ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Элементарные процессы переноса из "Массообменные процессы химической технологии" В большинстве технологических процессов массообмена твердых тел и текучей среды структура твердой фазы представляет собой капиллярно-пористую систему (исключение составляют лишь процессы растворения чистых веществ и кристаллизации). Вещества, предназначенные для избирательной адсорбции паров (газов) или каких-либо компонентов из жидкой фазы (адсорбенты), специально приготовляют таким образом, чтобы они имели по возможности максимально развитую внутреннюю пористую структуру [15]. При экстрагировании растворяющиеся вещества извлекают из инертной пористой структуры твердого тела [16]. Материалы, подвергающиеся сушке, независимо от их природы также представляют собой капиллярно-пористые тела, в которых основное количество влаги заключено внутри объема пор [17, 18]. [c.32] Результаты экспериментальных исследований показывают, что размеры капилляров, как правило, имеют весьма широкий диапазон изменения от молекулярных размеров порядка м до величины 10- м. Обычно каждое капиллярно-пористое тело характеризуется определенным видом кривой плотности распределения объема пор по размерам. Интегральная кривая распределения объема пор по размерам представлена на рис. 1.11. Большей наглядностью обладает кривая плотности распределения пор по размерам (рис. 1.12), которая получается из интегральной кривой ее дифференцированием (дифференциальное распределение). [c.33] Существуют капиллярно-пористые тела, кривые плотности распределения которых имеют не один максимум, а два или более. [c.33] Процесс переноса массы целевого компонента внутри сложной структуры капиллярно-пористых тел происходит за счет различных, одновременно действующих физических эффектов. [c.34] При анализе механизмов переноса целевого компонента используются модельные представления о капилляре (поре) как о прямом цилиндрическом канале постоянного сечения. [c.34] Сравнение количеств вещества, переносимых за счет вязкого течения и эффузии при одинаковых градиентах давления, показывает, что молекулярный перенос примерно на порядок более эффективен. Если в капилляре имеется смесь газов, то движение молекул обоих газов происходит в режиме эффузии независимо друг от друга (столкновений между молекулами нет) и в соотношение (1.53) следует подставлять парциальные давления каждого комЯо-нента. [c.35] Еще один элементарный механизм переноса массы вещества наблюдается при действии капиллярных сил. Если в объеме поры имеется конденсированная фаза, ограниченная с двух сторон менисками различной кривизны, то сила капиллярного давления, действующая на жидкость с двух сторон, не одинакова. Это обусловливает перемещение жидкости из более широких пор в узкие капилляры (рис. 1.13). Если некоторый объем пара ограничен менисками жидкости различной кривизны, то возникает разность давлений в паровой фазе, которая приводит к вязкому течению пара. [c.35] Еще один вид переноса массы в бинарной смеси имеет место при испарении жидкости с поверхности мениска. Поскольку отвод пара при этом происходит за счет диффузии его в инертной среде, то от поверхности испаряющейся жидкости возникает конвективное движение паровоздушной смеси, т. е. стефановский поток,— см. уравнение (1.31). [c.35] Когда внутри пор находится два или более компонентов с различными значениями концентраций, то возможно возникновение естественной конвекции. Оценка интенсивности такой конвекции внутри пор [18] показывает, что она пренебрежимо мала по сравнению с другими видами переноса до размера пор 10 —10- м. [c.35] Только в более крупных порах перемещение вещества вследствие концентращюнной конвекции в поле силы тяжести становится заметным. [c.36] Рассмотрим элементарные виды переноса массы вещества, вызываемые разностью температур в капиллярно-пористых телах [18]. [c.36] Перемещение газа Рис. 1.15. Циркуляция газа в микрокапиллярах под действием в макрокапплляре за счет эффекта разности температур. теплового скольжения. [c.37] Поскольку коэффициент диффузии О обратно пропорционален давлению, то эффект теплового скольжения тем существеннее, чем ниже общее давление внутри капиллярно-пористого тела. [c.37] Если рассмотреть простой случай соединения двух неодинаково нагретых объемов макрокапилляром, то эффект теплового скольжения, вызывающий движение газа вдоль стенки капилляра (рис. 1.15), приведет к появлению разности давлении в соединенных объемах Р Рг), что в свою очередь заставит центральные слои газа перемещаться в сторону меньшей температуры. Профиль скорости газа в таком капилляре не будет простым даже в случае постоянного градиента температуры. [c.37] Еще один вид перемещения жидкости в пористом теле по направлению потока тепла может вызываться наличием защемленного в капиллярах неконденсирующегося газа (воздуха). При увеличении температуры давление газа в замкнутом объеме повышается, в результате чего жидкость в капилляре проталкивается расширяющимся воздухом в направлении уменьшения температуры. [c.38] Здесь Хэкв — эквивалентная теплопроводность поры — разность температур противоположных стенок поры й —размер поры. [c.38] Если бы среда, заполняющая пористую систему, не имела возможности перемещаться из одной поры в другую, то в общем случае теплопроводность совместно с лучистым теплообменом и естественной конвекцией исчерпывала бы задачу переноса тепла в капиллярно-пористом теле. Однако направленный поток вещества приводит к наличию конвективного переноса тепла, общий анализ которого обладает той же степенью сложности, что и анализ суммарного потока массы. [c.39] Таким образом, теплообмен в капиллярно-пористых телах должен рассматриваться в неразрывной связи с процессом массообмена. В реальных капиллярно-пористых телах существует сложная система многочисленных капилляров неправильной геометрической конфигурации. Непосредственный теоретический анализ движения текучей среды по непрямым каналам, изменяющим свою конфигу-зацию, возможен только на основе модельных представлений 19—22]. Как правило, модельные представления полезны лищь для веществ, достаточно однородных по размерам пор, когда характер течения среды во всех капиллярах тела одинаков. [c.39] В заключение краткого обзора элементарных видов массо- и теплопереноса в капиллярно-пористых телах следует отметить, что непосредственный теоретический расчет процессов транспорта вещества и тепла, основанный на попытке учета всех возможных элементарных типов переноса, в настоящее время не представляется возможным. [c.39] Вернуться к основной статье