Программа вступительных испытаний в аспирантуру по образовательным программам высшего образования – программам подготовки научно - педагогических кадров в аспирантуре (стр. 8 )

В первый период из материала испаряется несвязанная поверхностная влага. На ее место поступает из внутренних слоев материала. Воздух полностью насыщается влагой и температура его и поверхности материала становится равной температуре мокрого термометра.

Движущей силой процесса в первый период является разность парциальных давлений. Продолжительность периода определяется с помощью уравнения массотдачи.

С течением времени влажность материала достигает критической. На поверхности появляются сухие участки. Интенсивность обезвоживания начинает определяться скоростью диффузии влаги из внутренних слоев на поверхность, причем теплота передается теплопроводностью через сухой слой, температура которого возрастает. Скорость сушки уменьшается и зависит от структуры и вида материала и форм связи влаги с материалом. Начинается второй период - период падающей скорости сушки. Во второй период удаляется физически связанная влага.

Расчет продолжительности второго периода сушки обычно проводится приближенным методом, предложенным .

Общая продолжительность сушки равна t = t1+t2.

Вопросы для самопроверки по теме № 12

1.  Какой процесс называют сушкой?

2.  Что такое влагосодержание материала?

3.  Что называют скоростью сушки?

4.  Что является движущей силой процесса сушки?

5.  Что такое равновесное влагосодержание материала?

6.  Что такое критическое влагосодержание материала?

7.  Что характеризует кривая сушки?

8.  На какие характерные участки можно разбить кривую сушки?

9.  Что характеризует кривая скорости сушки?

10.  Как определяется начальное влагосодержание материала.

11.  В чем преимущество сушки во взвешенном слое по сравнению с суш­кой того же материала в неподвижном слое?

12.  Справедливы ли при сушке во взвешенном слое представления о пе­риодах постоянной и падающей скоростей сушки?

13.  Чем теоретическая сушилка отличается от действительной, и как изображаются на диаграмме Рамзина теоретический и действительный про­цессы сушки?

14.  В чем заключается физическая сущность передачи тепла инфракрасными лучами?

15.  Свойства различных тел в отношении лучистой энергии.

Тема 13

Сорбция. Основные сведения. Процесс абсорбции. Рабочая линия процесса абсорбции. Движущая сила процесса абсорбции. Влияние температуры и давления в аппарате на процесс абсорбции. Процесс адсорбции. Материальный баланс адсорбции. Основы расчета адсорбентов. Адсорбенты и их свойства. Регенерация адсорбентов. Адсорбционные установки.

Литература

[4] стр. 16-45, [3] стр. 10-17, 28-39.

Методические указания

Сорбционным процессом называется процесс поглощения каким-либо телом газов, паров или растворенных веществ из окружающей среды.

Абсорбция  - это избирательный процесс поглощения одного или нескольких компонентов газовой смеси жидким поглотителем (абсорбентом).

Адсорбция  - это процесс поглощения газов или паров поверхностью твердого тела (адсорбента).

Десорбция  - процесс выделения газа или паров поглотителями.

Поглощение газов или паров при абсорбции может происходить либо за счет растворения газов в жидкости (физическая абсорбция), либо за счет химической реакции с абсорбентом (хемосорбция).

Процесс адсорбции описывается законом Генри, который устанавливает зависимость между растворимостью газов и их парциальным давлением

x = j p,

где x — количество растворенного газа;

j — коэффициент Генри;

p — парциальное давление газа.

Коэффициент Генри зависит от свойств газа и абсорбента и температуры процесса.

Движущей силой процесса, как и любого массобменного процесса, является разность концентраций, которая в данном случае пропорциональна парциальному давлению газа. Поэтому движущую силу можно выразить как разность парциальных давлений компонентов в газавой pг и жидкой pж фазах. Если pг>pж, то компонент из газовой фазы переходит в жидкую, т. е. наблюдается процесс собственно абсорбции, если pг<pж, то компонент переходит из жидкой фазы в газовую - процесс десорбции.

Движущую силу абсорбции можно выразить как разность между парциальными давлениями компонента в газовой pг фазе и находящимся в равновесии с абсорбентом pр. Чем больше разность парциальных давлений рг‑рр, тем интенсивней протекает процесс перехода компонента из газовой фазы в жидкую. По мере приближения к состоянию равновесия движущая сила процесса и скорость процесса уменьшается.

Парциальное давление компонента пропорционально его концентрации и движущая сила может быть представлена через разность концентраций в жидкой и ли газовой фазах:

Dy=y-yр и Dx=xр-x,

где y —количество компонента в газовой фазе;

x —количество компонента в жидкой фазе.

Уравнение фазового равновесия для абсорбции имеет вид y = Hx. Для идеальных растворов величина H = Const и линия равновесия является прямой. Для концентрированных растворов данная зависимость представляется кривой линией, которую называют кривой равновесия и строят на основе экспериментальных данных.

Уравнение материального баланса устанавливает зависимость между концентрацией поглощаемого компонента в обеих фазах и количеством носителя. Линия, соответствующая этому уравнению, построенная в координатах X‑Y будет прямой линией. Эту линию называют рабочей линией. Для абсорбции рабочая линия проходит выше линии равновесия. Расстояние по вертикали между рабочей линией и линией равновесия определяет движущую силу процесса и показывает, как она меняется по высоте аппарата.

Построение рабочей линии абсорбера дает возможность графически определить число ступеней концентрации.

Процесс физической абсорбции протекает с выделением тепла, а, следовательно, с повышением температуры абсорбента и газовой смеси. При значительном росте температуры возможно сильное понижение растворимости газов. Поэтому для поддержания заданной производительности иногда необходимо прибегать к охлаждению.

Количество вещества, поглощаемого при абсорбции прямопропорционально поверхности контакта газовой и жидкой фаз F, движущей силе процесса, и коэффициенту пропорциональности, называемому коэффициентом массопередачи К.

M = Kр F(pг-pр) = KY F(Y‑Yp) = KX F(Xp-X).

Коэффициент массопередачи при абсорбции характеризует массу вещества, переданную в единицу времени через единицу поверхности контакта фаз при движущей силе, равной единице. Если движущая сила выражена как разность концентраций, то К = [кг/(м2.с. МПа)], если движущая сила выражена как разность концентраций, то К = [ кг/(м2.с. кг/м3)] = [м/с].

В технике используют следующие принципиальные схемы абсорбционных процессов: прямоточные, противоточные, односту­пенчатые с рециркуляцией и многоступенчатые с рециркуляцией.

Многоступенчатые схемы с рециркуляцией могут включать пря­моток, противоток, рециркуляцию жидкости и рециркуляцию газа. Большое практическое значение имеет многоступенчатая противоточная схема с рециркуляцией жидкости в каждой ступени

Десорбция, т. е. процесс выделения газа или паров поглотителями, осуществляется путем взаимодействия встречных потоков регенерируемого абсорбента и десорбирующего газа, обычно водяного пара, нагреванием абсорбента или понижением давления. Десорбция является процессом, обратным абсорбции.

Адсорбция - это процесс поглощения газов или паров поверхностью твердого тела (адсорбента).

Характерной особенностью адсорбции является избирательность и обратимость. Различают физическую и химическую адсорбцию. Физическая адсорбция имеет место при взаимном притяжении молекул адсорбтива и адсорбента под действием сил Ван-дер-Ваальса. При поглощении паров адсорбция может сопровождаться конденсацией паров, при этом поры адсорбента заполняются жидкостью - происходит капиллярная конденсация, возникающая вследствие снижения давления.

Химическая адсорбция характеризуется образованием химических связей между молекулами поглощенного вещества и адсорбента, что является результатом химической реакции.

Материальный баланс непрерывной адсорбции запишется следующим образом:

L(xк-xн) = G(yн-yк),

где обозначения те же, что и в выше рассмотренных формулах.

Движущей силой процесса является разность концентраций сорбтива в газовой и равновесной фазах:

Dy = y - yр.

При адсорбции равновесная концентрация выразится уравнением Фрейндлиха

x = K (yр)1/n ,

где x - концентрация сорбтива в поглотителе;

yр - равновесная концентрация в газовой фазе;

К и n - постоянные для заданной температуры.

Основное уравнение массопередачи имеет следующий вид:

M = K DC t F,

где М - масса адсорбированного вещества;

К - коэффициент массопередачи;

DC - средняя разность концентраций;

t - время;

F - площадь поверхности абсорбента.

При расчетах процесса адсорбции удобнее рассматривать объемный коэффициент массопередачи: КYV = М/(DY.V) где DY = Y1-Yp - движущая сила процесса, здесь Y1- концентрация влаги на входе в аппарат, кг/кг; Yp- равновесная концентрация, кг/кг; V = НSe - объем адсорбента, м3, здесь Н - высота слоя, м; S - площадь сечения аппарата, м2; e - порозность слоя (e=0,4).