AKADEMIA TECHNICZNO - ROLNICZA
w BYDGOSZCZY
LABORATORIUM TERMODYNAMIKI
ĆWICZENIE NR 6
TEMAT: Suszenie i przewodność cieplna.
skład grupy:
PIOTR KIJAK
grupa : F
sem: IV
rok akad.1997/98
1. Wprowadzenie.
Suszenie jest procesem rozdziału faz : ciekłej i stałej materiału wilgotnego przebiegającym przy wykorzystaniu parowania fazy ciekłej. Stanowi ono złożone zjawisko jednoczesnej wymiany masy i energii przebiegające w sposób dynamiczny. Towarzyszą mu zmiany własności fizykochemicznych.
Rozpatrując suszenie rozpatruje się jego statykę, kinematykę i dynamikę. Statyka procesu odnosi się do zależności występujących między składnikami struktury ciała, a woda w warunkach równowagi z otoczeniem, które stanowi zazwyczaj wilgotne powietrze. Kinetyka analizuje przebieg suszenia w czasie. Dynamika natomiast stanowi analizę czynników wpływających na przebieg wewnętrznej i zewnętrznej wymiany masy w materiale wilgotnym.
Ciała stałe wilgotne ze względu na strukturę ich budowy dzieli się na trzy grupy:
· ciała kapilarno-porowate
· ciała koloidalne
· ciała kapilarno-porowate koloidalne
Ciała kapilarno-porowate (np. torf, węgiel drzewny) w wyniku suszenia kurczą się nieznacznie, stają się kruche i łatwo zmieniają swą strukturę przekształcając się w proszek. Ciała koloidalne np. żelatyna w rezultacie suszenia wyraźnie zmieniają swe wymiary liniowe wydatnie się kurczą i zachowują jednocześnie postać i elastyczność. Ciała kopilarno-porowate koloidalne np. papier w wyniku suszenia kurczą się nieznacznie i zachowują podobnie jak ciała koloidalne postać i elastyczność.
Między cząsteczkami wody i wilgotnego ciała występują wiązania o charakterze molekularnym. W zależności o ich postaci podzielono je na trzy podstawowe grupy:
· wiązania typu chemicznego
· wiązania typu fizykochemicznego
· wiązania typu fizykomechanicznego
Suszenie powoduje niszczenie tych wiązań. Wartość potrzebnej do tego energii zależy od postaci wiązań.
Określić ją można na podstawie swobodnej energii suszenia izotermicznego, która wyrażona jest pracą potrzebną do rozerwania wiązań jednego kilomola wody od materiału i określona jest zależnością:
gdzie:
L - praca w J/kmol
R - bezwzględna stała gazowa w J/kmol K
T - temperatura w K
Pn - ciśnienie cząstkowe pary wodnej nasyconej dla wody swobodnej w Pa
Ps - ciśnienie cząstkowe rary wodnej nad powierzchnią materiału w Pa
Największą energią L charakteryzują się wiązania chemiczne cząstek wody z materiałem. W wyniku suszenia materiały typu chemicznego nie ulegają zniszczeniu, a więc związana w ten sposób z materiałem woda nie może być z niego usunięta.
Wiązania fizykochemiczne dzieli się na:
· adsorpcyjne
· osmotyczne
· strukturalne
Wiązania adsorpcyjne są wynikiem oddziaływania sił międzycząsteczkowych. Pod ich wpływem cząsteczki wody tworzą na powierzchni elementów strukturalnych materiału warstwy monomolekularne lub polimolekularne. Tworzeniu tych wiązań towarzyszy wydzielanie się ciepła i kontrakcja objętości. Zniszczenie ich wymaga doprowadzenia znacznych, lecz mniejszych niż w przypadku wiązań chemicznych, ilości energii.
Wiązania typu osmotycznego występują głównie we włóknach naturalnych w wyniku przenikania wody przez ścianki komórek. Związaną w ten sposób wodę usuwa się drogą dyfuzji poprzez wywołanie różnicy stężeń.
Wiązania strukturalne tworzą się przy rozpuszczaniu żelów. Mogą być niszczone przez odparowanie lub odwadnianie mechaniczne.
Wiązania fizykochemiczne powstają między materiałem, a wodą zawartą w mikro i makrokapilarnych oraz wodą powierzchniową połączoną siłami adhezji.
Poprzez suszenie może być usuwana z materiału wilgotnego tylko woda związana fizykochemicznie i fizykomechanicznie.
Materiał wilgotny umieszczony w powietrzu o określonej temperaturze i wilgotności względnej dąży poprzez sorpcję lub desorpcję wody do stanu równowagi z otaczającym go czynnikiem. Zmieniając wilgotność względną powietrza przy stałej temperaturze otrzymuję się zależność między zawartością wilgoci w wilgotnym materiale, a parametrami powietrza.
Przedstawiające ją linie - izoterma sorpcji a izoterma desorpcji b - tworzą pętlę histerezy.
mechanikk