گاز نيتروژن در فشار كل ‪ 800mmHg‬و‬
‫دماي ‪ 60F‬فشار جزئئ بنزن برابر ‪ 100mmHg‬مي باشد ‪.‬‬
‫رطوبت بنزن را حساب كنيد ‪.‬‬
‫‪‬‬
‫مخلوطي از گاز ‪ b‬و بنزن در فشار اتمسفر و دماي‬
‫‪50C‬بصورت اشباع ميباشد ‪.‬رطوبت مطلق را بدست آوريد‬
‫در صورتيكه گاز ‪ B‬نيتروژن باشد ؟ درصورتيكه دي اكسيد‬
‫كربن باشد ؟‬
‫‪‬‬
‫براي مخلوطي از هوا و بخار آب به دماي حباب خشك ‪65C‬‬
‫دماي حباب مرطوب ‪ 35C‬بدست آورده اند ‪ .‬فشار كل‬
‫‪ 1atm‬رطوبت هوا را محاسبه كنيد ‪.‬‬
‫‪‬‬
‫هواي نم دار ‪ 310K‬داراي دماي ترمخزن ‪ 300K‬است ‪ .‬اگر‬
‫درفشاركل ‪ 305 KN/m2‬گرماي نهان تبخير آب در ‪300‬كلوين‬
‫برلبر ‪ 2440Kj/Kg‬باشد رطوبت هوا و رطوبت نسبي درصدي را‬
‫تخمين بزنيد ‪.‬‬
‫‪‬‬
‫هوا در‪ 83‬درجه ‪ C‬و رطوبت مطلق ‪ 0.03‬و فشار اتمسفر با آب در‬
‫دماي اشباع آدياباتيك مجاور ميشود ‪ .‬در نتيجه مخلوط مرطوب و‬
‫سرد شده و به ‪ %90‬اشباع مي رسد ‪ .‬دما و رطوبت نهايي هوا‬
‫چيست ؟‬
‫‪ ‬در يك خشك كن به هواي محتوي ‪ 0.005Kg‬بخار آب در هر كيلو گرم‬
‫هواي خشك تا دماي ‪ 325k‬گرما داده ميشود و سپس هوا به سيني هاي‬
‫پايين فرستاده ميشود و از سيني هاي مذكور با ‪ 60%‬رطوبت نسبي خارج‬
‫مي گردد و دوباره تا ‪ 325K‬گرم و از روي سيني هاي ديگري عبور داده‬
‫ميشود و دوباره با ‪ 60 %‬رطوبت نسبي خارج ميشود ‪ .‬اين عمل دوباره براي‬
‫سيني هاي سوم و چهارم تكرار ميشود و هوا از خشك كن خارج ميشود ‪ .‬به‬
‫فرض اينكه مواد روي هر سيني به دماي تر مخزن برسد و از گرماي تلف‬
‫شده خشك كن صرف نظر شود تعيين نماييد ‪:‬‬
‫الف ) دماي مواد روي هر سيني‬
‫ب ) مقدار آب گرفته شده بر حسب ‪ Kg/S‬در صورتيكه ‪ 5m3/s‬هواي‬
‫مرطوب از خشك كن خارج شود ؟‬
‫ج)دمايي كه هواي ورودي بايد داشته باشد تا خشك كن در يك مرحله كار كند ؟‬
‫‪‬‬
‫در يك سيستم تهويه مطبوع ‪ 1Kg/s‬هواي ‪ 350K‬با ‪10‬درصد رطوبت با‬
‫‪ 5Kg/s‬هواي ‪ 300‬كلوين با ‪ 30‬درصد رطوبت مخلوط ميشوند رطوبت و‬
‫دماي مخلوط چقدر است ؟‬
‫‪‬‬
‫هواي ‪ 300‬كلوين با درصد اشباع ‪ %20‬را در دو مرحله حرارت‬
‫ميدهند و دربين دو مرحله به آن رطوبت می دهند تا به ‪ 90‬درصد‬
‫اشیاع برسد ‪ ،‬باالخره جريان نهايي داراي دماي ‪320‬كلوين و ‪20‬‬
‫درصد اشباع ميشود ‪ .‬رطوبت جريان خروجي و شرايط در انتهاي هر‬
‫مرحله راتعيين كنيد ؟‬
‫‪‬‬
‫قرار است آب به كمك جريان نا همسوي هواي ‪ 293‬كلوين با رطوبت نسبي ‪20‬‬
‫درصد از ‪ 328‬كلوين تا ‪293‬كلوين خنك شود ‪ .‬سرعت جريان هوا‬
‫‪ 0.68m3/m2.s‬و سرعت جريان آب ‪ 0.26Kg/m2.s‬است ‪ .‬تمام‬
‫مقومت در مقابل انتقال گرما و جرم را ممكن است در فاز گاز فرض كرد و‬
‫حاصلضرب ‪ Ky.a‬را برابر ‪ 0.24Kg/m3.s‬در نظر گرفت ‪ .‬ارتفاع مواد‬
‫پركننده چقدر خواهد بود ؟‬
‫‪‬‬
‫يك مخزن پاشش ي افقي همرا ه با گردش آب را جهت مرطوب ساختن و سرد‬
‫كردن آدياباتيك هوا بكار مي برند ‪ .‬قسمت فعال مخزن ‪ 2m‬طول و سطح‬
‫مقطع آن نيز ‪ 2m2‬ميباشد ‪ .‬هوا با شدت جريان ‪ 3.5m3/s‬در دماي‬
‫حباب خشك ‪ 65C‬و رطوبت ‪ 0.017‬سرد و مرطوب شده و به دماي ‪42C‬‬
‫مي رسد ‪ .‬اگر يك مخزن پاشش ي ديگر راكه مطابق مخزن اول عمل ميكند به‬
‫دنبال آن قرار دهيم شرايط هواي خروجي چه خواهد شد ؟‬
‫‪‬‬
‫چگونه می توان هوا باشرايط رطوبت‪ ,20% T=13C‬را مي‬
‫خواهيم به هوايي با شرايط رطوبت ‪ 40%‬و ‪T = 21C‬تبديل‬
‫نماييم ؟‬
‫‪‬‬
‫چنانچه ‪ 1416m3/hr‬هواي ‪T=60C‬ورطوبت ‪ 30%‬را با‬
‫‪ 850m3/hr‬هوا با شرايط ‪T=32C , Tw = 21‬‬
‫مخلوط نماييم ‪ .‬مشخصات نهايي هوا چه خواهد بود ؟‬
‫‪‬‬
‫‪I 1000 m3/s‬هوايي كه داراي شرايط ‪ 80%‬رطوبت و‬
‫‪ T=40C‬مي باشد ‪ .‬در درجه حرارت ثابت آنقدر فشرده ميشود كه‬
‫‪ %35‬آب خود را از دست بدهد ‪ .‬فشار نهايي چقدر است ؟‬
‫درجه حرارت آب يك كولر آبي ‪ 24C‬است و درجه حرارت روز هوا‬
‫‪ 36C‬است اين كولر اگر هواي خروجي از آن ‪ %70‬باشد‪.‬تا چه‬
‫ميزان مي تواند هوا را خنك كند ؟ ميزان کارایی کولر چند درصد‬
‫است ؟‬
‫همزمان با کولری با دبی ‪ 50%‬وکارایی ‪4000 m3/hr‬کولری با دبی‬
‫هوای یک اتاق را خنک می کند اگر ‪ 70%‬وکارایی ‪2000 m3/hr‬‬
‫رطوبت باشد دمای اتاق در بهترین ‪ 40%‬و ‪42 ̊c‬دمای بیرون اتاق‬
‫حالت چقدرخواهد بود؟‬