Вопросы для самоконтроля
Назовите наиболее рациональные области применения адсорбции.
Дайте характеристику основных промышленных адсорбентов.
Раскройте сущность статической и динамической активности адсорбентов.
Что понимают под адсорбционным потенциалом?
Охарактеризуйте равновесие при адсорбции. Раскройте принцип построения изотерм адсорбции.
Как составляется материальный баланс адсорбции?
Раскройте особенности кинетики процесса равновесной адсорбции.
Покажите устройство и принцип действия адсорберов с неподвижным слоем адсорбента.
Покажите устройство и принцип действия адсорберов с псевдоожиженным и плотным движущимся слоями адсорбента.
Перечислите методы регенерации адсорбентов.
Раскройте принципы и назовите стадии расчета адсорберов.
Сформулируйте основы ионного обмена.
Глава 21 сушка
Сушкой называется процесс удаления влаги из веществ (обычно твердых тел) путем ее испарения и отвода образующихся паров. Часто тепловой сушке предшествуют механические способы удаления влаги (отстаивание, фильтрование, центрифугирование и др.).
Во всех случаях при сушке в виде пара удаляется легколетучий компонент (вода, органический растворитель и т. д.). Этот процесс применяется обычно или на конечной стадии технологического процесса с целью обеспечения высоких физико-механических характеристик получаемых продуктов, или на промежуточных стадиях, если удаление растворителя необходимо по технологическим соображениям.
По физической
сущности сушка является процессом
совместного тепломассопереноса и
сводится к перераспределению и перемещению
влаги под воздействием теплоты из
глубины высушиваемого материала к его
поверхности и последующему ее испарению.
В процессе сушки влажное тело стремится
к состоянию равновесия с окружающей
парогазовой средой, поэтому его
температура tl,
и влагосодержание
в общем случае являются функцией времени
(τ) и координат (х,
у, z):
,
(21.1)
.
(21.2)
Под влагосодержанием w° понимают отношение массы влаги W, содержащейся в теле, к массе абсолютно сухого тела Gc:
w°= W/Gс.
В практике используют и понятие влажности w (в связи с тем что обычно удаляется не вся влага):
.
При малых значениях влагосодержания w°«1 величина 1 + w°≈1 и величины w и w° практически не различаются. Зависимостью температуры влажного тела от времени можно пренебречь, если она становится равновесной много быстрее, чем влагосодержание.
Уравнения (21.1) и
(21.2) описывают динамику нагрева и сушки
тела. Их решения (в конкретных формах)
даю т информацию о профилях температур
и влагосодержания. Что касается кинетики
процесса, то она характеризуется
изменением средних по объему влагосодержаний
и температур
:
,
(21.3)
.
(21.4)
При этом под интенсивностью сушки понимают ее скорость —d /dτ, которая по мере приближения к состоянию равновесия уменьшается (в дальнейшем знак минус перед производной —d /dτ опускается). Скорость процесса является функцией ряда факторов, и в первую очередь внутренней структуры материала и его тепло-физических свойств, размеров, формы и состояния внешней поверхности.
По способу подвода теплоты различают:
конвективную сушку, проводимую путем непосредственного контакта материала и сушильного агента. Подвод теплоты осуществляется газовой фазой (воздух или смесь воздуха с продуктами сгорания топлива), которая в процессе сушки охлаждается с увеличением своего влагосодержания;
контактную (кондуктивную) сушку, которая реализуется путем передачи теплоты от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку;
радиационную сушку - путем передачи теплоты инфракрасным излучением;
сублимационную сушку, при которой влага удаляется из материала в замороженном состоянии (обычно в вакууме);
диэлектрическую сушку, при которой материал высушивается в поле токов высокой частоты.
Следует отметить, что при любом способе организации процесса материал находится в контакте с влажным газом. Поэтому целесообразно рассмотреть физические свойства влажного газа. В большинстве случаев удалению из материала подлежит вода, поэтому обычно рассматривают систему сухой воздух-пары воды.