19. Физические основы процесса адсорбции.

При адсорбции молекулы газа или пара концентрируются на поверхности адсорбера под влиянием молекулярных сил притяжения. Этот процесс часто сопровождается химическим взаимодействием, а также конденсацией пара в капиллярных порах твердого адсорбента.

При достаточном времени соприкосновения фаз наступает адсорбционное равновесие, при котором устанавливается определенная зависимость между концентрацией адсорбированного вещества Х (кг/кг адсорбента) и его концентрацией Y в фазе, соприкасающейся с адсорбентом:

Х=АY^1/n, где

Y – равновесная концентрация, кг/кг инертной части парогазовой смеси или раствора;

А и n – коэффициенты, определяемый опытным путем, причем n≥1.

Эта зависимость соответствует определенной температуре и изображается кривой – изотермой адсорбции (рисунок)

Уравнение может быть представлено в другом виде:

Х=А₁Р^1/n, где

А₁ – коэф-т пропорциональности

Р – равновесное давление поглощаемого вещества в парогазовой смеси.

Основными факторами, влияющими на протекание процесса адсорбции, являются: свойства адсорбента, температура, давление, свойства поглощаемых веществ и состав фазы, из которой они адсорбируются.

Равновесная концентрация Х уменьшается с повышением температуры и увеличивается с возрастанием давления.

22 Сушка материалов. Общие сведения.

Тепловая сушка, или просто сушка, представляет собой про­цесс удаления влаги из твердых влажных материалов путем ее испарения и отвода образующихся паров. Сушка является наи­более распространенным способом удаления влаги из твердых и пастообразных материалов и проводится двумя основными способами:

1 путем непосредственного соприкосновения сушильного агента (нагретого воздуха, топочных газов) с высушиваемым материалом — конвективная сушка;

2 путем нагревания высушиваемого материала тем или иным теплоносителем через стенку, проводящую тепло, — кон­тактная сушка.

Принципиальные схемы сушки этими способами

_{а -конвективная; б- контактная.}

Сушка производится также путем нагревания высушиваемых материалов токами высокой частоты (диэлектрическая сушка) или инфракрасными лучами (радиационная сушка).

В особых случаях применяется сушка некоторых продуктов в замороженном состоянии при глубоком вакууме — сушка возгонкой, или сублимацией.

23. Термодинамические свойства влажного воздуха.

В технической термодинамике и в теории кондиционирования воздух рассматривается как двойная (бинарная) смесь 1 кг сухого воздуха (первый компонент) и кг паров воды (второй компонент). Величина называется влагосодержанием. Таким образом, рассматриваются свойства и поведение массы кг влажного воздуха.

Количество водяных паров в воздухе может увеличиваться до определенной величины , являющейся максимально возможной при заданных температуре (в дальнейшем будем называть ее температурой по сухому термометру) и барометрическом давлении . При влагосодержании воздух называется ненасыщенным и пары воды в нем перегреты, а при влагосодержании он называется влажным насыщенным (или просто насыщенным).

Количество водяных паров, содержащихся в 1 м³ влажного воздуха, называется абсолютной влажностью воздуха. Водяной пар занимает весь объем смеси, поэтому абсолютная влажность воздуха равна массе 1 м³ водяного пара, или плотности пара р_п в кг/м³.

Относительной влажностью воздуха называют отношение абсолютной влажности к его абсолютной влажности в состоянии насыщения при температуре :

. (5.55)

Величины и представляют собой плотности пара, связанные с влагосодержанием формулами

и , (5.56)

в которых , и определяются из уравнения Клапейрона, записанного для сухой части воздуха и паров воды в :

, , (5.57)

. (5.58)

Газовые постоянные в (5.57), (5.58) для сухой части воздуха и паров воды в нем примем равными: , , а и представляют собой парциальные давления компонентов.

Подставляя значения и из (5.57), (5.58) в (5.56) и учитывая закон Дальтона для бинарной смеси:

, (5.59)

получаем одну из основных формул, описывающих состояние влажного воздуха

и . (5.60)

Плотность влажного воздуха

. (5.63)

Из рассмотрения (5.63) видно, что при одинаковых температуре и давлении плотность влажного воздуха меньше, чем сухого, когда .

Температура точки росы достигается охлаждением воздуха до состояния насыщения с . Дальнейшее охлаждение воздуха приводит к появлению тумана, который представляет собой смесь насыщенного воздуха с мелкими каплями влаги. Ясно, что по мере образования тумана влагосодержание уменьшается вместе со снижением температуры при условии сепарирования влаги. В области отрицательных температур наряду с каплями влаги в насыщенном воздухе появляются кристаллы льда, что соответствует состоянию смешанного тумана.

Энтальпия влажного воздуха представляет собой сумму энтальпий 1кг его сухой части и кг паров воды, так что имеем

, (5.64)

где обозначены: и – энтальпии 1кг сухого воздуха и 1кг паров воды; и – изобарные теплоемкости сухого воздуха и паров воды; – теплота фазового перехода паров воды (теплота конденсации) при .

В формуле (5.64) полагаем, что начало отсчета энтальпий производится от их нулевых значений при температуре воздуха и давлении мм рт. ст.

Если положить , и , то имеем вместо (5.64) формулу

, (5.65)

где представляет собой теплоемкость влажного воздуха, отнесенную к 1кг сухой части.

Первое слагаемое формулы (5.65) называют явной (зависящей в основном от температуры ) частью энтальпии, а второе слагаемое называют скрытой частью энтальпии, так как она зависит только от влагосодержания .

Для воздуха, находящегося в состоянии смешанного тумана без выпадения из него капель влаги и кристаллов льда, имеем вместо (5.65):

, (5.66)

где и – энтальпии воды и льда при температуре ; и – соответственно теплота фазового перехода (теплота плавления льда) и его теплоемкость; и – содержание капель влаги и льда на 1кг сухого воздуха.