УДК 66.015.23:[66.047+66.061+66.071.6]
ББК 35.113
Р83
Рецензенты:
Федосов С. В. — академик РААСН, доктор технических наук, профессор;
Липин А. Г. — заведующий кафедрой «Процессы и аппараты химической
технологии» Ивановского государственного химико-технологического университета,
доктор технических наук, профессор
Рудобашта С. П.
Р83 Массообмен в процессах сушки, адсорбции, экстрагирования,
диффузионной паропроницаемости: монография /
С. П. Рудобашта. — М.: «Колос-с», 2024. — 573 с.
ISBN 978-5-00129-408-5
В книге рассмотрены теоретические основы процессов переноса вещества
в процессах сушки, адсорбции, экстрагирования, диффузионной паропроницаемости.
Дан анализ закономерностей транспорта вещества в фазах,
приведены решения основных задач нестационарной массопроводности
(диффузии) и методы определения кинетических коэффициентов, данные
по фазовому концентрационному равновесию, по массопроводности (диффузии)
распределяемого вещества в твердой фазе, по продольному перемешиванию
фаз, изложены аналитические методы расчета кинетики процессов
с примерами расчетов различных типов аппаратов, рассмотрены работы, содержащие
результаты исследований по диффузии и математическому описанию
процесса сушки, представленные на крупнейших зарубежных международных
конференциях и симпозиумах по сушке ХХI-го века (IDS, Eurodrying,
NDC, NBDC и др.).
Книга рассчитана на научных работников и инженеров, работающих
в области химической, пищевой, строительной, текстильной, легкой,
целлюлозно-бумажной промышленности, агропромышленного комплекса,
и может быть использована также аспирантами, магистрантами и студентами
соответствующих направлений и профилей.
УДК 66.015.23:[66.047+66.061+66.071.6]
ББК 35.113
© Рудобашта С. П., 2023
ISBN 978-5-00129-408-5
© ООО «Издательско-книготорговый центр «Колос-с», 2023
Стр.2
СОДЕРжАНИЕ
Предисловие................................................................................................... 3
Условные обозначения ................................................................................. 9
ГЛАВА 1. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПЕРЕНОСА
ВЕЩЕСТВА В ТВЕРДОЙ ФАЗЕ .................................................... 15
1.1. Структура материалов твердой фазы ............................................ 15
1.2. Классификации материалов твердой фазы .................................. 24
1.3. Фазовое концентрационное равновесие ...................................... 29
1.4. Основные механизмы внутреннего массопереноса ..................... 41
1.5. Экспериментальная проверка уравнения
массопроводности ......................................................................... 61
1.6. Аномальная диффузия .................................................................. 73
ГЛАВА 2. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПЕРЕНОСА
ВЕЩЕСТВА ВО ВНЕШНЕЙ ФАЗЕ .............................................. 89
2.1. Механизмы переноса вещества во внешней фазе ....................... 89
2.2. Диффузионный пограничный слой и уравнение
массоотдачи ................................................................................... 96
2.3. Критериальные уравнения массоотдачи ...................................... 99
2.4. Критериальные уравнения теплоотдачи, используемые
для расчета кинетики сушки в первом периоде ........................ 114
ГЛАВА 3. МАССОПЕРЕДАЧА .............................................................. 119
3.1. Дифференциальные уравнения массо-и теплопроводности .... 119
3.2. Краевые условия задач нестационарной массопроводности .... 124
3.3. Дифференциальные уравнения диффузии при адсорбции
и экстрагировании ....................................................................... 126
3.4. Уравнения рабочих линий и материального баланса типовых
схем массопередчи ....................................................................... 129
3.5. Уравнение массопередачи ........................................................... 138
3.6. Стационарная массопередача ..................................................... 140
3.7. Линейная задача нестационарной массопроводности при
постоянной концентрации распределяемого вещества во
внешней среде .............................................................................. 145
3.8. Регулярный режим нестационарной массопроводности .......... 151
3.9. Линейная задача нестационарной массопроводности
при переменной концентрации распределяемого вещества
во внешней среде ......................................................................... 153
570
Стр.570
3.10. Численнные решения нелинейных задачи массопроводности 156
3.11. Зональный метод расчета кинетики массопередачи ............... 160
3.12. Влияние неизотермичности процесса на массопередачу ........ 171
ГЛАВА 4. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИНЕТИЧЕСКИХ
КОЭФФИЦИЕНТОВ ...................................................................... 194
4.1. Определение коэффициента массопроводности ....................... 194
4.2. Определение относительного коэффициента термодиффузии 215
4.3. Определение коэффициентов массоотдачи ............................... 218
ГЛАВА 5. МАССОПРОВОДНОСТЬ В ПРОЦЕССАХ СУШКИ,
АДСОРБЦИИ, ЭКСТРАГИРОВАНИЯ ....................................... 224
5.1. Массопроводность при сушке .................................................... 224
5.2. Массопроводность при адсорбции ............................................. 276
5.3. Массопроводность при экстрагировании .................................. 289
ГЛАВА 6. КИНЕТИКА МАССОПЕРЕДАЧИ В СИСТЕМАХ
С ТВЕРДОЙ ФАЗОЙ ....................................................................... 293
6.1. Общий анализ методов кинетического расчета массообменных
аппаратов для систем с твердой фазой ....................................... 293
6.2. Расчет кинетики процесса при изотермической
и квазиизотермической массопередаче ...................................... 296
6.3. Продольное перемешивание фаз в непрерывно действующем
аппарате ........................................................................................ 301
6.4. Учет влияния продольного перемешивания фаз на кинетику
массопередачи .............................................................................. 311
6.5. Расчет паропроницаемости ......................................................... 314
ГЛАВА 7. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ПРОЦЕССА КОНВЕКТИВНОЙ СУШКИ
И КИНЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СУШИЛОК ............................. 318
7.1. Анализ методов кинетического расчета процессов
конвективной сушки ................................................................... 318
7.2. Использование гидродинамических моделей структур
потоков взаимодействующих фаз при описании
кинетики сушки ........................................................................... 330
7.3. Расчет кинетики конвективной сушки на основе
дифференциальных уравнений массо- и теплопроводности
А. В. Лыкова .................................................................................. 333
7.4. Расчет кинетики сушки дисперсных материалов
математическим методом при перекрестном токе фаз ............. 339
7.5. Глубокая конвективная сушка гранулированных полимеров ... 345
7.6. Расчет кинетики сушки материала математическим
аналитическим методом на основе только уравнения
массопроводности (без привлечения уравнения
теплопроводности) ...................................................................... 351
7.7. Математическая модель кинетики конвективной сушки
на основе теории углубления поверхности испарения ............. 365
571
Стр.571
7.8. Численные математические методы расчета кинетики сушки
и определение коэффициента диффузии влаги в зарубежных
работах .......................................................................................... 374
ГЛАВА 8. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИ ОСЦИЛЛИРУЮЩЕЙ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СУШКЕ .............................................. 401
8.1. Введение ....................................................................................... 401
8.2. Осциллирующая электромагнитная сушка пластины
(плоского слоя дисперсного материала) .................................... 403
8.3. Осциллирующая электромагнитная сушка
цилиндрического тела ................................................................. 420
8.4. Осциллирующая электромагнитная сушка сферического
тела ............................................................................................... 430
8.5. Тепломассоперенос при сушке пластины в непрерывно
действующем электромагнитном поле высокой и сверхвысокой
частоты ......................................................................................... 445
ГЛАВА 9. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ПРОЦЕССА АДСОРБЦИИ ............................................................ 459
9.1. Общая характеристика математических моделей,
используемых при описании кинетики и динамики
адсорбции ..................................................................................... 459
9.2. Изотермическая модель адсорбции в неподвижном слое ......... 463
9.3. Адиабатическая модель адсорбции в неподвижном слое ......... 466
9.4. Короткоцикловая безнагревная адсорбция
в неподвижном слое .................................................................... 469
ГЛАВА 10. ПРИМЕРЫ КИНЕТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ........................................... 474
10.1. Экстрактор непрерывного действия для извлечения
низкомолекулярных соединений из гранул
поликапроамида ......................................................................... 474
10.2. Непрерывно действующая сушилка с псевдоожиженным
слоем лоткового типа для гранул полиэтилентерефталата ...... 477
10.3. Непрерывно действующая шахтная сушилка для
гранулированного поликарбоната ............................................ 486
10.4. Периодически действующая фермерская сушилка
с псевдоожиженным слоем для зерна кукурузы ...................... 499
10.5. Расчет кинетики десорбции воды из неподвижного
слоя силикагеля.......................................................................... 511
Литература ...................................................................................................518
Стр.572