Глава 07.5 Первый член правой части уравнения

Вклад каждого механизма массопереноса в общий поток ве­щества в теле зависит от конкретной структуры материала и условий сушки, причем, вследствие изменяющихся содержания влаги, температуры, явлений усадки в процессе удаления влаги, все действующие на распределяемое вещество силы постоянно изменяются и взаимодействуют, создавая сложную картину об­щего силового поля [122]. Но, несмотря на разную физическую сущность, механизмы влагопереноса в объектах сушки можно разделить на три основные группы по общим кинетическим признакам и, пренебрегая влиянием силы тяжести, влагопере- нос можно описать градиентами влагосодержания, температуры и давления.

Таким образом, влагоперенос в объектах сушки в общем ви­де описывается следующей формулой [78]:

Первый член правой части уравнения (1-66) характеризует диффузионный перенос влаги под воздействием градиента кон­центрации (концентрационная диффузия или закон диффузии Фика), второй член является выражением закона термодиф­фузии (эффект Соре), а последний член характеризует бародиф- фузию (диффузия массы, вызванная градиентом общего давле­ния парогазовой смеси). Коэффициенты диффузии в уравнении К1-66) можно представить в виде суммы коэффициентов диф­фузии потоков, обусловленных различными доминирующими видами переноса под воздействием соответствующих градиентов потенциалов.

Так, капиллярные силы всасывания, обусловленные кривиз­ной поверхности жидкости в капиллярах разных радиусов, вы­зывают капиллярный перенос, который доминирует в общем массопереносе при высоком влагосодержании материала. При уменьшении влагосодержания материала увеличивается роль парового и пленочного потоков, а также поверхностная диффу­зия [122].

Свободная диффузия подразделяется на нор­мальную, если открыты оба конца поры, и стефановскую, если один конец поры закрыт. В капиллярно-пористом материале результирующий коэффициент диффузии всегда меньше коэф­фициента диффузии в свободной среде вследствие неправиль­ной геометрической формы и извилистости капилляров и тормо­зящего действия потенциального поля скелета тела.

Численные значения коэффициентов диффузии для объектов сушки лежат в широких пределах от Ю^-6 (капиллярно-порис­тые материалы) до Ю^-12 м²/с и менее (непористые материалы). Величины их не постоянны и находятся в разной зависимости от влагосодержания и температуры.

На рис. 1-18 и 1-19 приведены зависимости коэффициентов диффузии от влажности и температуры для материалов разных классов.

В коллоидных телах (жела­тин) изменение коэффициента диффузии незначительно и имеет экстремальный характер (рис.1-18). Следовательно, механизм переноса влаги в коллоидном теле соответствует диффузии жид­кости. Изменение коэффициента диффузии коллоидных капил­лярно-пористых тел (торф, каолин) происходит более сложно, для них характерен начальный участок, соответствующий нали­чию капиллярной и адсорбционной влаги, а также паровой диф­фузии.