ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Сушка из "Массообменные процессы химической технологии" В промышленности, в том числе и в химической, процессу сушки подвергаются разнообразные по свойствам материалы. В сушильной технике влажные материалы принято разделять на три группы каииллярно-иористые, коллоидные и коллоидные капиллярно-пористые тела. [c.234] Каииллярно-иористые материалы при удалении из них влаги практически не деформируются (кристаллические соли, древесные и искусственные угли и др.). Коллоидные вешества при сушке значительно уменьшают свои размеры, оставаясь эластичными (большинство продуктов пищевой промышленности). Капиллярно-пористые коллоидные вещества обладают промежуточными свойствами. [c.234] Четкое разграничение между этими группами провести трудно, поскольку не существует абсолютно жестких и идеально эластичных материалов, и в этом смысле все реальные вещества по существу относятся к третьей группе. Однако приведенное относительное разграничение оказывается удобным, так как в химической технологии многие материалы, подлежащие сушке, можно отнести к первой группе. При анализе процесса сушки таких веществ можно пренебречь изменением размеров тела. [c.234] Процесс удаления влаги из влажного материала сопровождается нарушением связи ее со скелетом вещества, на что затрачивается некоторая энергия. Построена классификация различных форм связи влаги с твердым веществом по величине энергии таких связей, согласно которой существуют связи трех видов [1] химическая, физико-химическая и физико-механическая. Химически связанная влага удерживается веществом посредством ионных или молекулярных связей наиболее прочно и не удаляется из влажных тел при нагревании до 100—120 °С. Количество химически связанной влаги определяется стехиометрическим соотношением, а ее удаление в большинстве случаев обусловливает изменение химического состава вещества, что выходит за рамки обычного процесса промышленной сушки влажных материалов. В дальнейшем процесс удаления химически связанной влаги здесь не рассматривается. [c.234] Физико-химически связанная влага для капиллярно-пористых материалов — это влага, удерживаемая на внутренней поверхности пор адсорбционными силами. В отличие от химически связанной, количество адсорбционной влаги для одного и того же материала может быть существенно различным в зависимости от внешних условий — температуры и влажности окружающей среды. [c.235] Наибольшую энергию связи имеет первый мономолекулярный слой адсорбированной влаги (см. гл. 4), а последний слой обладает наименьшим значением этой энергии связи. [c.235] Под физико-химически связанной влагой понимают жидкость, которая находится в крупных капиллярах, а также влагу смачивания, которую принимает тело при непосредственном контакте со свободной жидкостью. Физико-механическая влага удерживается в капиллярах избыточным капиллярным давлением, вызываемым силами поверхностного натяжения. [c.235] Основная масса капиллярной влаги не связана с телом физико-химиче-скими силами, поэтому удаление ее в процессе термической сушки требует затрат энергии, равных теплоте парообразования жидкости. [c.235] Макрокапилляры заполняются жидкой фазой только при непосредственном контакте с жидкостью. При этом происходит также смачивание наружной поверхности материала жидкой пленкой. На способность пленки удерживаться на материале поверхностными силами гидрофильного вещества в значительной степени влияет сила тяжести. Обычно количество влаги, удерживаемое телом в виде наружной пленки, мало по сравнению с количеством влаги, находящейся внутри капиллярно-пористой структуры материала. [c.235] Конкретный характер равновесной зависимости (изотермы сорбции) и величина гигроскопического влагосодержания в значительной степени зависят от вида распределения пор тела по размерам, Чем мельче поры, тем больще их суммарная, внутренняя поверхность и тем большее количество молекулярной влаги может быть адсорбировано телом. Большое количество микропор (г С 10 м) приводит к удержанию значительного количества капиллярно-конденсированной влаги. [c.236] В настоящее время теоретически получить уравнение изотермы сорбции для больщинства реальных материалов, подвергающихся промышленной сушке, не удается. Исключение составляют лишь некоторые адсорбенты (см. гл. 4). Наиболее надежным способом получения зависимости равновеснрго влагосодержания материала от температуры и относительной влажности окружающей среды являются экспериментальные измерения. Изотермы сорбции служат для определения минимального влагосодержания, которое может быть достигнуто асимптотически в процессе сушки того или иного материала воздухом определенных параметров. [c.236] Практически при любом способе сушки влажный материал находится в контакте с окружающей средой, которая выполняет роль субстанции, эвакуирующей пары влаги, выделяемые сохнущим материалом. При конвективной сушке внешняя среда является также теплоносителем, от которого влажный материал получает тепло. Наиболее распространенными сушильными агентами являются воздух, продукты сгорания того или иного топлива. [c.236] В процессе взаимодействия с влажным материалом сушильный агент принимает в себя удаляющуюся из материала влагу и за счет этого увеличивает свое влагосодержание. Значения параметров паровоздушной смеси и взаимосвязь этих параметров могут быть определены с помощью известной диаграммы Рамзина. [c.236] В процессе термической сушки существенным является изменение концентрации паров влаги в пограничном слое и изменение температуры сушильного агента около поверхности материала. Разность концентраций создает поток пара от поверхности, а разность температур между основной массой потока сушильного агента и материалом обеспечивает подвод тепла к влажному телу. [c.236] Анализ взаимосвязанных процессов переноса в наиболее общем виде осуществляется методами термодинамики необратимых процессов, в основе которой лежат следующие постулаты [2, 3]. [c.236] Соотношение (5.1) является основой для определения движущих сил процессов переноса. [c.237] Согласно системе (5.2), перенос, напрпмер, массы целевого компоиеита происходит под действием не только осиобиоп причины— градиента концентрации этого компонента, но и за счет иных независимых причин — градиентов температуры и давления. Общий поток массы складывается, таким образом, из трех слагаемых, каждое из которых обусловлено наличием градиента соответствующего потенциала переноса. Аналогично, общий поток тепла вызывается не только градиентом температуры, но также градиентами концентрации целевого компонента и общего давления. [c.237] Анализ системы уравнений переноса на основе общих положений термодинамики необратимых процессов в самой общей форме показывает, что молекулярный перенос вещества (целевого компонента), т. е. диффузия массы (массоироводность), и тепла (теплопроводность) вызывает движение среды. Следовательно, наличие градиентов концентрации и температуры оказывает влияние не толь о на процессы тепло- и массообмена, но влияет также и на гидродинамическую обстановку в системе, в частности на структуру пограничного слоя вблизи поверхности влажного тела. [c.237] В теории сущки ири анализе внешнего теило- и массообмена рассматривается система дифференциальных уравнений движения вязкой жидкости (1.1), (1.3), конвективной диффузии (1.22) и уравнения, описывающего иоле температуры в движущейся среде (1.27). В этой системе взаимное влияние процессов переноса импульса, массы и тепла учитывается не отдельными симметричными слагаемыми, как в уравнениях (5.2), а лишь зависимостью кинетических коэффициентов от иотеициалов переноса, например коэффициентов вязкого трения и диффузии — от температуры и концентрации. [c.238] Современные методы решения систем уравнений в частных производных второго порядка не позволяют проанализировать систему (1.1), (1.3), (1.22) и (1.27) в общем виде даже в рамках упрощений, принятых для пограничного слоя. [c.238] Вернуться к основной статье