Материал: Лебедев Д.П. Тепло- и массообмен в процессах сублимации в вакууме

При постоянном общем давлении р (рис. б-19,а) справедлива формула Стефана:

d G

(6-44)

F d i

При низких давлениях парциальное давление возду­ ха pg становится слишком малым по сравнению с об­ щим давлением, и в этом случае более удобно соотно­ шение, в котором парциальное давление воздуха счита­ ется постоянным (рис. 6-19,6):

В случае, когда в сублиматоре имеется утечка и про­ исходит выделение неконденсирующихся газов с поверх-

Рис. 6-19. Распределение дав­ лений в сублиматоре и в кон­ денсаторе.

ности сублимации, в системе существует поток, образу­ емый насосом. Тогда скорость переноса рассчитывается по формуле

w — водяные пары; Т — среднее логарифмическое значе­ ние; * — равновесное состояние.

284

В приведенных соотношениях не учитывается влия­ ние температурной диффузии. В формуле (6-46) авто­ рами [Л. 4-12] не указано, какие утечки Q 1 могут быть в вакуумной системе.

Молекулярная область. Если допустить, что при дви­ жении водяного пара существует максвелловское рас­ пределение скоростей, то скорость переноса в сушиль­ ной установке может определяться по формуле

При переносе вещества от сублимирующегося льда к конденсатору в экспериментальных установках долж­ но учитываться влияние распределен'ия скоростей водя­ ного пара со стороны конденсатора, однако для реаль­ ных условий при наличии между сублиматором и кон­

Рис. 6-20. Диаграмма переноса с учетом скорости фазового перехо­ да со стороны поверхности льда.

1 В вакуумной системе возможна не утечка, а нежелательный присос воздуха из окружающёй среды. Вероятно, утечка возможна только при отборе некоторого объема газов из вакуумной системы на их анализ.

285

ной для расчета. Проанализируем механизм переноса в этой области, учитывая, что существует молекуляр­

Коэффициент аккомодации относится к обмену энер­ гией одной молекулы или совокупности молекул с пла­ стиной. Он имеет значение

где Еп— средняя энергия падающей молекулы; Е0— средняя энергия той же молекулы после удара о пла­ стину или поверхность тепло- и массообмена; Ес— сред­ няя энергия молекулы, соответствующая температуре пластины или поверхности тепло- и массообмена при фазовых переходах. Экспериментальные значения А, со­ ответствующие природе газа и пластины, лежат в пре­ делах от 0,05 до 0,95.

В данном случае происходит не чистый теплообмен, а тепло- и массообмен при наличии фазовых переходов (сублимации или десублимации), поэтому здесь более правильно коэффициенты Аі и А2 называть коэффици­ ентами сублимации и десублимации. Скорость переноса:

вблизи стенки наблюдаются резкие изменения і(скачак) температу­ ры и скорости газа.

286

дрейфующего потока от поверхности сублимации к по­ верхности конденсации зависит от числа Кнудсена. Скорость переноса тепла и вещества с учетом величины сдвига определяется по формулам:

коэффициент массообмена или переноса вещества, м/ч.

Полученные выражения показывают, что парциаль­ ное давление несконденсировавшегося газа ps воздейст­ вует как сопротивление на перенос вещества и как по­ средник на передачу тепла. Формулы (6-55) и (6-56)

287

позволяют 'провести анализ тепломассопереноса в суб­ лимационной сушильной установке.

В рассмотренной нами аналитической части работы [Л. 4-12] расчетные формулы относились к процессам сублимации льда. При сублимационной сушке пищевых продуктов и других материалов имеет место более слож­ ный процесс, связанный с углублением поверхности суб­ лимации, который не рассматривался в [Л. 4-12].

В работе [Л. 2-37] скорость массопереноса при суб­ лимационной сушке рассматривалась как функция от движущих сил и сопротивления системы. В табл. 6-6 представлены основные движущие силы и сопротивле­ ния в сублимационной сушильной установке.

Т а б л и ц а 6-6

Потенциальные движущие силы и сопротивления при сублимационной сушке

5.Термическая диффузия

Вработе [Л. 2-37] предложена формула для скорости массопереноса в сублимационной сушилке:

288