塔式氣流皮棉加濕機特點分析

■ 谷國富

〔鄭州棉麻工程技術設計研究所，鄭州 450004〕

“熱加濕”是指加濕環境中加濕氣體相對濕度未達到飽和、且溫度大于外部環境溫度的加濕狀態。由鄭州棉麻工程技術設計研究所研制的塔式氣流皮棉加濕機屬于熱加濕。在加濕塔內，皮棉在加濕氣流的輸送過程中被加濕。

一、塔式氣流皮棉加濕機特點

塔式氣流皮棉加濕機在新疆投入使用多年，加濕效果有以下三個特點。

（一）在溫度63.8 ℃、相對濕度RH53.4%左右的加濕狀態下，加濕后的回潮率已接近此狀態時的平衡回潮率延伸值。

（二）加濕前回潮率越低，越有利于提高加濕量。

加濕前皮棉回潮率若小于4%，加濕效果比較好。若加濕前皮棉回潮率大于5%，加濕效果較差。

（三）外部環境溫度越高越不利于提高加濕量。

在新疆地區棉花加工季節的12：00～17：00 時段，加濕量最小。這個時段的外部環境溫度是一天中最高的，相對濕度最低。（10 月中旬時期，這個時段的環境溫度一般平均為30 ℃，相對濕度一般平均為25%。）

外部環境溫、濕度與加濕效果有以下關系：外部環境溫度15 ℃左右時（此時外部環境相對濕度30%左右），加濕效果比較好，加濕量可以接近2%。外部環境溫度25 ℃左右時（此時外部環境相對濕度20%～30%），加濕效果不好，加濕量只能達到1%左右。外部環境溫度30 ℃左右時（此時外部環境相對濕度22%～32%，平均約25%），加濕效果較差。

二、實驗數據

表1 是2010 年10 月14 日18：00～19：30 對新疆農八師149 團一加工廠塔式氣流皮棉加濕機的測試數據。

表1 塔式皮棉加濕機測試數據

三、平衡回潮率及延伸值

上述塔式氣流皮棉加濕機的加濕特點，可以用棉纖維平衡回潮率延伸值來解釋。

棉纖維平衡回潮率見表2。溫度大于38 ℃及溫度30 ℃、相對濕度25%時的平衡回潮率是由推導出的回歸方程計算出來的，稱為延伸值。

表2

四、推導回歸方程

（一）相對濕度一定時，溫度與平衡回潮率關系的回歸方程

使用MS Excel.2010，依據表2 中不同相對濕度及已有的溫度對照的平衡回潮率數值，分別推導出在不同的相對濕度狀態下，平衡回潮率與溫度關系的回歸方程，從而計算出表2 中大于38 ℃時的各溫度的平衡回潮率延伸值。

以相對濕度RH30%為例，根據已有的溫度與平衡回潮率數值，散點圖顯示回歸方程近似線性方程

圖1 相對濕度30%時，溫度與平衡回潮率數值散點圖

計算結果（計算過程略）y＝4.8975-0.0182x

其余相對濕度時溫度與平衡回潮率關系的回歸方程計算結果如下：

相對濕度40%時，y＝5.850-0.020 9x

相對濕度50%時，y＝6.604-0.023 1x

相對濕度60%時，y＝7.504-0.026 3x

相對濕度70%時，y＝8.559 5-0.028 3x

相對濕度80%時，y＝10.079 6-0.029 7x

相對濕度90%時，y＝12.545 7-0.034 3x

相對濕度95%時，y＝14.365 9-0.043 3x

（二）計算溫度30 ℃、相對濕度25%時的平衡回潮率延伸值

依據溫度30 ℃時，相對濕度與平衡回潮率數值，得出散點圖如圖2 所示。可知當溫度一定時，平衡回潮率與相對濕度是指數關系。

圖2 溫度30℃時，相對濕度與平衡回潮率數值散點圖

設回歸方程y＝α·βx

設：Y＝lny；A＝lnα；B＝lnβ；則Y＝A+Bx

計算結果（計算過程略）：

回歸方程：y＝A+Bx＝0.963 2+0.016 3x；

由lny＝1.370 7，得y＝ln-11.370 7＝3.938 1≈3.94

即：相對濕度30%、溫度25℃時，平衡回潮率延伸值是3.94%。

（三）用線性插值法計算出相對濕度63.8%、溫度53.4 ℃時的平衡回潮率延伸值是（計算過程略）6.46%。

五、加濕特點

下面通過對比表1 中加濕后的回潮率和對應狀態下表2 中的平衡回潮率數值，解釋塔式氣流皮棉加濕機的三個加濕特點。

1.由表2 可知，加濕環境平均相對濕度63.8%，平均溫度53.4 ℃時，加濕前平均回潮率是4.4%，加濕后平均回潮率是6.2%。平均加濕量：6.2%-4.4%＝1.8%。

而相對濕度63.8%、溫度53.4 ℃時，平衡回潮率延伸值是6.46%。6.2%/6.46%＝96.9%，說明二者非常接近。而熱加濕的概念是使棉纖維在相對濕度不飽和及加濕溫度高于外部環境溫度的狀態下自然吸濕而提高其回潮率，與棉纖維在標準狀態下自然吸（放）濕而達到平衡回潮率的吸濕機理是一樣的。有所不同的是，在熱加濕狀態下，棉纖維可以縮短接近或達到平衡回潮率的時間。為此，熱加濕后的皮棉回潮率是難以突破加濕狀態下（指加濕塔內的溫度、相對濕度）的平衡回潮率，加濕狀態下的平衡回潮率可以認為是加濕量極限。

2.加濕前回潮率越低，與加濕狀態時的平衡回潮率的差值就越大，說明具備更大的加濕潛能，也就更易于加濕。加濕前回潮率越低，越易于提高加濕量。

3.在10 月中旬12：00-17：00 時段，外部環境溫度平均約為30℃、相對濕度平均約為25%時，由表2可知，此狀態時平衡回潮率延伸值是3.94%。其它時段溫度低于此時段，相對濕度高于此時段。例如早晚時段，外部環境溫度約15℃、相對濕度約30%時，平衡回潮率是4.63%。由于3.94%＜4.63%，可以認為3.94%平衡回潮率的加濕潛能小于4.63%平衡回潮率的加濕潛能，因此，外部環境溫度越高，加濕越困難，也就越不利于提高加濕量。這說明，皮棉進入加濕塔前的外部環境的溫、濕度狀況，關聯著皮棉進入加濕塔前自身的溫、濕度狀況（與環境溫度一樣或接近），從而決定了皮棉纖維加濕潛能的大小。

由表2 還可以看出，溫度越高，平衡回潮率值越小，說明加濕潛能越小。通過對比塔式氣流皮棉加濕機（指熱加濕）加濕后的皮棉回潮率與平衡回潮率，發現二者數值非常接近，但前者小于后者。由此可解釋塔式氣流皮棉加濕機的加濕特點，并說明皮棉的加濕量（熱加濕）存在極限。皮棉經過熱加濕能在更短的時間內接近這個極限，是評價皮棉熱加濕設備性能的重要指標之一。☆