- •Введение
- •1 Характеристика основных стадий технологического процесса
- •2 Классификация основных процессов
- •В. По способу организации
- •С. По изменению параметров процесса во времени
- •3 Материальный и энергетический балансы процессА
- •4 Интенсивность процесса
- •5 Виброреология дисперсных систем
- •6 Гидромеханические процессы
- •6.1 Внешняя задача гидродинамики
- •Потеря энергии в таких условиях связана в основномс преодолением сопротивления трения.
- •6.2 Осаждение частиц под действием силы тяжести
- •6.3 Смешанная задача гидродинамики
- •6.3.1 Гидродинамика слоя зернистого материала
- •6.4 Процессы образования неоднородных систем
- •6.4.1 Общая характеристика неоднородных систем
- •6.4.2 Методы получения неоднородных систем
- •6.5 Течение неньютоновских жидкостей
- •6.5.1 Основные понятия реологии
- •6.5.2 Идеальные законы реологии
- •6.5.3 Моделирование реологических свойств
- •6.6 Гидродинамика неньютоновских жидкостей
- •6.7 Вязкость жидких дисперсных систем
- •7 Методы формования
- •7.1 Формование литьем
- •7.2 Пластическое формование (экструзия)
- •7.3 Прессование
- •7.4 Виброформование
- •7.4.1 Основы виброреологии
- •7.4.2 Виброуплотнение
- •8.1 Измельчение в промышленности строительных материалов
- •8.1.1 Закономерности процесса измельчения
- •8.1.2 Кинетика измельчения
- •8.1.3 Влияние среды на процесс измельчения
- •8.1.4 Методы измельчения в технологии строительных материалов
- •8.2 Дробление материалов
- •8.3 Помол материалов
- •8.4 Классификация материалов
- •8.4.1 Механическая классификация
- •8.4.2 Способы выражения зернового состава материалов
- •8.4.3 Условия прохождения зерна через сито
- •8.4.4 Способы грохочения
- •8.4.5 Принципы подбора зернового состава материалов
- •8.5 Выбор дробильно-помольного оборудования
- •9 Перемешивание материалов
- •10 Тепловые и массобменные процессы
- •10.1 Общие сведения о тепловых процессах
- •10.2 Классификация тепловых процессов
- •10.3 Движущая сила тепловых процессов
- •10.4 Теплообмен при изменении агрегатного состояния
- •10.4.1 Теплообмен при конденсации паров
- •10.4.2 Теплообмен при растворении вещества
- •10.5 Внешний и внутренний теплообмен
- •10.5.1 Внешний теплообмен
- •10.5.2 Внутренний теплообмен
- •10.6 Массообменные процессы
- •10.6.1 Основные закономерности массообмена
- •10.6.2 Уравнение массопередачи
- •10.6.3 Массоперенос в капиллярно-пористых телах
- •10.6.4 Внутренний и внешний массообмен
- •10.7 Классификация теплообменных аппаратов
10.4.2 Теплообмен при растворении вещества
Растворением называется физико-химический процесс перехода твердого вещества в раствор.
Растворение связано с изменением свободной энергии системы и сопровождается тепловым эффектом. Тепловой эффект растворения является результатом одновременного протекания двух стадий процесса:
стадии разрушения кристаллического вещества на ионы;
стадии сольватации (гидратации) ионов.
Согласно закона Гесса, тепловой эффект не зависит от пути процесса и определяется только исходным и конечным состоянием системы, т.е.:
, (10.8)
где rр – теплота растворения; rг – теплота гидратации; u – энергия решетки.
Из этого следует, что в зависимости от соотношения величин u и rг процесс растворения может протекать как с выделением, так и с поглощением тепла. При u > rг, rр > 0 – растворение происходит с выделением тепла; при u < rг, rр < 0 – растворение происходит с поглощением тепла.
Изменение температуры системы при растворении вещества можно рассчитать по формуле:
, (10.9)
где M0 – масса растворенного вещества; V – объем жидкости; T0 – температура жидкости до растворения вещества; T1 – температура жидкости после растворения вещества; С, - удельная теплоемкость и плотность жидкости.
Кристаллизация вещества из раствора сопровождается таким же по величине, как и растворение, тепловым эффектом, но имеющим обратный знак.
10.5 Внешний и внутренний теплообмен
В практике тепловых процессов при производстве строительных материалов обычно рассматривают:
внешний теплообмен – теплообмен между теплоносителем (хладоагентом) и внешними поверхностями тела;
внутренний теплообмен – теплообмен между телом и заключенным в нем теплоносителем. Такой вид теплообмена существует при движении теплоносителя в каналах, капиллярах, порах.
10.5.1 Внешний теплообмен
При внешнем теплообмене возможны два случая протекания процесса:
теплообмен непосредственно между теплоносителем и поверхностью материала;
теплообмен между теплоносителем и материалом через пленку конденсата.
Первый случай характерен для процессов сушки и обжига материала, а второй – для тепловлажностной обработки материала в среде насыщенного водяного пара.
Внешний теплообмен между теплоносителем и материалом происходит конвекцией, излучением и теплопроводностью. Поскольку в тепловых установках чаще используется конвективный теплообмен, то подробнее остановимся на его рассмотрении.
Величина теплового потока от теплоносителя к поверхности материала определяется из уравнения Ньютона:
, (10.10)
где - коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к поверхности материала; tт – средняя температура теплоносителя; tм – средняя температура поверхности материала.
Это соотношение применимо для расчета внешнего теплообмена в сушильных установках, где t 200оС. В печных установках, когда доля лучистого теплообмена значительно возрастает, внешний теплообмен можно рассчитать по этой же формуле, однако при этом:
, (10.11)
где к – коэффициент теплоотдачи при конвекции; л – коэффициент теплоотдачи при излучении.
При отсутствии в материале эндотермических реакций тепловой поток расходуется:
на нагрев материала и влаги, содержащейся в материале;
на испарение влаги с поверхности материала.
Тогда балансовое уравнение внешнего теплообмена будет иметь вид:
, (10.12)
где r – теплота испарения; 0 – плотность сухого материала; Rv – отношение объема сухого материала к его поверхности, с которой происходит испарение (характеристический размер тела); c – удельная теплоемкость материала; du/d - скорость испарения влаги с поверхности материала; dt/d - скорость нагрева материала.
В этом уравнении 1-ый член правой части учитывает расход тепла на испарение влаги, а 2-ой – на нагрев материала.
При тепловлажностной обработке на поверхности материала, находящегося в тепловой установке, может происходить конденсация пара. Это происходит, если температура поверхности материала меньше температуры окружающей среды и меньше температуры точки росы. В этом случае теплообмен между теплоносителем и материалом усложняется.
Удельный тепловой поток от конденсирующегося пара определяется соотношением:
(10.3)
где п – коэффициент массоотдачи пара; mп – масса пара; Р’п – парциальное давление пара в окружающей среде; Р”п – парциальное давление пара у поверхности материала.
Балансовое уравнение внешнего теплообмена при наличии пленки конденсата имеет вид:
(10.14)
где - коэффициент теплопроводности пленки конденсата; - толщина пленки конденсата; tж – температура наружной поверхности пленки конденсата.