30. Массопередача в системах с твердой фазой. Массопроводность. Дифференциальные уравнения массопроводности.

Технологические процессы, скорость протекания которых определяется скоростью переноса вещества (массы) из одной фазы в другую, называются массообменными процессами, а аппаратура, предназначенная для проведения этих процессов, - массообменной аппаратурой.

Массопередача – переход вещества (или нескольких веществ) из одной фазы в другую в направлении достижения равновесия.

Массопередача в системах с твёрдой фазой представляет собой особенно сложный процесс. В этом процессе, кроме массоотдачи от поверхности раздела фазы в поток жидкости (газа, пара), имеет место и перемещение вещества в твёрдой фазе массопроводностью.

К указанным процессам представляется возможным отнести процессы адсорбции, сушки и выщелачивания (извлечение вещества растворителем из пор твёрдого тела).

Количество вещества, переместившегося в твёрдой фазе за счёт массопроводности, пропорционально градиенту концентрации, площади, перпендикулярной направлению потока вещества, и времени, то есть:

.

В этом уравнении коэффициент пропорциональности К (м²/ч), имеющий размерность коэффициента диффузии, может быть назван коэффициентом массопроводности.

Коэффициент массопроводности зависит от природы проходящего процесса (адсорбция, сушка, выщелачивание), от ряда факторов, определяющих величину коэффициента молекулярной диффузии, и от структуры твёрдого пористого тела.

31. Процесс сушки. Технические способы проведения процесса. Виды связи влаги с материалом.

Сушкой называется процесс удаления влаги из твёрдых влажных материалов путём её испарения и отвода образующихся паров.

Сушка в технике осуществляется двумя основными способами:

а) нагреванием влажных материалов теплоносителем через твёрдую непроницаемую перегородку – так называемый процесс контактной сушки;б) нагреванием влажных материалов путём непосредственного контакта с газовым теплоносителем (воздух, поточные газы и др.) – так называемая газовая, или воздушная сушка.

Иногда тепло потводится к высушиваемому материалу токами высокой частоты или инфракрасными лучами; указанные способы сушки называют соответственно диэлектрической и радиационной сушкой.

Давление водяного пара в высушиваемом материале зависит от влажности материала, температуры и характера связи влаги с материалом.

Различают несколько форм связи влаги с материалом (в порядке убывающей энергии связи):

= Химически связанная влага. Под химически связанной влагой понимают воду гидроокиси, которая в результате реакции гидратации вошла в состав гидроокисей и соединений типа кристаллогидратов. Связь нарушается только в результате химического взаимодействия (иногда в результате прокаливания), и влага не удаляется при сушке.

= Адсорбционно-связанная влага. Влажность обусловлена адсорбцией воды на наружной поверхности материала и на поверхности его пор. Осмотически связанная влага находится внутри структурного скелета материала и удерживается осмотическими силами. В этих случаях связь воды с материалом имеет физико-химическую природу.

= Капиллярно связанная влага заполняет макро- и микрокапилляры. Она механически связана с материалом и наиболее легко удаляется. Давление пара над поверхностью материала тем меньше, чем прочнее связь между водой и материалом. Наиболее прочна эта связь у гигроскопичных веществ. Давление пара над ними наиболее отличается от давления насыщенных паров.

,

где - тепло, расходуемое на испарение свободной воды; - энергия, расходуемая на преодоление связи влаги с материалом.

= Биологически связанная влага