Question? Leave a message!




Humidification Operations

Humidification Operations
CHAPTER 19 Humidification OperationsHumidification Operations • Humidification  and  dehumidification  involve  transfer of the material between a pure liquid  phase and fixed gas that is nearly insoluble ‐ Simpler process than absorption and stripping as  liquid  contain  only  1  component  (thus  no  concentration gradient and resistance for mass  tranfer) ‐ Both heat transfer and gas phase mass transfer  influences each other 2 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAPDefinitions 1. Vapor  – Component  present  as  gaseous  and  liquid form; referred as componentA 2. Gas – component present only in gaseous form;  referred as componentB • Gas‐vapor mixture follow the Ideal Gas Laws 3. Humidity –mass of vapor carried by a unit mass  of vapor‐free gas 3 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAP4 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAP5 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAP6 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAPPhase equilibria 7 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAPFigure 19.1: Equilibria for the system air‐water at 1 atm. 8 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAPAdiabatic saturator 9 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAPHumidity Chart Figure 19.2: Air‐water at 1 atm. 10 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAPHumidity Chart • Tsis obtained by trial‐and‐error calculation; for the air water system,  by using humidity chart • The curved line marked 100 gives humidity of saturated air as a function of air temperature (coordinate of point in this line are found  from Eq. 13) • Any point above to the left of saturation line represent a mixture  of saturated air  liquid water. • Any point belowsaturation line represent undersaturated air • Point onthe temperature axis represent dry air 11 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAPHumidity Chart (cont..) 12 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAP• A portion of Humidity Chart. Figure 19.3: Use of humidity chart. 13 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAPUse of Humidity Chart 1. Assumption:  A  given  stream  of  undersaturated  air  have  a  temperature T1and percentage humidity, HA1 2. Point a represent air (this point is the intersection of constant  temperature line for T1 and constant percentage humidity line for  HA1 ) 3. The  humidity  H1 of  the  air  is  given  by  point  b,  the  humidity  coordinate by point a 4. Dew point –found by following the constant‐humidity line through  point a to the left to point c on the 100 line, and then read at  point don the temperature axis. 14 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAPUse of Humidity Chart (cont..) 15 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAPWet‐bulb Temperature • Evaporation requires energy. The wick and therefore the thermometer bulb  decreases  in  temperature  below  the  dry‐bulb  temperature  (ordinary  temperature measure with thermometer) until the rate of heat transfer  from the warmer air to the wick is just equal to the rate of heat transfer  needed to provide for the evaporation of water from the wick into the air  stream.  Figure 19.4: (a) Wet‐bulb thermometer. (b) Gradients in the gas boundary  layer. • The temperature reached is called the wet‐bulb temperature 16 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAPWet‐bulb Temperature (cont..) • Wet‐bulb temperature is a function of: 1. Temperature of air 2. Humidity • Precautions to measure the wet‐bulb temperature: 1. The wick must be completely wet, so no dry areas of the wick are  in contact with the gas 2. The velocity of the gas should be large enough (at least 5m/s) to  ensure  that  the  rate  of  heat  flow  by  radiation  from  warmer  surroundings to the bulb is negligible in comparison with the rate of  sensible heat flow by conduction and convection from the gas to the  bulb. 3. If makeup liquid is supplied to the bulb, it should be at the wet‐ bulb temperature. 17 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAPWet bulb temperature theory 18 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAP19 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAP20 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAPCOOLING TOWERS Figure 19.5: Natural‐draft cooling tower. 21 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAPFigure 19.6: Typical cooling towers: (a) crossflow tower; (b) counterflow tower 22 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAP• A cooling tower is a special type of heat exchanger in which the warm water and the air are brought in direct contact for  ‘evaporative cooling’.  • It provides a very good contact of air and water in terms of the contact area and mass transfer coefficient of water vapor while  keeping air pressure drop low. • Enthalpy of air is lower than enthalpy of water. Sensible heat and  latent heat transfer take place from water drop to surrounding air.  Temperature profiles in cooling tower is presented in Figure 19.7 23 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAPFigure 19.7: Conditions in cooling tower: (a) , (b) at bottom oftower, (c) at top of tower 24 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAPFigure 19.8: Flow diagram of countercurrent gas‐liquid contactor 25 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAP• Thus, cooling is accomplished by sensible heat transfer from water to  air and evaporation of a small portion of water.  • The hot water which is coming from heat exchanger is sprayed at the  top of the cooling tower.  • Air enters through the louvers at the two opposite walls of the  cooling tower.  • During cooling process of water, around 2 water is evaporated. • Make water is used to compensate the water loss due to  evaporation. • Blowdown is there to drain a part of water containing solid deposit. 26 • The exit cold water from the cooling tower is used in the heat  Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAP exchangerorotherunitoperation 27 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAPFigure 19.9: Operating diagram for cooling tower; plot the enthalpy of the air versus  water temperature. 28 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAP29 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAP30 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAP31 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAP32 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAP33 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAPTutorial 4  • Problems: 19.1 19.3 19.6 19.10 Prepared by, Dr. Nora JULLOK/ UniMAP 34