Теплотехника (стр. 26 )

Для хемосорбции паров ртути используют адсорбенты (силикагели, цеолиты, глинозем) и вещества с высокоразвитой поверхностью (пемза, оксид магния, кремнозем и др.), а также различные волокнистые материалы.

Адсорбционные методы широко применяются для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если концентрация этих веществ в воде невелика, и они биологически не разлагаются или являются сильнотоксичными.

Адсорбцию используют для обезвреживания сточных вод от фенолов, гербицидов, пестицидов, ароматических нитросоединений ПВА красителей и др. В качестве адсорбентов используют активные угли, синтетические сорбенты и некоторые отходы производства (золу, шлаки, опилки и пр.)

Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод металлов (цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути, кадмия, ванадия, марганца и др.), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ.

Ионный обмен широко применяется при обессоливании в процессе водоподготовки.

Жидкостную экстракцию применяют для очистки сточных вод, содержащих фенолы, органические кислоты, ионы металлов и др. Экстракция может быть экономически выгодным процессом, если стоимость извлекаемых веществ компенсирует все затраты на его проведение.

Десорбция летучих примесей, содержащихся в сточной воде, может проводиться в тарельчатых, насадочных и распылительных колоннах от неорганических и органических примесей: сероводорода, диоксида серы, сероуглерода, аммиака, диоксида углерода и др.

Контрольные вопросы:

1.  В чем состоит сущность ионообмена?

2.  Какие вещества используются в качестве ионитов?

3.  При каких условиях протекает процесс хемсорбции?

4.  Какие вещества используются в качестве сорбентов?

5.  Что называется диализом?

6.  От чего зависит интенсивность разделения?

7.  Поясните графические изотермы Лангмюра?

8.  Для каких целей используется фактор разделения?

9.  В чем состоит сущность ионообмена бинарной смеси?

10.  От каких факторов зависит процесс адсорбции или ионообмена?

2.8. Сушка твердых материалов термообработкой

2.8.1. Общие понятия и определения

Сушкой называется процесс удаления влаги (жидкости) из твердого материала путем испарения. Необходимое тепло подводится путем теплопроводности, конвекции и излучением.

Материал, содержащий преимущественно связанную влагу, называется гигроскопическим. Материал, содержащий несвязанную влагу, называется негигроскопическим.

Гигроскопической называется влага, при наличии которой парциальное давление над высушиваемым твердым материалом становится меньше давления насыщенного пара при той же температуре.

Несвязанная влага, содержащаяся в гигроскопическом материале, представляет собой избыточную влагу (сверх равновесного влагосодержания, соответствующего насыщения).

Связанная влага создает над поверхностью твердого материала давление пара, меньшее, чем над чистой жидкостью при той же температуре. Жидкость становится связанной при удержании ее в мелких капиллярах, при растворение в стенках клеток или волокон, при гомогенном растворении во всем объеме твердого тела и при химической или физической адсорбции на поверхности твердого вещества.

Влагосодержание (влажность) твердого материала обычно выражается количеством влаги, содержащейся в единице массы или объема сухого вещества.

Обычно расчет ведется на единицу массы.

Влагосодержание может быть выражено в процентах от общей массы, высушиваемого материала.

Если приинять за основу только массу сухого вещества, то наблюдаются одинаковые процентные измерения влаги на всех уровнях процесса сушки. При расчете на общую массу 2-3% изменения влагосодержания при высоком содержании влаги (свыше 70%) в действительности представляют изменение нагрузки испарения на 15-20%. Такие изменения подвергают чрезмерным напряжениям работу сушилки. На рис. 9.26 представлена диаграмма соотношения между влагосодержанием, рассчитанным на общую массу и на массу абсолютно сухого вещества.

Пересчет влагосодержаний производится по формулам:

где w - влагосодержание, рассчитанное на общую массу влажного материала, кг влаги/кг влажного вещества.

Градиент влаги указывает на распределение влаги в каждый данный момент процесса сушки. Его величина зависит от природы твердого материала и от времени, прошедшего от начала процесса.

Период постоянной скорости представляет собой первый период процесса сушки, в течение которого скорость удаления воды с единицы высушенной поверхности остается постоянной.

Критическое влагосодержание - среднее влагосодержание материала в момент, когда заканчивается период постоянной скорости сушки.

Период падающей скорости - второй период сушки, когда мгновенная скорость высушивания начнет непрерывно уменьшаться.

Критическое влагосодержание – среднее влагосодержание материала в момент, когда заканчивается период постоянной скорости сушки.

Период падающей скорости – второй период сушки, когда мгновенная скорость высушивания начнет непрерывно уменьшаться.

Равновесное влагосодержание – предел, до которого может быть высушен материал при данных условиях температуры и относительной влажности воздуха.

Свободная влага – влага, которая может быть удалена при данных температуре и давлении. Сюда включаются и связанная и несвязанная влага.

Первоначальное распределение влаги показывает распределение влаги по всему твердому материалу при наличии сушки.

Незавершенный цикл влаги показывает собой отношение свободной влаги, содержащейся в материале в любой данный момент, к ее первоначальному содержанию.

Внутренняя диффузия при сушке может быть определена как движение жидкости или газа (пара) в порах твердого вещества под действием разности концентраций.

Капиллярный поток – поток жидкости через промежутки в твердом веществе и по его поверхности, вызванный молекулярные притяжением «жидкость-твердое вещество».

Точка насыщения волокна – это содержание влаги в клеточном материале (например, древесине), когда стенки клеток насыщены, а полости свободны от влаги. Ее можно определить так же, как равновесное содержание влаги в волокне, когда окружающая атмосфера близка к насыщению.

Состояние всасывания - такое состояние пористого тела во время сушки, когда капиллярное всасывание приводит к всасыванию воздуха в поры. Состояние жидкости, при котором невозможно капиллярное течение, наблюдается в порах твердого материала, когда уже исчезла сплошная пленка жидкости вокруг и между отдельными частицами, так что за счет капиллярных сил движение влаги уже не может осуществляться.

Коэффициент полезного действия сушилки определяется из отношения количества тепла, пошедшего на испарение воды, к количеству подведенного тепла. Термин «общего коэффициента полезного действия» указывает на эффективность всей системы в отличие от «коэффициента полезного действия сушильного пространства».

2.8.2. Теоретические основы сушки термообработкой

Рассмотрим два основных одновременно происходящих процесса: передачу тепла для испарения жидкости и перенос массы внутри твердого тела и с его поверхности. Факторы, влияющие на скорость этих процессов, определяют и скорость высушивания. В процессах промышленной сушки передача тепла осуществляется путем конвекции, теплопроводности или лучеиспускания. При этом поток тепла должен прийти в соприкосновение с внешней поверхностью, а затем проникнуть внутрь твердого материала. Исключение составляет сушка токами высокой частоты, когда тепло генерируется внутри твердого материала и создает там более высокую температуру, чем на его поверхности.

Во время сушки масса передается внутри твердого материала, как в виде жидкости, так и в виде пара, и только в виде пара уходит с его нагреваемой поверхности.

Движение внутри твердого материала происходит под влиянием градиента концентраций, который зависит от характерных свойств высушиваемого материала.

При изучении влияния внутреннего механизма движения потока жидкости на скорость сушки твердых материалов необходимо фундаментальное изучение внутренних условий.

В этом варианте следует рассматривать несколько случаев:

1.  Диффузию в непрерывном гомогенном твердом теле.

2.  Капиллярный поток в зернистых и пористых твердых материалах.

3.  Поток, вызываемый градиентами уменьшения объема и давления.

4.  Поток, вызываемый последовательной сменной процессов испарения-конденсации.

В процессе сушки в каждый момент времени преобладает один из способов движения потока, причем в разные периоды процесса эти способы могут быть разными.

При изучении внутреннего механизма движения потока жидкости необходимо опытным путем определять кривые градиентов влагосодержания, что не всегда удается.

Внешние условия включают температуру, влажность, поток воздуха, степень дробления и т. д. Их влияние на процесс сушки с высокой степенью достоверности может быть установлено.

Рассмотрим основные периоды сушки при внешнем подводе тепла, представленные в виде диаграммы влагосодержания (на сухое вещество).

Отрезок АВ (рис.2.27 а, с) представляет период нагревания, который может оказать некоторое влияние на весь процесс. Отрезок ВС на всех кривых представляет период постоянной скорости. Отрезок СD представляет период падающей скорости, для которого характерно непрерывное изменение скорости сушки до конца процесса. В точке Е (рис. 2.27, b) нагреваемая поверхность материала становится полностью насыщенной, когда скорость процесса зависит только от скорости движения влаги внутри твердого тела. Точку С называют критической, а влагосодержание материала в этой точке – критическим влагосодержанием материала.