Массообменные процессы

Содержание

Слайд 2

Массообменные процессы Переход вещества из одной фазы в другую через разделяющую

Массообменные процессы

Переход вещества из одной фазы в другую через разделяющую их

поверхность, или передвижение вещества в пределах одной фазы:
молекулярная диффузия, масоотдача и массопередача
Слайд 3

Молекулярная диффузия где dM – количество продиффундировавшего вещества, кг; - градиент

Молекулярная диффузия
где dM – количество продиффундировавшего вещества, кг;
- градиент концентрации,

.
D – коэффициент молекулярной диффузии
Знак минус показывает, что при молекулярной диффузии концентрация убывает в направлении перемещения вещества, а градиент концентрации …… .
Слайд 4

Коэффициент молекулярной диффузии Коэффициент молекулярной диффузии D зависит от природы диффундирующего

Коэффициент молекулярной диффузии

Коэффициент молекулярной диффузии D зависит от природы диффундирующего вещества,

не связан с динамикой процесса и характеризует способность вещества проникать в какую-либо среду.
Коэффициент диффузии зависит от агрегатного состояния системы, температуры и давления.
Показывает какое количество вещества диффундирует через поверхность 1м2 в течение 1 с при разности концентраций на расстоянии 1м равной единице.
Значения D находят по справочникам или рассчитывают: Dгаза=0,1-1 см2/c
Dжид=1 см2/сутки
Слайд 5

Массоотдача Перенос вещества в объеме одной фазы за счет молекулярной и конвективной диффузий:

Массоотдача

Перенос вещества в объеме одной фазы за счет молекулярной и конвективной

диффузий:
Слайд 6

Математическое описание массоотдачи

Математическое описание массоотдачи

Слайд 7

Критерии диффузионного подобия Критерий Нуссельта диффузионный: Критерий Фурье диффузионный : Критерий Прандтля диффузионный:

Критерии диффузионного подобия

Критерий Нуссельта диффузионный:
Критерий Фурье диффузионный :
Критерий Прандтля диффузионный:


Слайд 8

Критериальное уравнение Т.е. уравнение аналогично теплообменному

Критериальное уравнение
Т.е. уравнение аналогично теплообменному

Слайд 9

Массопередача Переход вещества из одной фазы в другую через разделяющую их поверхность

Массопередача

Переход вещества из одной фазы в другую через разделяющую их поверхность

Слайд 10

Закон массопередачи где M – количество вещества, перешедшего из одной фазы

Закон массопередачи
где M – количество вещества, перешедшего из одной фазы в

другую, кг/c;
Кy – коэффициент массопередачи,
F – поверхность соприкосновения фаз, м2;
- движущая сила процесса массопередачи.
Коэффициент массопередачи выражает количество вещества, переходящего из одной фазы в другую за единицу времени через единицу поверхности соприкосновения при движущей силе равной единице.
Слайд 11

Классификация массообменных процессов Массообменные процессы со свободной границей контакта фаз: Абсорбция,

Классификация массообменных процессов

Массообменные процессы со свободной границей контакта фаз:
Абсорбция, ректификация, экстракция
Массообменные

процессы с неподвижной поверхность контакта фаз:
Сушка, адсорбция, ионный обмен, мембранное разделение, кристаллизация, экстрагирование
Слайд 12

ОБЕЗВОЖИВАНИЕ Процесс обезвоживания материала за счет испарения влаги и отвода ее

ОБЕЗВОЖИВАНИЕ

Процесс обезвоживания материала за счет испарения влаги и отвода ее паров

- сушка.
Все тела обладают способностью поглощать влагу, отдавать влагу и интенсивно удерживать влагу.
Количество влаги в теле меняется в значительных пределах в зависимости от условий.
Слайд 13

Влажность материала Баланс влажного материала: Относительная влажность Абсолютная влажность

Влажность материала

Баланс влажного материала:
Относительная влажность
Абсолютная влажность

Слайд 14

Формы связи влаги с материалом Химическая связь влаги с материалом –

Формы связи влаги с материалом

Химическая связь влаги с материалом – влага

входит в состав кристаллических решеток материала;
Физико-химическая связь – осуществляется адсорбционными и осмотическими силами:
адсорбционная и осмотическая;
Физико-механическая связь –влага, заполняющая макро- и микрокапиляры, и влага смачивания;
Слайд 15

Физико-химическая связь Адсорбционная влага захватывается внешней поверхностью структурных элементов материала под

Физико-химическая связь

Адсорбционная влага захватывается внешней поверхностью структурных элементов материала под действием

нескомпенсированного силового поля молекул, находящихся на этой поверхности.
Осмотическая влага проникает в капиллярно-пористое тело через стенки пор за счет сил осмотического давления путем избирательной диффузии.
Слайд 16

Физико –механическая связь Капиллярная – заполняет микрокапилляры, сорбируется из воздуха. Смачивания

Физико –механическая связь

Капиллярная – заполняет микрокапилляры, сорбируется из воздуха.
Смачивания – макрокапилляры

заполняются влагой при непосредственном соприкосновении с водой.
Слайд 17

Классификация влажного материала Коллоидные тела – сохраняют эластичные свойства после удаления

Классификация влажного материала

Коллоидные тела – сохраняют эластичные свойства после удаления из

них влаги (желатин), преобладает осмотическая форма связи;
Капиллярно-пористые тела – при удалении влаги становятся хрупкими (песок, древесный уголь), преобладает капиллярная форма связи;
Капиллярно-пористые коллоидные тела – характерны процессы набухания и усадки (торф, зерно, кожа).
Слайд 18

Равновесная влажность При долгом контакте материала с воздухом определенной t и

Равновесная влажность

При долгом контакте материала с воздухом определенной t и φ,

влажность материала постоянна – равновесная.
Температура материала равна температуре влажного воздуха, давление паров воды у поверхности материала равно парциальному давлению водяного пара в воздухе: pм =pпв
Слайд 19

Равновесная влажность Зависит от свойств материала; характера связи влаги с материалом;

Равновесная влажность

Зависит
от свойств материала;
характера связи влаги с материалом;
параметров окружающей среды.
Равновесная

влажность материала при контакте с воздухом φ=100% - гигроскопическая точка материала.
Слайд 20

Гигроскопическая точка Парциальное давление пара в воздухе и непосредственно над поверхностью

Гигроскопическая точка

Парциальное давление пара в воздухе и непосредственно над поверхностью материала

равны парциальному давлению насыщенного пара при данной температуре: pм=pпв=pнас ;
Слайд 21

Состояние материала Если влажность материала больше влажности гигроскопической точки – материал

Состояние материала

Если влажность материала больше влажности гигроскопической точки – материал находится

во влажном состоянии: pм=pнас
Сушка материала, находящегося во влажном состоянии, протекает при любых параметрах окружающей среды до ее полного насыщения.
Слайд 22

Состояние материала Если влажность материала меньше влажности гигроскопической точки – материал

Состояние материала

Если влажность материала меньше влажности гигроскопической точки – материал находится

в гигроскопическом состоянии: pм < pнас
Сушка материала, находящегося в гигроскопическом состоянии, зависит от давления водяного пара в окружающей среде и возможна только при влажности материала больше равновесной.
Слайд 23

Равновесная влажность

Равновесная влажность

Слайд 24

Особенности тепло- массообмена Если парциальное давление водяных паров у поверхности материала

Особенности тепло- массообмена

Если парциальное давление водяных паров у поверхности материала больше,

чем в окружающем воздухе, материал отдает влагу воздуху.
Парциальное давление водяных паров у поверхности материала меньше, чем в окружающем воздухе, -материал сорбирует влагу из воздуха
Слайд 25

Процесс сушки При сушке жидкость испаряется и переходит в газовую фазу

Процесс сушки

При сушке жидкость испаряется и переходит в газовую фазу в

виде пара, передавая от жидкости к воздуху (газу) тепло, равное теплоте испарения жидкости:
Т.к. сушка – массообменный процесс:
)
Слайд 26

Влияние температуры Чем выше температура материала, тем больше давление пара над

Влияние температуры

Чем выше температура материала, тем больше давление пара над материалом

pм , т.е. для интенсификации процесса необходимо тепло.
Слайд 27

Тепловая сушка Контактная сушка; Воздушная или газовая сушка; Терморадиационная сушка; Высокочастотная сушка

Тепловая сушка

Контактная сушка;
Воздушная или газовая сушка;
Терморадиационная сушка;
Высокочастотная сушка

Слайд 28

Тепло- массообмен При тепловой сушке процесс передачи влаги (вещества) из одной

Тепло- массообмен

При тепловой сушке процесс передачи влаги (вещества) из одной фазы

в другую сопровождается процессом теплопередачи.
Температура фаз не одинакова.
Количество тепла, передаваемого от газообразного сушильного агента к жидкости за счет конвекции при tг >Θм:
Слайд 29

Процесс испарения сопровождается передачей тепла от жидкости в окружающую среду; Жидкость

Процесс испарения сопровождается передачей тепла от жидкости в окружающую среду;
Жидкость соприкасается

с горячим теплоносителем и нагревается;
Когда Q1=Q2 наступает тепловое равновесие, идет испарение при постоянной температуре.
Слайд 30

Температура, принимаемая жидкостью при испарении после достижения теплового равновесия, - температура

Температура, принимаемая жидкостью при испарении после достижения теплового равновесия, - температура

мокрого термометра.
Процесс сушки при данных параметрах газа (воздуха) происходит до достижения равновесной влажности материала.
Слайд 31

Кривая сушки

Кривая сушки

Слайд 32

Первый период сушки Кинетический закон Скорость процесса Температура материала Θм=tм

Первый период сушки

Кинетический закон
Скорость процесса
Температура материала Θм=tм

Слайд 33

Второй период сушки Кинетический закон Скорость процесса –равномерно падающая и неравномерно

Второй период сушки

Кинетический закон
Скорость процесса –равномерно падающая и неравномерно падающая
Температура

материала повышается до tв
Слайд 34

Слайд 35

1- для тонких материалов с большой удельной поверхностью; 2 – для

1- для тонких материалов с большой удельной поверхностью;
2 – для пористых

материалов (ткань, кожа, бумага)
3 – для материалов с небольшой удельной поверхностью (керамика)
Слайд 36

Факторы, влияющие на скорость Природа высушиваемого материала; Размеры; Начальная и конечная

Факторы, влияющие на скорость

Природа высушиваемого материала;
Размеры;
Начальная и конечная влажность материала;
Относительная

влажность, температура и скорость воздуха:
1 период – скорость и направление движения
11 период – температура и относительная влажность воздуха
Характер и условия обтекания материала воздухом
Слайд 37

Тепло- и массообменные процессы Закономерная совокупность теплового и массообменного воздействия на

Тепло- и массообменные процессы

Закономерная совокупность теплового и массообменного воздействия на материал

для придания ему заданных свойств.
Установки, в которых проходят эти процессы, - тепловые установки.
В тепловой установке тепловая энергия используется для технологической переработки материала.
Слайд 38

Тепловая обработка Тепловая обработка материалов и изделий определяет качество готовой продукции:

Тепловая обработка

Тепловая обработка материалов и изделий определяет качество готовой продукции:
происходят физико-химические

превращения;
формируется структура;
идут процессы тепло- и массообмена;
возникают напряженные состояния.
Слайд 39

Классификация способов тепловой обработки Тепловлажностные –предусматривают тепловую обработку материала с сохранением

Классификация способов тепловой обработки

Тепловлажностные –предусматривают тепловую обработку материала с сохранением в

нем влаги.
Сушка – тепловая обработка начинается с удаления влаги (конечная или промежуточная стадия).
Слайд 40

Тепловой режим Совокупность создаваемых для обработки материалов и изделий тепловых, массообменных

Тепловой режим

Совокупность создаваемых для обработки материалов и изделий тепловых, массообменных и

гидродинамических процессов.
При тепловом режиме рабочее тело (газ, воздух, пар) воздействует на обрабатываемый материал – тепло- и массообменный процесс.
Слайд 41

Влажный материал, подвергаемый тепловой обработке Неоднородные (гетерогенные) системы с тремя фазами

Влажный материал, подвергаемый тепловой обработке

Неоднородные (гетерогенные) системы с тремя фазами агрегатного

состояния:
Основа структуры – твердая фаза;
Поры материала заполняет:
вода;
Воздух, пары воды и газы.
В процессе тепловой обработки три фазы в количественном отношении все время меняются.
.
Слайд 42

Обмен теплотой между теплоносителем и материалом протекает в тепловой установке: влага

Обмен теплотой между теплоносителем и материалом протекает в тепловой установке:
влага испаряется

с поверхности материала и поглощается теплоносителем, место испаренной влаги (поровое пространство) занимает влажный воздух из теплоносителя;
при конденсации влаги на поверхности материала влага диффундирует в поры материала, вытесняя из них воздух.
происходят в материале процессы термического расширения, ускоряются возможные химические реакции и т.д.
Слайд 43

Особенности тепло- массообмена Если парциальное давление водяных паров у поверхности материала

Особенности тепло- массообмена

Если парциальное давление водяных паров у поверхности материала больше,

чем в окружающем воздухе, материал отдает влагу воздуху.
Парциальное давление водяных паров у поверхности материала меньше, чем в окружающем воздухе, -материал сорбирует влагу из воздуха
Слайд 44

Влажно-тепловая обработка Под влажно-тепловой обработкой швейных изделий понимают специальную обработку деталей

Влажно-тепловая обработка

Под влажно-тепловой обработкой швейных изделий понимают специальную обработку деталей или

изделия влагой, теплом и давлением с помощью специального оборудования.
При изготовлении одежды влажно-тепловая обработка составляет приблизительно 15-25% (в зависимости от вида изделия и материала) всей трудоемкости изделия.
Слайд 45

Влажно-тепловая обработка может проводиться в процессе обработки изделий (внутрипроцессная) на утюжильном

Влажно-тепловая обработка может проводиться
в процессе обработки изделий (внутрипроцессная) на утюжильном

столе с помощью пароэлектрического утюга
при отделке готовой продукции (окончательная) на специальных столах, прессах или на паровоздушных манекенах.
применяют для придания объемно-пространственной формы деталям изделия, обработки различных швов, окончательной отделки и соединения деталей клеевым методом.
Слайд 46

Стадии влажно-тепловой обработки размягчение волокна влагой и теплом; придание определенной формы

Стадии влажно-тепловой обработки

размягчение волокна влагой и теплом;
придание определенной формы

давлением;
закрепление полученной формы путем удаления влаги теплом и давлением.
Методами указанной обработки являются утюжка, прессование и отпаривание.
Слайд 47

Оборудование ВТО электрический, электропаровой и паровой обогрев. Режимы обработки материалов зависят

Оборудование ВТО

электрический, электропаровой и паровой обогрев.
Режимы обработки материалов зависят от

применяемого оборудования:
Проутюжильники - температура нагрева гладильной поверхности может быть повышена на 5-10°С.
На утюжильных операциях используют утюги массой 2,4-6 кг.
Слайд 48

Режимы влажно-тепловой обработки

Режимы влажно-тепловой обработки

Слайд 49

Увлажнение в производстве изделий из кожи Одной из самых ответственных технологических

Увлажнение в производстве изделий из кожи

Одной из самых ответственных технологических операций

является формование заготовки верха обуви на колодке. От выполнения этого процесса зависит, как долго обувь будет сохранять хороший внешний вид и форму.
Чтобы тратить меньше усилий, заготовку увлажняют, и она становится эластичной, послушной, т.е. увеличивается деформационная способность материала.
Слайд 50

Увлажнение заготовок верха обуви перед формованием уменьшает вероятность разрыва кожи и

Увлажнение заготовок верха обуви перед формованием

уменьшает вероятность разрыва кожи и прежде

всего ее лицевого слоя во время обтяжно-затяжных операций;
позволяет больше деформировать материал, что является одним из основных условий хорошей формоустойчивости обуви;  
дает возможность уменьшать размеры заготовок и снизить расход материала.
Слайд 51

Свойства увлажненных материалов обладают лучшей релаксационной способностью по сравнению с неувлажненными.

Свойства увлажненных материалов

обладают лучшей релаксационной способностью по сравнению с неувлажненными.
при

формовании быстрее протекают процессы релаксации напряжений, уменьшается величина остаточных напряжений, и увеличиваются остаточные удлинения.
способствует облегчению выполнения операций формования верха обуви и одновременно достижению наилучшей формоустойчивости.
Слайд 52

Способы увлажнения материалов, применяемых для изделий из кожи в жидкой фазе, сорбционный, термодиффузионный (контактный).

  Способы увлажнения материалов, применяемых для изделий из кожи

в жидкой фазе,


сорбционный,
термодиффузионный (контактный).
Слайд 53

Увлажнение в жидкой фазе При атмосферном давлении, в вакууме под давлением.

Увлажнение в жидкой фазе

При атмосферном давлении,
в вакууме
под давлением.

Слайд 54

Увлажнение в жидкой фазе при атмосферном давлении Намокание кратковременное погружение в воду с последующей пролежкой

Увлажнение в жидкой фазе при атмосферном давлении

Намокание
кратковременное погружение в воду с

последующей пролежкой
Слайд 55

Намокание детали, погруженные в воду, увлажняются в течение определенного времени. кожа

Намокание

детали, погруженные в воду, увлажняются в течение определенного времени.
кожа поглощает только

влагу намокания. Затем из крупных капилляров кожи влага начинает перемещаться в более мелкие. Объем крупных капилляров в 10 раз превышает объем мелких, поэтому значительная часть воды остается в крупных капиллярах, т.е. в коже накапливается большое количество влаги намокания, которая не изменяет механические свойства кожи, является балластной и требует в дальнейшем дополнительных расходов энергии на сушку.
Слайд 56

Намокание не происходит равномерное распределение влаги по топографическим участкам кожи вследствие

Намокание

не происходит равномерное распределение влаги по топографическим участкам кожи вследствие неравномерного

распределения крупных капилляров по площади кожи: полы и вороток поглощают влаги больше, чем чепрак и огузок.
происходит вымывание из кожи растворимых веществ и жира, появляются пятна, подтеки.
Слайд 57

метод окунания с последующей пролежкой заготовка на короткое время погружается в

метод окунания с последующей пролежкой

заготовка на короткое время погружается в слегка

нагретую воду и затем подвергается длительной пролежке для равномерного послойного распределения влаги, или провяливанию в течение 1,5-2 часов во влажной мешковине, полиэтиленовых мешках или закрытых шкафах.
Слайд 58

Увлажнение под давлением Вода, находящаяся под давлением поршня 300 МПа, сжимает

Увлажнение под давлением

Вода, находящаяся под давлением поршня 300 МПа, сжимает воздух

в капиллярах кожи, быстро заполняет их на значительную глубину и адсорбируется поверхностью капилляров. После снятия внешнего давления сжатый воздух расширяется и выбрасывает излишки воды.
Увлажненные детали не содержат балластной влаги, увлажняются равномерно по площади и толщине, но вымывание растворимых веществ не устраняется.
Слайд 59

Увлажнение в вакууме Детали загружают в герметичную камеру, из которой воздух

Увлажнение в вакууме

Детали загружают в герметичную камеру, из которой воздух откачивается

до необходимого разрежения. В вакууме детали выдерживают 1-2 минуты. Затем камеру заполняют водой комнатной температуры и восстанавливают атмосферное давление. Вода быстро проникает в капилляры кожи, давление в которых ниже атмосферного. Время выдержки деталей в воде 1-2 минуты.
Недостатком, кроме сложности создания и эксплуатации вакуумных установок, является значительное количество балластной влаги, которая остается в крупных порах и увеличивает продолжительность сушки.
Слайд 60

Увлажнение сорбцией влаги из насыщенного влажного воздуха Сорбционный метод увлажнения обеспечивает

Увлажнение сорбцией влаги из насыщенного влажного воздуха

Сорбционный метод увлажнения обеспечивает

равномерное обводнение капиллярной структуры, поскольку мелкие и средние капилляры, в которых конденсируется капиллярная влага, распределены равномерно и почти независимо от топографии кожи и, кроме того, позволяют полностью увлажнить заготовку в целом, что улучшает условия формования всех ее деталей, повышает формоустойчивость обуви.
Слайд 61

Условия процесса увлажнения сорбцией влаги из воздуха Увлажняющий воздух должен иметь

Условия процесса увлажнения сорбцией влаги из воздуха

Увлажняющий воздух должен иметь высокую

насыщенность (не ниже 97%).
увлажнительная камера должна быть достаточно герметичной
необходимо создать движение паровоздушной смеси в камере 0,5 м/с, это способствует диффузии молекул пара через слой воздуха, прилегающий к поверхности кожи;
Воздух должен насыщаться не примешиванием к влаге готового пара, а испарением влаги, в противном случае произойдет конденсация пара на увлажняемых деталях, вызывающая подтеки и изменяющая окраску кожи;
В увлажнительную установку камеры должна подаваться паровоздушная смесь, подогретая до температуры 35-450С. При более высокой температуре наблюдается перепад температуры заготовки, вынутой из увлажнительной камеры, и атмосферного воздуха (18-200С): влага начнет перемещаться путем термодиффузии из внутренних слоев на поверхность материала, с которой будет быстро испаряться.
Слайд 62

увлажнения сорбцией влаги из воздуха Достоинства не происходит растворения и миграции

увлажнения сорбцией влаги из воздуха

Достоинства

не происходит растворения и миграции водорастворимых веществ.

Недостатки

процесс

увлажнения характеризуется значительной продолжительностью во времени;
увлажняются не только кожаные детали, но и текстильная подкладка;
наблюдается неравномерность привеса влаги между отдельными заготовками, т.к. в большинстве конструкций установок заготовки верха увлажняются пачками.
Слайд 63

Установки для сорбционного метода увлажнения: установки, в которых воздух увлажняется испарением

Установки для сорбционного метода увлажнения:

установки, в которых воздух увлажняется испарением подогретой

воды со свободной поверхности;
распыленная форсунками вода испаряется струей движущегося воздуха;
подача пара, пропущенного через воду в рабочее пространство;
распыление воды форсунками и образование тумана в рабочей камере;
предварительное вакуумирование заготовок верха обуви.
Слайд 64

Режимы увлажнительных установок при высокой температуре влажного воздуха или при температуре

Режимы увлажнительных установок

при высокой температуре влажного воздуха или при температуре влажного

воздуха, равной температуре окружающей среды;
с принудительным движением воздуха (0,5-1,5 м/с) или с чрезвычайно малой скоростью движения воздуха, обусловленной разной плотностью воздуха в различных частях установки;
с транспортирующим устройством для увлажняемых деталей, т.е. установки непрерывного действия; и без транспортирующего устройства, т.е. установки периодического действия.