Оглавление:
Основные закономерности тепло и массопереноса
- Основные законы тепломассопереноса Многие процессы теплопередачи, которые происходят в природе и в технологии, включают процессы массообмена материалов. Эти процессы широко используются при технической обработке различных видов материалов во многих областях современного производства.
Значительное количество материалов, используемых в сельском хозяйстве, химии, пищевой, лесной, нефтяной, строительной и других отраслях промышленности, представляет собой коллоидные капиллярно-пористые тела, которые увлажняются, нагреваются и охлаждаются в процессе производства. В этих процессах наблюдается
не только теплопередача (теплопередача) внутри обрабатываемого материала, но также наблюдается движение (массообмен) или диффузия другого компонента однокомпонентного вещества. тепломассопереноса. По этой причине исследования теплопередачи материала должны быть тесно связаны с одновременными
Поэтому расчет техпроцесса должен основываться на законе одновременного Людмила Фирмаль
исследованиями скоростей массообмена. Диффузия — это спонтанный процесс, при котором одно вещество проникает в другое и устанавливает равновесное распределение концентраций в нем. Когда существует четкая граница между взаимодействующими веществами, так называемая молекулярная диффузия вызывает движение вещества. Причиной молекулярной диффузии является тепловое движение молекул. В других случаях массоперенос
осуществляется не только путем молекулярной диффузии, но и путем энергичного перемешивания отдельных частей взаимодействующего материала. ».. Переход из одной фазы вещества в другую вследствие молекулярной и молярной диффузии называется массопереносом. Последнее продолжается до тех пор, пока не будет установлено подвижное (динамическое) равновесие. В этом равновесии многие молекулы переходят из одного вещества в другое и из второго в
первое вещество. Следующие диффузионные процессы фактически используются в технических процессах: Поглощение и адсорбция газа и пара. Десорбция газа из жидких и твердых абсорбентов, перегонка жидкости, экстракция жидкости и твердого вещества, кристаллизация и растворение твердого вещества, сушка влажных материалов и т. Д. Если концентрация вещества во всех направлениях
- в смеси различна, каждый компонент * перемещается в направлении более низкой концентрации, так что концентрация компонентов в смеси является однородной. Такая диффузия называется концентрацией. Молекулярная диффузия, вызванная неравномерным распределением температуры, называется термодиффузией. Диффузия из-за неравномерности давления называется диффузией давления. Последнее происходит со значительными перепадами
давления, которые редки в процессах теплообмена. «В изотермических условиях интенсивность диффузии концентрации характеризуется плотностью потока массы вещества, которая определяется по закону Фика: плотность потока диффузии вещества (от плоскости концентрации через единицу площади в единицу времени Количество вещества, диффундирующего в материал, прямо пропорционально градиенту концентрации. Если все типы диффузии
происходят в процессе переноса массы от одного компонента к другому, плотность потока диффузии G или плотность потока массы определяется как (p | — плотность (концентрация) этого компонента, равная отношению массы этого компонента к объему смеси. Кг / м3 \ D — Коэффициент взаимной молекулярной диффузии
Где GHm d = -плотность массового потока с учетом диффузии концентрации Людмила Фирмаль
или коэффициент диффузии, характеристики диффузионного компонента и характеристики среды, в которой он распределен, л * 2 / сс. Градиент концентрации, он всегда направлен на увеличение концентрации. n — направление нормали поверхности к дт Пакетная концентрация данного вещества); GTH = -Dp ^ r ^ — Плотность
массового расхода с учетом термодиффузии; p — плотность смеси, кг / м3; plt p2 — плотность компонентов. Т — локальная температура смеси, ° К CT-DTJJD-температуропроводность (Где t) td — коэффициент термодиффузии); ^ — градиент температуры; Плотность по массе OBD с учетом бароклинного давления: n-D) Pi Pr и 1 dR obd —— и —.——, R c r dp Где dr / dp — общий градиент давления. p — локальное общее давление смеси (сумма локальных парциальных давлений). \ tilt-
молекула- (Pi. P2 \ Полярная масса компонента 1 | l = | l1 — H- | l2 ^). Как показано, диффузия давления происходит только при больших перепадах давления, а тепломассоперенос не учитывается в большинстве процессов. Знак минус в уравнении указывает, что массоперенос происходит в направлении более низких концентраций. Таким образом, диффузионный поток компонента или общий массообмен вследствие молекулярной диффузии является
результатом диффузии концентрации, термодиффузии и диффузии давления. Явление термодиффузии в жидкостях было открыто Людвигом и Сорой в 1856-1870 гг. И известный как эффект Solet. Термодиффузия в газе была предсказана Chempen и Enskog. 1911-1917 годы экспериментально подтверждены Шампоном и Датсоном. Явление переноса воды в коллоидных капиллярно-пористых телах под влиянием разности температур (теплопроводность) впервые было открыто в 1935 году учеными Академии наук БССР. А.В Rikofu. В
движущейся среде вещество переносится не только молекулярной диффузией, но и конвекцией. Когда объем смеси перемещается с плотностью p и скоростью w, происходит массоперенос смеси. C „-pw = • Общая плотность потока вещества из-за молекулярного и конвективного переноса определяется из уравнения Gi =? = Smd i + GK f. Общая плотность потока массы и. Поскольку компонент является
векторной величиной, важно знать не только абсолютное значение этих значений, но и направление потока. Основной тип влагосвязи с материалом. При рассмотрении закона переноса тепла и влаги влажного коллоидного капиллярного тела физические свойства вещества и энергия связи влаги и материала изменяются в зависимости от характера этого соединения, поэтому влага и твердые вещества тела Необходимо учитывать форму соединения со скелетом,
что важно при выборе метода (метода) для удаления влаги из материала. В настоящее время принята классификация водосвязывающей формы коллоидного капиллярно-пористого материала, предложенная академиком П. А. Ребиндером. В соответствии с этой классификацией допускаются формы влагосвязи: химические связи, физико-химические связи и физико-механические связи. Этически связанная вода наиболее прочно удерживается в веществе и может быть удалена из вещества путем интенсивного
нагрева (прокаливания), обычно связанного с изменениями в структуре материала. Эта влага в большинстве технических процессов не удаляется из материала и поэтому исключается из рассмотрения. Существует два типа физико-химических связей влаги и материала: адсорбционно-связанная влага и осмотически связанная влага (набухшая влага). Адсорбированная влага представляет собой жидкость, которая удерживается на поверхности коллоидных частиц.
Поглощение адсорбирующих жидкостей предполагает выделение тепла. Удаление адсорбированной влаги, которая тесно связана с телом, связано с соответствующим потреблением энергии. Когда адсорбированная влага удаляется, она сначала испаряется в материале, а затем движется в виде пара и его поверхности. (Осмотически связанная вода (расширяемая вода) находится в закрытых клетках строения тела. Этой воде соответствует очень низкая энергия связи. Влага с физиками с физическими связями проводится в капиллярах. Все капилляры делятся на
микрокапилляры (радиус менее 10-B см) и макрокапилляры (больше, чем радиус 10_b см). В зависимости от режима нагрева капиллярная вода может проходить через тело в жидкой или парообразной форме. Используя основные термодинамические соотношения, значение так называемой изотермической свободной энергии дегидратации используется в качестве единственного критерия для классификации
формы контакта с материалом для расчета энергии связи между материалом и влагой. Будет показано. Когда вода связывается с материалом, давление паров воды на его поверхности уменьшается, а свободная энергия системы уменьшается. •. # • Уменьшение свободной энергии SF при постоянной температуре T (или энергии связи), выраженной как работа L, которая должна быть потрачена на отделение 1 кмоль воды от материала, может быть определено
уравнением. , & F-L = RT In pjpa = -RT In f, Где R — универсальная газовая постоянная. p „* — Давление насыщенного пара свободной воды. pa — парциальное давление водяного пара на материал. Очевидно, что f = pn / ri — влажность на поверхности материала. Чем сильнее вода связана с материалом, тем меньше значение pa и, наоборот, она становится p0 в свободной воде и достигает значения pa и cp = lt и энергии связи L = 0. В зависимости от общей формы сочетания влаги и материалов все влажные материалы можно разделить на три группы.
Когда жидкость, содержащаяся в теле, ограничивается в основном капиллярными силами, тело называют капиллярной пористостью (влажный кварцевый песок, деревянные рога, некоторые строительные материалы). Тело называется коллоидным (желатиновый, агар) -агар, прессовое тесто и т. Д.). Когда он содержит капиллярную жидкость, которая осмотически связана с телом, его называют коллоидным пористым капиллярным телом (торф, глина, дерево, ткань, зерно, кожа и т. Д.).
Смотрите также:
Решение задач по термодинамике
| Типы теплообменных аппаратов | Основные законы переноса теплоты и массы вещества в коллоидных капиллярно-пористых телах |
| Средний температурный напор | Числа подобия тепло и массопереноса |
