Drogen en het Mollierdiagram

Het meest gebruikte medium bij droogprocessen is lucht. Lucht heeft verschillende eigenschappen die van grote invloed zijn op het droogproces. Onderstaand zijn de belangrijkste eigenschappen van lucht in het droogproces toegelicht, mede aan de hand van het Mollierdiagram.

Temperatuur

Bij vochtige lucht kan onderscheid gemaakt worden tussen drie temperaturen:

  1. Droge bol temperatuur
  2. Natte bol temperatuur
  3. Dauwpunt

In onderstaand Mollierdiagram zijn de drie verschillende temperaturen weergegeven voor lucht met een temperatuur van 55 °C en een vochtgehalte van 40 gram per kg.
Drogen en het Mollierdiagram
Deze drie temperaturen worden hieronder nader toegelicht:

Droge bol temperatuur
Dit is de temperatuur van de lucht die wordt gemeten door middel van een gewone thermometer.

Natte bol temperatuur
De natte bol temperatuur is de temperatuur van een nat oppervlak wanneer de lucht over het oppervlak stroomt. Warmte uit de lucht wordt gebruikt voor verdamping van het water op het natte oppervlak, hierdoor wordt de luchttemperatuur lager en neemt de vochtigheid toe. Voelbare warmte wordt omgezet in verdampingswarmte, de energie inhoud (enthalpie) blijft gelijk (adiabatisch). Door in het Mollierdiagram vanaf de droge bol temperatuur de schuine lijn met een constante enthalpie te volgen tot aan de verzadigingslijn (100% rv), wordt de natte bol temperatuur verkregen. Bij lucht van 55 °C en een vochtgehalte van 40 gram per kg bedraagt de natte bol temperatuur 39 °C.

Dauwpunt
Het dauwpunt is de temperatuur waarbij de lucht verzadigd is (100% rv) door warmte aan de lucht te onttrekken bij een gelijkblijvende absolute vochtigheid. Door het onttrekken van warmte, nemen de enthalpie en de temperatuur van de lucht af. Door in het Mollierdiagram vanaf de droge bol temperatuur de verticale lijn met constante absolute vochtigheid te volgen tot aan de verzadigingszijn (100% rv), wordt het dauwpunt verkregen. Bij lucht van 55 °C en een vochtgehalte van 40 gram per kg bedraagt het dauwpunt 36,5 °C.

Vochtigheid

Er wordt onderscheid gemaakt tussen relatieve vochtigheid en absolute vochtigheid. De absolute vochtigheid is het werkelijke aantal grammen vocht die zich in een kg lucht bevinden, de relatieve vochtigheid is een verhouding.

Relatieve vochtigheid
De relatieve vochtigheid van lucht is de verhouding tussen de dampspanning van water en de verzadigde dampspanning, deze wordt berekend met:

%RV = (pH2O / pH2O,sat)*100%

Bij verzadigde lucht is de relatieve vochtigheid 100%. De dampspanning is hierbij immers gelijk aan de verzadigde dampspanning.

Dampspanning
De dampspanning (ofwel: dampdruk) is de partiele druk van water in lucht. De maximale dampspanning van water in lucht is de verzadigde dampdruk. De verzadigde dampspanning is een functie van de droge bol temperatuur en kan worden berekend met de vergelijking van Antoine:

Log(PH2O,sat) = A - (B / (Tdb + C))

De variabelen A, B en C zijn voor lucht tot 100 °C bij benadering:
A = 8.1
B = 1731
C = 233.4

De partiële dampspanning van water in lucht, kan worden bepaald met behulp van de algemene gaswet, deze is:

p * V = n * R * T

p = druk (Pa of N/m2)
V = volume (m3)
n = hoeveelheid water (mol)
R = gasconstante, deze bedraagt 8,314472 (J/(K * mol))
T = absolute temperatuur (K)

Tevens kan de wet van Dalton worden gebruikt, deze stelt dat de som van alle partiele drukken van de gassen in een mengsel gelijk is aan de totale druk van het gasmengsel. De wet van Dalton is:

pH2O = yH2O * pt

yH2O = molaire fractie van water
pH2O = partiele druk van water
pt = totale druk van het gasmengsel

Absolute vochtigheid
Absolute vochtigheid is het absolute vochtgehalte in de lucht. De absolute vochtigheid is weergegeven op de horizontale as van het Mollier diagram en kan worden berekend met de verhouding tussen de waterdampdruk en de druk van droge lucht:

x (g/kg) = 0,622 * pH2O / (ptot - pH2O) * 1000

0,622 is een verhouding tussen de molmassa van water (18,01 kg/kmol) en lucht (28,96 kg/kmol).

Enthalpie

De enthalpie is de energie-inhoud van lucht en wordt uitgedrukt in kJ per kg. De enthalpie van vochtige lucht is op te splitsen in de enthalpie van droge lucht en de enthalpie van waterdamp:
Hlucht (kJ/kg) = Hdl + HH2O