МЕТОДЫ СУШКИ

Метод сушки коллоидных веществ несет определенную ответственность за формирование пористой структуры получаемых твердых тел и степень ее изменения. В настоящее время существуют несколько методов сушки материалов, которые по принципу, эффективности и результативности своего действия заметно отличаются друг от друга.

Сушка материалов широко используется в ряде производств (в пищевой, строительной, кожевенной, легкой и многих других отраслях народного хозяйства).

По подводу теплоты к влажному материалу различают следующие виды сушки: конвективную (в потоке нагретого сушильного агента); контактную (при соприкосновении вещества с нагретой поверхностью); диэлектрическую (токами высокой частоты); сублимационную (вымораживание в вакууме); радиационную (ИК-излучение); акустическую (с помощью ультразвука) [291-303].

В народном хозяйстве чаще всего используют первые два вида сушки, в химическом производстве - конвективную и контактную. Остальные виды сушки применяют весьма редко.

Скорость сушки обычно зависит от формы связи воды с материалом и его внутренней структурой, а также движущей силой сушки. Обычно, чем прочнее связь влаги с высушиваемым телом, тем труднее протекает процесс. Так, например, химически связанная влага (гидратная, или кристаллизационная, влага комплексных соединений) соединена с материалом более прочно и при сушке обычно удаляется частично или вообще не удаляется. Физико-химическая связь объединяет адсорбционную и осмотическую влагу (например, в коллоидных и полимерных материалах).

Адсорбционно связанная влага прочно удерживается силами межмолекулярного взаимодействия на поверхности пор материала в виде монослоя или нескольких слоев. Осмотически связанная влага находится внутри, т.е. между клеток материала, и менее прочно удерживается осмотическими силами. Влага этих видов связи с трудом удаляется при сушке.

Механическая, или капиллярно-связанная, влага подразделяется на влагу микрокапиллярную и макрокапиллярную, которая наименее прочно связана с материалами и может быть удалена не только при сушке, но и механически.

Удаление влаги из влажного тела состоит из процесса ее движения из внутренних слоев тела к периферии с последующим удалением влаги от поверхности твердого тела в среду, в сушильный агрегат.

Кинетика процесса сушки зависит от внутренней диффузии влаги и внутреннего теплообмена, т.е. определяется структурой пористости материала и внешними температуро-влажностными и гидродинамическими условиями, в которых протекает процесс сушки.

Иначе говоря, эффективность сушки зависит от размера пор, по которым происходит перенос влаги. В порах, диаметр которых больше длины свободного пробега молекул газа (в порах г>100 нм), происходит нормальная диффузия по закону Фика. Если в процессе сушки в пористых материалах возникают значительные перепады концентраций при достаточно большом влагосодержании, то в крупных порах в начале сушки, когда еще не образовался на поверхности подсушенный слой, возможно вязкое течение, которое может быть описано уравнением Пуазейля.

В порах, радиус которых г< 100 нм, закономерности переноса влаги в паровой фазе будут определяться молекулярным кнудсеновским режимом течения, так как длина свободного пробега молекул пара будет больше радиуса капилляра.

Если радиусы пор близки радиусу молекулы удаляемой влаги, то диффузия газа в таких порах уже не является ни кнудсеновской, ни поверхностной. В этом случае при переносе молекул большую роль играет сила отталкивания, которая затрудняет прохождение молекул в таких порах, и процесс диффузии требует большой энергии активации, достигающей иногда величины, значительно превышающей теплоту адсорбции.

Отсюда очевидно, что пористая структура материала определяет сопротивление миграции влаги к поверхности частиц, что в значительной степени увеличивает продолжительность сушки.

При этом практическое значение имеют не только размер пор, но и влияние пористой структуры материала на механизм массопереноса.

Недостаток конвекционного и контактного методов сушки адсорбентов и катализаторов состоит в том, что в процессе испарения влаги из капилляров, как правило, образуются поры бутылкообразной формы. Причина их появления связана с тем, что с влагой пор к их устью транспортируются и мелкие частицы высушиваемого материала, электролиты и сопутствующие им примеси, которые при испарении влаги оседают в устье поры. При этом не исключено, что некоторые микропоры могут быть полностью закупорены.

Наличие бутылкообразных пор при определении кривой распределения объема пор по радиусам не отражает структуру пористого тела, а указывают на размеры горла пор, объем которых составляет лишь сотую долю от общего сорбционного объема изучаемого образца.

Безусловно, все это затрудняет выбор адсорбентов для решения многих адсорбционных задач, определяемых размером пор (рекуперация веществ, осушка газов и т.д.).

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >