Кинетика процесса конвективной сушки.

 

Процесс конвективной сушки характеризуется изменением во времени основных параметров влажного твердого материала и влажного воздуха. Закономерности изменения этих параметров во времени называются кинетикой процесса конвективной сушки.

Концентрация влаги в твердом материале больше равновесной, влага, испаряясь, перемещается из твердой фазы в газовую. В начальный момент времени влагосодержание материала постоянно во всем объеме, а в дальнейшем, вследствие испарения, влагосодержание материала у поверхности понижается, то есть в теле возникает градиент влагосодержания. Под их действием влага перемещается от центра тела к поверхности, испаряется в виде пара диффундирует в ядро газовой фазы.

Скорость сушки определяет изменение влагосодержания твердого материала по времени.

Вид кривой сушки для каждого твердого материала индивидуален (рис. 5.67).

АВ – соответствует периоду прогрева влажного материала.

ВС – период испарения поверхностной влаги.

CD – период падающей скорости.

 

 

 

В период прогрева подводимая к телу теплота расходуется на прогрев материала от начальной температуры до температуры мокрого термометра и на испарение части влаги (рис. 5.68).

В периоде постоянной скорости сушки влажность материала интенсивно уменьшается по линейному закону, вся теплота идет на интенсивное поверхностное испарение влаги, и температура материала остается постоянной, практически равной температуре испарения жидкости со свободной поверхности.

В периоде падающей скорости сушки испарение влаги с поверхности материала замедляется, его температура начинает подниматься и может достигнуть температуры газовой фазы . С уменьшением влажности материала вклад внутридиффузионного сопротивления в общее сопротивление процесса увеличивается, общее сопротивление диффузии возрастает, а скорость сушки падает. Снижается также концентрации пара у поверхности испарения, приближаясь к концентрации пара в газовой фазе.

критическое влагосодержание.

1- сушка тонких пористых материалов (бумага, тонкий картон),

2- сушка коллоидных тел,

3- сушка капиллярно-пористых тел,

4- сушка капиллярно-пористых тел сложной структуры.

 

Нижняя часть 4-кривой – удаление адсорбционной влаги, верхняя часть – удаление капиллярной влаги.

 

АДСОРБЦИЯ

Адсорбцией называют процесс поглощения вещества из смеси газов, паров или растворов поверхности или объемом пар твердого тела - адсорбента. Поглощаемое вещество, находящееся в газе, паре называется адсорбтивом, а поглощенное - адсорбатом.

Адсорбцию подразделяют на два вида: физическую и химическую.

Физическая адсорбция обусловлена поверхностными вандервальсовыми силами, удерживающими на поверхности адсорбента несколько слоев молекул адсорбата.

При химической адсорбции поглощаемое вещество вступают в химическое взаимодействие с адсорбентом с образованием на его поверхности химических соединений.

Силы притяжения возникает на поверхности адсорбента благодаря тому, что силовое поле поверхностных атомов и молекул не уравновешено силами взаимодействия соседних частиц.

Заполнение адсорбатом поверхности адсорбента частично уравновешивает поверхностные силы и уменьшает поверхностное натяжение. Это в конечном счете сводит к выделению тепла.

Следовательно, процессы адсорбции экзотермичны.

Процессы адсорбции избирательны и обратимы (десорбции).

Частным случаем хемосорбции является ионный обмен между твердым ионообменным сорбентом и раствором электролита. Кинетика, а также наружное оформление ионообменных процессов близких и адсорбционным.

 

Адсорбенты.

Адсорбенты - пористые тела, обладающие большим объемом микропор. В адсорбентах основное количество поглощенного вещества сорбируется на стенках микропор (r< м). Количество остальных пор, более крупных, сводимая к транспортированию адсорбента вещества к макропорам.

Поглотительная (адсорбционная) способность адсорбентам- максимально возможная концентрация адсорбтива в станице массы или объема адсорбента. Максимально возможную в данных условиях поглотительная способность адсорбента называют равновесной активностью.

Статическая активность (Аст)- количество вещества, поглощенного единицей массы адсорбента от начало до равновесия при статических условиях.

Динамическая активность (Адин) - при движении смеси через слой адсорбента.

Аст > Адин. Расчеты ведут по Адин.

По химическому составу адсорбенты можно разделить на углеродные и не углеродные.

Углеродные - активные углероды, углеродные возможности материалы,меняют виды твердого топлива.

Удельная поверхность активных углей (6 ÷17)·

Не углеродные- активный оксид алюминия, алюмогели, цеолиты, глинистые породы.

Силикагель- (4÷8)·

Алюмогель- до 4 ·

Глинистые породы применяют для очистки жидкостей от различных смесей.

 

Равновесие при адсорбции.

Равновесная концентрация ( чистого адсорбента) поглощаемого вещества в адсорбенте м.б. представлена

Или, в случае адсорбции газов:

(р,Т)

Здесь у- концентрация адсорбтива в объемной фазе, р- парциальное давление адсорбтива в объемной фазе. Зависимость или при T=const называется адсорбции.

Равновесное зависимость описываются рядом эмпирическая и теоретических уравнений.

Одна из них уравнение Лангмюра:

 

Здесь - предельная величина адсорбции, при полном затемнение внутренних пор мономолекулярным слоем адсорбата, b- константа.

Рис 6.1. Изотермы адсорбции.

 

 

1-Изотерма Лангмюра,

2,3- реальные изотермы.

Отклонение 2 и 3 от 1 объясняется, что адсорбция не является мономолекулярной, а осуществляется в нескольких слоях молекул.