Интенсивность испарения влаги

; гдеW – количество влаги; F – поверхность материала; – время сушки,

m – интенсивность испарения влаги - связана с механизмом теплообмена влажного материала с окружающей средой. Процесс очень сложный и состоит из стадий перемещения влаги из глубины материала к поверхности и от поверхности в окружающую среду.

Испарение влаги с поверхности материала. Процесс происходит вследствие диффузии пара через пограничный слой воздуха у поверхности материала (внешняя диффузия). Процесс обусловлен движущей силой – разностью концентраций или парциальных давлений пара у поверхности и в окружающей среде. Кроме того, существует мольный перенос и термодиффузия (из-за перепада температур).

Перемещение влаги внутри материала. При испарении влаги с поверхности материала внутри материала возникает градиент влажности, в результате чего происходит перемещение влаги из глубины. В I период влажность внутри велика, лимитирующей стадией является скорость поверхностного испарения (внешняя диффузия). На II периоде лимитирующей стадией становится внутренняя диффузия. Перенос влаги внутри материала называется влагопроводностью. Интенсивность потока влаги пропорциональна градиенту концентрации влаги ; . (Минус, т.к. влага движется от большей к меньшей концентрации). k – коэффициент влагопроводности, зависящий от формы связи влаги с материалом, влажности материала, температуры сушки, определяется экспериментальным путём.

Скорость уменьшения влажности материала может быть выражена общим дифференциальным уравнением влагообмена: , где δ – коэффициент термовлагопроводности; - оператор Лапласа.

В случае одномерной задачи: . Зная закон распределения влажности в материале в начале сушки и выражение для плотности потока влаги с поверхности материала окружающую среду это дифференциальное уравнение можно решить. Интегрируя, получаем: ; где: N – скорость сушки; - начальная и первая критическая влажности; τ_К1 – время сушки за весь первый период. Это уравнение является уравнением прямой ВС на кривой сушки. Продолжительность периода первой стадии сушки: .

Продолжительность сушки на стадии падающей скорости определить сложнее из-за сложности конфигурационных кривых скорости сушки. Продолжительность сушки здесь определяют с помощью коэффициента скорости сушки k_С. Для расчёта k_С используют экспериментальную кривую скорости сушки для материала.

Уравнение скорости сушки для второго периода . Интегрируя это уравнение можно получить продолжительность сушки за II период. Существуют и другие методы расчётов продолжительности сушки (эмпирические). Их общий недостаток – они пригодны только для тех условий и материалов для которых получены.

Адсорбция

Адсорбция газовая – поглощение газов или паров из газовых смесей твёрдыми поглотителями (адсорбентами).

Адсорбция процесс избирательный и обратимый. В промышленности процесс применяется для разделения смесей (например: выделение бензола из паро-газовой смеси).

Виды адсорбентов – в качестве адсорбентов используются твёрдые ма­териалы с высокой пористостью. Это силикагель, активированные угли, активированные серной кислотой глины. В последнее время разрабатываются специальные адсорбенты – синтетические цеолиты – молекулярные сита. Они применяются для разделения смесей газов по размерам молекул. Диаметр их пор приблизительно 4,5¸12Ǻ.

Равновесие при адсорбции

При адсорбции происходит концентрация молекул поглощаемого вещества на поверхности адсорбента. На величину адсорбции влияют:1) природа поглощаемого вещества; 2) температура; 3) давление; 4) примеси в фазе, из которого поглощается вещество.

Равновесные зависимости и называются изотермами адсорбции. Изотермы определяются экспериментально. Вид зависимости определяется природой поглощаемого вещества, свойствами адсорбента, температурой и давлением процесса. Повышение температуры и понижение давления отрицательно сказываются на процессе адсорбции.

Адсорбенты характеризуются статической и динамической активностью. Динамическая активность - количество вещества, поглощаемого единицей массы адсорбента за время от начала адсорбции до начала «проскока». Статическая активность - количество вещества, поглощаемое тем же количеством адсорбента за время от начала адсорбции до установления равновесия. Активность зависит от температуры газа и концентрации поглощаемого компонента. Динамическая активность больше статической. При адсорбции выделяется значительное количество тепла. Адсорбция практически всегда сочетается с десорбцией. Десорбции будет способствовать повышение температуры адсорбента, понижение давления над адсорбентом и наличие в фазе над адсорбентом конкурирующего (вытесняющего) вещества. Обычно десорбцию проводят с применением водяного пара. Смесь адсорбтива и водяного пара направляют в конденсатор, где продукт отделяется от воды отстаиванием или ректификацией.