Файл: Термодинамические основы интенсификации сушки строительных материалов и изделий [сборник]..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 31.10.2024
Просмотров: 45
Скачиваний: 0
Переписав (8) три раза для трех различных момен-
тов времени |
R2 |
|
т3> т 2> т 1> 0 , 1 ------ [-''и. выбранных та- |
||
ким образом, |
ат |
|
что |
|
|
|
"з — " 2 = Н — И = |
(9) |
а также, исключив неизвестные fcp( n = l ) |
и то путем |
|
деления каждого из выражений на другое, |
получим |
|
Wp - w ('.) __ W „ - W (та) _ py / |
. |
an, • At |
Wp - W ( T , ) ‘ W p - W ( T 3) |
4 |
R2 . |
Из (10) находим выражение для Wp:
[W (та) - W(t1)]3___
Wp = W (4 ) +
2W ( t £ — \V (t,) — W (x3) ’
( 10)
( 11)
которое может быть полезным для случаев, когда полу чение экспериментальных значений Wp и Up связано с большими затратами времени.
Наконец, исключая Wp из (10), имеем:
W (т?) — W (tQ |
а-п • Ат |
( 12) |
|
w (т,) - W (т2) |
" R- |
||
|
При дальнейшем рассмотрении уравнения (8) стано вится очвидным, что для ряда, составленного из значе ний веса Wi, \\г2 , ..., Wn, соответствующих моментам вре мени п, гг, т3, ..., тп, выбранных так, что
То Т[ = Т о = • . . T n Hi —1 — -^^“1 ( Ю )
■будет справедливо соотношение:
Wa — Wt = |
W3 - Wo = |
_ W„ - t — Wn-o = |
|
W 3 — w 3 |
w ,, — w 3 ’ |
w n — w n _ , |
|
= |
exp |
= const, |
(14) |
из которого легко получить |
расчетную формулу |
(16) |
|
для ат - К аналогичному результату приводит и рассмот рение процесса изотермической сушки (десорбции).
Выполнение равенства (14) будет являться необхо димым и достаточным условием применимости данного решения линейного дифференциального уравнения массопереноса. Можно рассматривать выражение (14) и как формальный критерий близости процесса массопереноса к равновесному состоянию.
68
Экспериментальное определение изотерм сорбции — десорбции обычно сопровождается многократным взве шиванием образцов. При этом попутно можно найти и коэффициенты диффузии, если предварительно изгото вить образцы в виде правильных пластинок с влагоизолированными боковыми гранями, а взвешивание произ водить через равные промежутки времени. Для опреде ления соответствия процесса условию (14), полученные приращения веса каждого из образцов всякий раз соот носят с последующими приращениями до тех пор, пока, по крайней мере, два отношения, составленные из трех последовательно полученных приращений, не окажутся приблизительно равными. Затем определяют отношения последующих приращений и отыскивают их среднее значение:
о _ |
1 / |
AWn |
AWn+1 . |
. |
AWn+k, , \ |
П 5 ) |
‘ |
К l |
AWn+1 ^ |
A W „+3 ^ |
^ |
Д\УП+К |
)' |
где п — порядковый номер первого приращения, после которого стало удовлетворяться условие (14), К — число расчетных приращений веса.
Коэффициент диффузии вычисляют по формуле
‘ am= |
- j - In |
(16) |
Предварительные исследования по сорбции и десорб ции водяного пара на ряде строительных материалов показали, что графики кинетики веса образцов имеют участки, удовлетворяющие условию (14). Однако по следние могут содержать слишком малые приращения, соизмеримые с погрешностью взвешивания. В этих слу чаях необходимо использовать более точные весы или непрерывную запись изменения веса образцов.
|
Л и т е р а т у р а |
|
1. |
Х а а з е Р. Термодинамика неравновесных процессов. М., |
1967. |
2. A n d r e w s D., Johnston J., J. Amer. Chem. Soc., 46, 640, |
1924. |
|
3. |
Е р м о л е н к о В. Д. ИФЖ- Т. 5, № 10, 1962. |
|
4. К а з а н с к и й В. М., Ка в е д к а я Т. Л., Л у ц ы к П. П.— В |
||
кн.: Теплофизика и теплотехника. Вып. 16, Киев, 1970. |
|
|
5. |
Л ы к о в А. В. Теория теплопроводности. М., 1967. |
|
Л. Н. ИВАНОВА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНТРОПИИ И ТЕПЛОТЫ СОРБЦИИ ВОДЯНОГО ПАРА КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫМИ
СТРОИТЕЛЬНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
В данной работе теплота сорбции рассчитывалась по выведенному в [1] соотношению для аналитического' определения теплоты сорбции водяного пара типичными капиллярно-пористыми* и капиллярно-пористыми кол лоидными материалами
ат • Т |
и |
( 1 ) |
|
Сщ |
Uм. г |
||
|
Выражение для расчета изменения молярной энтро пии сорбции AS водяного пара через параметры влаж ностного состояния капиллярно-пористых материалов приведено в |[2]:
|
AS = |
|
gT- U |
, |
В ' |
|
||
|
|
C . ^ - U m . t + |
(2) |
|||||
|
|
|
|
Т . |
|
|||
В качестве примеров типичных капиллярно-пористых |
||||||||
материалов |
были |
взяты: |
газобетон |
( f o = 300 к г / м ъ) \ |
||||
гипс |
(-у = |
1200 к г / м 3) \ |
известняк |
|
(ц0— 1400 к г / м г ) |
и |
||
цементный |
камень |
(В/Ц = 0,25). |
Характеристики |
их |
||||
влажностного состояния приведены |
в |[3]. |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
№изо- |
и |
мт |
d |
|
|
а т |
а. |
|
термы |
о |
о |
|
|
|
|
|
|
1 |
0,144 |
11,023 |
0,9231 |
4,4817 |
0,95-10—* 6,96 1,105 |
|||
2 |
0,144 |
— |
— |
— |
0,95-10~3 6,96 1,105 |
|||
В результате расчета |
дифференциальной энтропии |
|||||||
по (2) |
и чистой теплоты сорбции по |
(1) |
получены зави- |
|||||
* К таким материалам относятся материалы, не меняющие свои структурные характеристики, (а0, к) в процессе увлажнения [3].
70
симости их от ф (рис. 1) при Т = 293° К . Вид этих кри вых отражает последовательное изменение форм связи влаги с капиллярно-пористыми материалами.
Из рис. 1 видно, что чистая теплота сорбции моно тонно убывает для всех материалов с увеличением ф. Первым порциям связываемой влаги соответствуют большие значения q<j. Кривые приращения дифференци альной энтропии сорбированной влаги характеризуют изменение степени упорядоченности адсорбированных молекул воды. С увеличением ф дифференциальная энт ропия падает, переходя через наименьшее значение, что свидетельствует о завершении образования мономолекулярного слоя i[4]. Уменьшение величины теплоты сорб ции соответствует увеличению энтропии сорбционно свя занной влаги. Очевидно, это свидетельствует об образо вании полимолекулярных слоев. В области капиллярной конденсации (начиная с ф = 0,64-0,7) энтропия сорб ционно связанной воды близка к энтропии свободной, а чистые теплоты сорбции приближаются к нулю.
Наименьшее количество моносорбированной влаги у
Рис. 1. Зависимость дифференциальной теплоты (qd, дою/моль)
и энтропии от ф:
/ — газобетон; |
2 — гипс; |
3 — известняк; |
4 — це |
ментный |
камень |
71
известняка (ф — 0,2; U = 0,00069 кг/кг) (кривая 2, рис. 7), что характеризует его структуру как более круп нопористую, чем, например, у цементного камня (кри вая 3, рис.7).
В качестве примера капиллярно-пористого коллоид ного тела исследовалась глина. Изотерма ее при 293°К приведена в ([6]. Увлажнение глины может рассматри ваться как процесс, при котором происходит адсорбция на поверхности скелета, конденсация сорбата в капил лярах тела, а также интермицелярное проникновение влаги в скелет, обусловленное возникновением осмоти ческого давления |[5]. Последнее является причиной из менения объема скелета материала вследствие чего его структурные характеристики влажностного состояния а0 и к изменяются.
Характеристики влажностного состояния глины, вы численные по изотермам, описанным в ,[6], приведены в табл. 1.
На рис. 2 показана зависимость чистой теплоты и дифференциальной энтропии сорбции для глины от влагосодержания. Теплота сорбции от наибольшего значе ния монотонно убывает, приближаясь к нулю. Диффе ренциальная энтропия сорбции непрерывно растет с увеличением влагосодержания, причем наиболее замет-
Рис. 2. Зависимость дифференциальной теплоты (qd, дж/ моль) и энтропии сорбции (Дь, дж/
моль ■град) глины от влагосодержа ния (и, кг)кг)
72