Процессы переноса в капиллярно-пористых материалах

Современные интенсивные режимы конвективной сушки не слишком мелких мелкопористых материалов могут приводить к возникновению градиентов избыточного внутреннего давления и заметному фильтрационному переносу влаги внутри капиллярно-пористого материала. Расчеты по имеющимся решениям упрощенных задач [2] и непосредственные измерения [11] показывают, что максимум избыточного давления в процессе сушки перемещается от поверхности в глубь материала и на первых стадиях процесса конвективной термической сушки влага вследствие фильтрационного переноса частично перемещается в центральные зоны частицы. [c.275]

Термическая сушка представляет собой весьма сложный процесс совместного переноса массы и теплоты внутри и вне капил-лярно-пористых материалов, сопровождающийся фазовым переходом влаги из жидкого и адсорбированного состояния внутри влажного материала в паровую фазу. Теплота, необходимая для испарения влаги, при конвективной сушке передается вначале от потока горячего сушильного агента к наружной поверхности материала. Затем теплота переносится внутри капиллярно-пористого материала за счет двух элементарных механизмов теплопроводности и конвекции (см. гл. 3), т. е. вследствие образующегося градиента температуры по толщине материала и за счет возникающего в процессе сушки перемещения жидкой и паровой фаз влаги внутри пористой структуры. По сравнению с относительно простыми задачами теплообмена, рассматриваемыми в гл. 3, здесь кондуктивный поток теплоты (см. закон теплопроводности (3.1)) распространяется параллельными потоками как по твердой основе (скелету) капиллярно-пористого материала, так и по влаге, заполняющей в форме жидкой и паровой фаз пространство пор. Оценка конвективных потоков теплоты (см. формулу (3.2)) здесь также существенно затруднена тем обстоятельством, что значения скоростей перемещения жидкой и паровой фаз по капиллярам не являются заданными величинами, но сами представляют собой функции происходящего сложного процесса сушки. [c.569]

По аналогии с тепловыми процессами, где потенциал переноса теплоты (т. е. температура t) связан с понятием теплосодержания I через теплоемкость с I = t, в теории массопереноса внутри капиллярнопористых материалов влагосодержание и связывается с потенциалом переноса влаги 0 через понятие влагоемкости с и = с 0. Величина с , характеризует свойство капиллярно-пористого материала увеличивать значение потенциала переноса влаги при сообщении материалу единичного количества влаги (аналогично тому, как теплоемкость вещества определяет, сколько теплоты необходимо подвести к веществу, чтобы его температура повысилась на один градус). [c.570]

В противоположных случаях, когда В1 > 50, можно пренебречь относительно малым значением наружного диффузионного сопротивления и при анализе процесса принимать во внимание только сопротивление переносу влаги внутри капиллярно-пористого материала. В условиях такой внутренней задачи увеличивать скорость удаления влаги из материала можно только за счет уменьшения внутреннего сопротивления влагопереносу. Это удается сделать только измельчением частиц сушимого материала (разумеется, если это возможно), поскольку изменять внутреннюю пористую структуру материала практически невозможно влияние внешних факторов на величину внутреннего сопротивления при этом незначительно. Некоторая интенсификация процесса сушки все же возможна и здесь - путем повышения температуры сушильного агента, что обычно приводит к повышению температуры внутри влажного материала, а следовательно, - к уменьшению вязкости жидкой влаги, что снижает потери на трение при перемещении влаги по капиллярно-пористой структуре. Условия, соответствующие внутренней задаче процесса сушки, наиболее типичны для материалов с сильной связью между влагой и микропористой структурой материала (древесина, полиамиды, пропилен и т. п.). [c.573]

Для того чтобы практически можно было пользоваться системой уравнений (5.18) при анализе реальных процессов сущки, необходимо иметь информацию о величинах всех коэффициентов переноса, вычисление которых на основе теоретических представлений о структуре капиллярно-пористых тел и о характере связи влаги со скелетом материала в настоящее время не представляется возможным. Поэтому все имеющиеся в литературе сведения о коэффициентах тепло- и массопереноса влажных тел основаны на экспериментальных данных. [c.245]

Оценивая результаты современной теории внутреннего тепло- и массопереноса, следует отметить, что развиваемый ею подход в известной мере является формальным, поскольку все многообразие элементарных актов переноса массы внутри капиллярно-пористой структуры влажного материала заменяется здесь неким эффективным градиентным переносом влаги. Система дифференциальных уравнений (5.17), (5.21) и (5.22) не учитывает всех перекрестных влияний отдельных видов тепло- и массопереноса, как это следует из представлений термодинамики необратимых процессов. Анализ процессов тепло- и массообмена на строгой термодинамической основе в настоящее время затруднителен, поскольку соотношение взаимности кинетических коэффициентов для капиллярно-пористых влажных тел не выполняется. [c.254]

В литературе, посвященной процессам экстрагирования нз твердых материалов, рассматриваются [13] модельные представления о кинетике извлечения, в которых учитываются эффекты адсорбции целевого компонента на внутренней поверхности пор материала, возможные эффекты капиллярного и фильтрационного процессов переноса вещества внутри капиллярно-пористых материалов. [c.141]

Перенос влаги внутри капиллярно-пористых материалов оказывается весьма сложным. Анализ показывает, что процесс переноса массы в такого рода материалах может происходить за счет более чем десяти одновременно действующих физических эффектов, из которых основную роль в большинстве случаев играют обычное вязкое течение влаги по капиллярам под действием разности давлений, возникающих внутри пористой структуры влажного материала вследствие процессов внутреннего испарения влаги и возможной конденсации ее паров капиллярное течение жидкой фазы, вызываемое силами поверхностного натяжения внутри тонких пор переменного сечения специфическое для неизотермических процессов сушки так называемое термоградиентное течение жидкой фазы в направлении уменьшающейся температуры (обычно в направлении от наружной поверхности [c.569]

Постоянство температуры материала в первом периоде сушки объясняется преобладающим значением наружного диффузионного сопротивления процессу отвода парообразной влаги с наружной поверхности материала по сравнению с сопротивлением переносу жидкой влаги по капиллярно-пористой внутренней структуре. Действительно, в начале процесса сушки, когда влагосодержание материала еще достаточно велико, все его поры заполнены влагой. Эквивалентные диаметры капилляров и пор реальных материалов имеют различные значения (см. гл. 9), следовательно, на первой стадии сушки, при еще высоком значении влагосодержания влага присутствует не только в мелких, но и в наиболее крупных порах. Перемещение влаги по капиллярам значительного диаметра происходит сравнительно легко, поскольку гидравлическое сопротивление канала при ламинарном режиме течения по нему вязкой жидкости обратно пропорционально квадрату диаметра [c.577]

Анализ непрерывных процессов сушки материалов в условиях изменяющихся параметров сушильного агента при кинетике сушки, зависящей от внутреннего сопротивления влагопереносу, оказывается значительно более сложным, поскольку процессы переноса влаги и теплоты внутри капиллярно-пористых материалов весьма инерционны по отношению к изменению параметров сушильного агента. Вследствие этого поля влагосодержания и температуры внутри влажного материала не успевают перестраиваться в соответствии с изменением температуры и влагосодержания сушильного агента по длине сушильного аппарата. Более того, даже в тех случаях, когда параметры сушильного агента, с которым контактирует материал, можно полагать постоянными, оказывается необходимым учитывать эксперимен- [c.588]

Эта система дифференциальных уравнений описывает перенос тепла и влаги в капиллярно-пористом теле в процессе его сушки и перенос тепла и вещества в химических процессах (обжиг и т. д.). Термодинамика необратимых процессов открывает большие возможности для исследования силикатов. Однако для решения системы дифференциальных уравнений, которые можно составить при использовании экспериментального материала, полученного непосредственно в процессах термической обработки силикатов, требуется знание определенных краевых условий, которые в настоящее время не всегда доступны. [c.46]

Таким образом, перенос тепла внутри материала перемещающимся паром является решающим в процессе контактной сушки тонких капиллярно-пористых тел. [c.274]

Нагрев влажного материала токами высокой частоты происходит достаточно интенсивно, поэто.му скорость фазового превращения внутри материала превышает скорость переноса массы вещества (пара). Вследствие этого внутри. материала возникает градиент общего давления при температурах материала 60° С. Начало возникновения поля давлений зависит от -мпературы материала, его капиллярно-пористой структуры и интенсивности процесса. Впервые это явление при высокочастотном нагреве было обнаружено Г. А. Максимовым. [c.310]

Разумеется, результаты аналитических решений вида (3.21) — (3.25) несколько громоздки, но все же они могут быть использованы для численных расчетов процесса сушки дисперсных материалов, тем более, что ряды в таких решениях быстро сходятся для обычно значительных величин времени сушки влажных материалов. Необходимо вновь отметить, что аналитические решения предполагают постоянными и известными значения всех коэффициентов переноса влаги и теплоты внутри капиллярно-пористых частиц и коэффициента фазового превращения е. Кроме того, решения (3.21) — (3.25) задачи совместного тепломассопереноса — это, по-существу, лишь первое приближение, поскольку значение критерия рь, которое принималось постоянным, в действительности должно быть найдено в результате дифференцирования распределений средних значений влагосодержания и температуры материала по высоте движущегося слоя. Иными словами, вычисление среднего по высоте слоя значения критерия РЬ из полученных решений (3.24), (3.25) дает возможность, во-первых, определить действительный диапазон изменения РЬ в условиях конкретной задачи и, во-вторых, получить новую усредненную величину РЬ, которую можно использовать в решениях (3.21) — (3.25) в качестве второго приближения. [c.88]

При интенсивном нагреве влажного тела внутри его пористой структуры происходит процесс парообразования. Возникающее при этом избыточное давление не успевает мгновенно релаксиро-ваться через пористую структуру материала, и появляющийся градиент давления внутри капиллярно-пористого материала вызывает перемещение влаги. Поэтому в общее уравнение для потока влаги вводится слагаемое, соответствующее переносу влаги под действием возникающего во влажном материале избыточного давления /ф = —Кф /Р, где /Сф — коэффициент фильтрационной проницаемости пористого материала. Общее уравнение имеет вид [c.109]

При анализе процессов сушки существенно иметь в виду, что скорость массообмена, в результате которого влага из капиллярно-пористого материала в конечном счете оказывается перенесенной в поток сушильного агента, зависит от двух основных сопротивлений процессу переноса массы от сопротивления внутреннему переносу влаги, оказываемого капиллярно-пористой структурой материала, и от внешнего диффузионного сопротивления, которое оказывает пограничный слой сушильного агента, существующий у наружной поверхности материала. Эти два сопротивления преодолеваются удаляемой из материала влагой последовательно, т. е. в процессе сушки влага вначале проходит из глубинных зон материала через его пористую структуру к наружной поверхности, а затем пары влаги за счет диффузии поперек пограйичного слоя должны пройти от наружной поверхности сушимого материала в основной поток сушильного агента. [c.571]

Теоретически наиболее полно изучен процесс сушки твердых капиллярно-пористых тел — частный случай совместного тепломассообмена, протекающего одновременно и взаимосвязанно внутри высушиваемого влажного материала. Аналитическая теория переноса теплоты и массы внутри капиллярно-пористого материала, разработанная акад. АН БССР А. В. Лыковым и его школой [1], в настоящее время в значительной мере закончена. Следует отметить, что это относится к случаю, когда кинетические коэффициенты переноса можно считать постоянными. [c.60]

Процесс массопереноса состоит, как правило, из нескольких последовательных стадий. Иными словами, поток компонента, переносимого из одной фазы в другую, преодолевает несколько последовательных сопротивлений. Так, при кристаллизации из растворов кристаллизующееся вещество вначале преодолевает сопротивление слоя жидкости у поверхности кристалла, а затем происходит собственно присоединение подведенного вещества к кристаллической рещетке. При экстрагировании целевой компонент транспортируется из пористой структуры твердого вещества, а затем отводится от наружной поверхности в основную массу экстрагента. Адсорбция обычно состоит из трех последовательных стадий подвода адсорбтива из потока парогазовой смеси к наружной поверхности твердого поглотителя, проникновения целевого компонента внутрь пористого массива адсорбента и присоединения молекул адсорбтива к активным центрам на внутренней поверхности пор поглотителя. Процесс сушки заключается в перемещении влаги по капиллярно-пористой массе высушиваемого материала, после чего происходит транспорт влаги от поверхности в псггок сушильного агента. Параллельно с транспортом вещества при термической сушке происходит перенос тепла. Каждая из последовательных стадий имеет свое сопротивление, а его общая величина равна сумме отдельных сопротивлений. [c.14]

Пойятие потенциала 0 суммарно учитывает все потенциалы элементарных переносов массы, которые зависят в основном от температуры и влагосодержания (см. гл. 1). Так, например, капиллярный потенциал переноса включает в себя поверхностное натяжение жидкости, которое зависит от температуры, и среднюю кривизну капилляров, еще не освободившихся от жидкой фазы. В процессе сушки первыми освобождаются от влаги наиболее крупные поры, следовательно, среднее значение радиусов пор, еще заполненных жидкостью, уменьшается по мере снижения влагосодержания влажного материала. Таким образом, потенциал переноса влаги является функцией локальных значений температуры и влагосодержания капиллярно-пористого тела 0(i, и). [c.241]

Интенсивный нагрев влажного тела вызывает процесс парообразования внутри его пористой структуры. Возникающее при этом избыточное давление паров не успевает релаксироваться через пористую структуру материала, и появляющийся градиент внутреннего давления УЯ вызывает в капиллярно-пористом материале дополнительное перемещение влаги. Поэтому в уравнение потока влаги (5.15) вводится слагаемое фильтрационного переноса влаги /ф = —Кф Р, где Кф — коэффициент фильтрационной проницаемости пористого материала. Уравнение внутреннего переноса влаги в таком случае принимает вид [c.272]

По аналогии с тепловыми процессами, где потенциал переноса теплоты (т. е. температура I) связан с понятием энтальпии (теплосодержания) I через теплоемкость 1= сТ, в теории массопереноса внутри капиллярно-пористых материалов его влагосодержание 11 связывается с потенциалом нереноса влаги 0 через вводимое понятие вдагоемкости с и = с . По аналогии с тешюемкостью с величина вдагоемкости характеризует свойство каииллярно-пористого материала увеличивать значение потенциала 0 при сообщении материалу единичного количества влаги. [c.216]

В первом периоде постоянной скорости сушки пре-oбJiaдaющим является наружное диффузионное сопротивление отводу образующихся паров влахи от поверхности материала в поток сушильного агента, тогда как сопротивление переносу жидкой влаги внутри капиллярно-пористой структуры материала весьма незначительно, поскольку крупные поры (с малым гидравлическим сопротивлением переносу влаги из внутренних зон материала к е10 наружной поверхности) еще заполнены влагой. В процессе обезвоживания материала крупные поры первыми освобождаются от влаги, и в дальнейшем ее приходится удалять из мелких 1юр, обладающих значительным гидравлическим сопротивлением. Пфемещение атаги к поверхности уже не успевает обеспечивать прежнюю скорость ее испарения с наружной поверхности материала, и общая скорость сушки начинает непрерьшно уменьшаться вслед за возрастанием внухреннего сопротивления переносу влаги по капиллярно-пористой структуре материала. [c.218]

Для движения потока в изотропной однородной пористой среде (в условиях капиллярной-модели) характерна пропорциональность коэффициента конвективной диффузии средней скорости потока. Известно, что поток жидкости (или газа), двигаясь в системе взаимно связанных капилляров (в насыпанном слое мелкозернистого твердого материала), интенсивно перемешивается. Таким образом, скорость потока изменяется случайным образом, в зависимости от, геометрических и гидравлических парайетров пористой среды. При введении в поток индикатора, не влияющего на свойства жидкости (газа) и режим ее движения, можно установить связь между концентрацией индикатора и локальной скоростью его частиц. Эта-связь будет характеризоваться законом диффузии в турбулентном потоке [24, 25]. Причем следует отметить, что процесс переноса динамически нейтральной примеси не зависит от коэффициента молекулярной диффузии, который обычно мал по сравнению с коэффициентом конвективной диффузии. Другими словами, коэффициент конвективной диффузии определяется такими осредненными параметрами, как скорость потока, ее вязкость и гидравлический, радиус (или другой определяющий линейный размер пористой среды). В качестве структурного параметра можно также использбвать порозность или коэффициент проницаемости с учетом коэффициента формы частиц или пор. [c.39]

При этом кеобходилмо отметить, что влажные материалы представляют собой капиллярно-пористые коллоидные тела. Форма связи поглощенного вещества (влаги) с веществом самого тела оказывает основное влияние на механизм переноса тепла и вещества внутри тела, и также на технологию сушки. Материалы, подвергаемые сушке, имеют самые разнообразные формы связанной влаги. Если основная часть влаги связана осмотически, то такой материал по своим свойствам приближается к коллоидным телам и закономерности в процессе сушки этого материала близки к закономерностям сушки коллоидного тела.. Поэтому, чтобы не рассматривать процесс сушки множества материалов, остановимся на двух типичных телах капиллярно-пористое те то (кварцевый песок), коллоидное тело (желатина) и на некоторых промежуточных по своим свойствам телах (капиллярно-пористые коллоидные тела глина, древесина, торф). [c.131]

Анализ полей влагосодержания и температуры приводит к заключению, что механизм переноса тепла и вещества при контактной сушке тонких материалов коренным образом отличается от механизма тепло- и массообмена при конвективной сушке. Причины этого следует искать как в особенностях процесса передачи тепла непосредстван ным соприкосновением влажного материала с греющей пазерхностью, так и в структуре сушимого капиллярно-пористого тела. [c.278]

Теоретически наиболее полно изучен процесс сушки твердых капиллярно-пористых тел. Этот процесс является частным случаем совместного тепло- и массообмена, протекающего одновременно и взаимосвязанно внутри высушиваемого влажного материала. Аналитическая теория переноса тепла и массы внутри капиллярнопористого материала, разработанная акад. БАССР А. В. Лыковым и его школой [1], в настоящее время является в значительной мере законченной. Следует отметить, что это относится к случаю, когда кинетические коэффициенты переноса можно считать постоянными. В литературе, однако, имеется немало данных, свидетельствующих о значительных изменениях коэффициентов переноса в процессе сушки материала. [c.247]

Лимитирующий характер молекулярного переноса в капиллярно-пористых материалах предопределяет деструктурирование материала, когда это допустимо, и увеличение поверхности контакта как одно из направлений интенсификации процесса экстрагирования. [c.104]

Мембраны, применяемые для процесса первапорации, представляют собой асимметричные или композиционные мембраны. Как и в случае мембран для газоразделения, пористая под)южка должна иметь открытую пористую структуру для уменьшения сопротивления переносу пара и предотвращения капиллярной конденсации. Существенное требование, предъявляемое к пер-вапорационным мембранам, — это устойчивость материалов мембраны к компонентам разделяемой смеси при повышенных температурах. Сравнительно высокие температуры жидкой смеси необходимы для поддержания достаточно большой движущей силы процесса испарения через мембрану, которой является разность парциальных давлений паров компонентов разделяемой смеси по разные стороны от мембраны. Выбор полимерного материала в значительной мере зависит от того, для решения какой задачи предназначена мембрана. В отличие от газоразделения, при испарении через мембрану эластомеры в результате сильного набухания могут обладать не большими проницаемостями, чем стеклообразные полимеры. К полимеру предъявляются два противоречивых требования. С одной стороны, мембрана не должна набухать слишком сильно во избежание существенного уменьшения селективности. С другой стороны, при низкой растворимости выделяемого компонента в полимере и недостаточном набухании слишком низким оказывается поток вещества через мембрану. Полимеры, имеющие аморфную структуру (стеклообразные полимеры или каучуки), могут оказаться [c.432]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология