Материальный баланс процесса адсорбции.

 

Адсорбция в слое неподвижного адсорбента является периодическим процессом, при котором концентрация поглощаемого вещества в адсорбенте меняется во времени и в пространстве.

Примем, что концентрация газа (в количестве за единицу времени), проходящего за время слой адсорбента высотой , изменяется на величину . Следовательно газ отдаёт количество вещества, равное . За это же время концентрация поглощаемого вещества в элементе слоя увеличивается на и количество вещества, поглощённого слоем высотой , составляет (где - площадь поперечного сечения адсорбента, - насыпная плотность адсорбента). Тогда уравнение материального баланса будет иметь вид:

или

,

 

3. Кинетика процесса адсорбции.

 

При адсорбции диффузионные сопротивления внутри твёрдой фазы малы по сравнению с внешним диффузионным сопротивлением, поэтому при расчётах процессов адсорбции обычно используется основное уравнение массопередачи:

,

В котором с некоторым допущением принимают, что .

 

РАЗДЕЛ 5

 

 

СУШКА

Наиболее распространённым способом удаления влаги из твёрдых влажных материалов является сушка. 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 отводится к высушиваемому материалу токами высокой частоты или инфракрасными лучами; указанные способы сушки называют соответственно диэлектрической и радиационной сушкой.

 

1. Равновесные соотношения в процессах сушки.

 

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.

 

1. Материальный и тепловой Баланы сушки.

 

Обозначим количество влажного материала, поступающего на сушку, в кг/ч, количество высушенного материала в кг/ч, начальную и конечную влажность материала (вес. %) соответственно через и , а количество влаги, удаляемой при сушке, через кг/ч.

Тогда материальный баланс процесса можно представить равенством:

или

Для количеств сухого вещества:

или

Сопоставление равенств и даёт:

 

РАЗДЕЛ 6