塔式气流皮棉加湿机特点分析

■ 谷国富

〔郑州棉麻工程技术设计研究所，郑州 450004〕

“热加湿”是指加湿环境中加湿气体相对湿度未达到饱和、且温度大于外部环境温度的加湿状态。由郑州棉麻工程技术设计研究所研制的塔式气流皮棉加湿机属于热加湿。在加湿塔内，皮棉在加湿气流的输送过程中被加湿。

一、塔式气流皮棉加湿机特点

塔式气流皮棉加湿机在新疆投入使用多年，加湿效果有以下三个特点。

（一）在温度63.8 ℃、相对湿度RH53.4%左右的加湿状态下，加湿后的回潮率已接近此状态时的平衡回潮率延伸值。

（二）加湿前回潮率越低，越有利于提高加湿量。

加湿前皮棉回潮率若小于4%，加湿效果比较好。若加湿前皮棉回潮率大于5%，加湿效果较差。

（三）外部环境温度越高越不利于提高加湿量。

在新疆地区棉花加工季节的12：00～17：00 时段，加湿量最小。这个时段的外部环境温度是一天中最高的，相对湿度最低。（10 月中旬时期，这个时段的环境温度一般平均为30 ℃，相对湿度一般平均为25%。）

外部环境温、湿度与加湿效果有以下关系：外部环境温度15 ℃左右时（此时外部环境相对湿度30%左右），加湿效果比较好，加湿量可以接近2%。外部环境温度25 ℃左右时（此时外部环境相对湿度20%～30%），加湿效果不好，加湿量只能达到1%左右。外部环境温度30 ℃左右时（此时外部环境相对湿度22%～32%，平均约25%），加湿效果较差。

二、实验数据

表1 是2010 年10 月14 日18：00～19：30 对新疆农八师149 团一加工厂塔式气流皮棉加湿机的测试数据。

表1 塔式皮棉加湿机测试数据

三、平衡回潮率及延伸值

上述塔式气流皮棉加湿机的加湿特点，可以用棉纤维平衡回潮率延伸值来解释。

棉纤维平衡回潮率见表2。温度大于38 ℃及温度30 ℃、相对湿度25%时的平衡回潮率是由推导出的回归方程计算出来的，称为延伸值。

表2

四、推导回归方程

（一）相对湿度一定时，温度与平衡回潮率关系的回归方程

使用MS Excel.2010，依据表2 中不同相对湿度及已有的温度对照的平衡回潮率数值，分别推导出在不同的相对湿度状态下，平衡回潮率与温度关系的回归方程，从而计算出表2 中大于38 ℃时的各温度的平衡回潮率延伸值。

以相对湿度RH30%为例，根据已有的温度与平衡回潮率数值，散点图显示回归方程近似线性方程

图1 相对湿度30%时，温度与平衡回潮率数值散点图

计算结果（计算过程略）y＝4.8975-0.0182x

其余相对湿度时温度与平衡回潮率关系的回归方程计算结果如下：

相对湿度40%时，y＝5.850-0.020 9x

相对湿度50%时，y＝6.604-0.023 1x

相对湿度60%时，y＝7.504-0.026 3x

相对湿度70%时，y＝8.559 5-0.028 3x

相对湿度80%时，y＝10.079 6-0.029 7x

相对湿度90%时，y＝12.545 7-0.034 3x

相对湿度95%时，y＝14.365 9-0.043 3x

（二）计算温度30 ℃、相对湿度25%时的平衡回潮率延伸值

依据温度30 ℃时，相对湿度与平衡回潮率数值，得出散点图如图2 所示。可知当温度一定时，平衡回潮率与相对湿度是指数关系。

图2 温度30℃时，相对湿度与平衡回潮率数值散点图

设回归方程y＝α·βx

设：Y＝lny；A＝lnα；B＝lnβ；则Y＝A+Bx

计算结果（计算过程略）：

回归方程：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：相对湿度30%、温度25℃时，平衡回潮率延伸值是3.94%。

（三）用线性插值法计算出相对湿度63.8%、温度53.4 ℃时的平衡回潮率延伸值是（计算过程略）6.46%。

五、加湿特点

下面通过对比表1 中加湿后的回潮率和对应状态下表2 中的平衡回潮率数值，解释塔式气流皮棉加湿机的三个加湿特点。

1.由表2 可知，加湿环境平均相对湿度63.8%，平均温度53.4 ℃时，加湿前平均回潮率是4.4%，加湿后平均回潮率是6.2%。平均加湿量：6.2%-4.4%＝1.8%。

而相对湿度63.8%、温度53.4 ℃时，平衡回潮率延伸值是6.46%。6.2%/6.46%＝96.9%，说明二者非常接近。而热加湿的概念是使棉纤维在相对湿度不饱和及加湿温度高于外部环境温度的状态下自然吸湿而提高其回潮率，与棉纤维在标准状态下自然吸（放）湿而达到平衡回潮率的吸湿机理是一样的。有所不同的是，在热加湿状态下，棉纤维可以缩短接近或达到平衡回潮率的时间。为此，热加湿后的皮棉回潮率是难以突破加湿状态下（指加湿塔内的温度、相对湿度）的平衡回潮率，加湿状态下的平衡回潮率可以认为是加湿量极限。

2.加湿前回潮率越低，与加湿状态时的平衡回潮率的差值就越大，说明具备更大的加湿潜能，也就更易于加湿。加湿前回潮率越低，越易于提高加湿量。

3.在10 月中旬12：00-17：00 时段，外部环境温度平均约为30℃、相对湿度平均约为25%时，由表2可知，此状态时平衡回潮率延伸值是3.94%。其它时段温度低于此时段，相对湿度高于此时段。例如早晚时段，外部环境温度约15℃、相对湿度约30%时，平衡回潮率是4.63%。由于3.94%＜4.63%，可以认为3.94%平衡回潮率的加湿潜能小于4.63%平衡回潮率的加湿潜能，因此，外部环境温度越高，加湿越困难，也就越不利于提高加湿量。这说明，皮棉进入加湿塔前的外部环境的温、湿度状况，关联着皮棉进入加湿塔前自身的温、湿度状况（与环境温度一样或接近），从而决定了皮棉纤维加湿潜能的大小。

由表2 还可以看出，温度越高，平衡回潮率值越小，说明加湿潜能越小。通过对比塔式气流皮棉加湿机（指热加湿）加湿后的皮棉回潮率与平衡回潮率，发现二者数值非常接近，但前者小于后者。由此可解释塔式气流皮棉加湿机的加湿特点，并说明皮棉的加湿量（热加湿）存在极限。皮棉经过热加湿能在更短的时间内接近这个极限，是评价皮棉热加湿设备性能的重要指标之一。☆