3-1.熱移動和物質移動

熱移動和物質移動

在熱力學的區分,乾燥工程是”開放的系統”。
乾燥是指“將液體蒸發並從固體中分離出來”。
操縱熱或者壓力,使水蒸發,移動。
熱的高低是構成物質的分子運動的強度(大小)。
壓力的大小是分子的數量和分子運動的強度。

熱移動和物質移動

對於(氮氣+氧氣)=空氣和水蒸氣,乾燥過程是典型的熱力學“三體問題”。
所謂“三體問題”,就是“當處理的物質數量為三種或三種以上時,就不再存在精確的數學解。”
由於定義為不需要精確的解決方案,因此有必要在實際範圍内進行精確的工作。

水被由於像下列那樣的力在材料表面以及内部擁有。

・表面付着水→界面張力
・毛細管索状水→毛細管吸引力
・毛細管懸吊水→界面張力
・滲透水→滲透吸引力
・吸着水→吸着力
・結合水→親和力

而且對材料表面移動液體,使熱以及壓力針對這個力蒸發。
或者在材料内部氣化,移動到材料表面,放出。

用於熱的傳達上的力
・導熱

用於水以及蒸氣的移動上的力
・擴散

用於蒸發上的力
・潛熱

從表面到内部的熱傳遞
水分從内到外的運動
以相反的方向作用。

最常見的乾燥過程是加熱乾燥。
空氣乾燥也是常見的,其中通過向空氣施加壓力來乾燥表面。
真空乾燥逐漸地增加,在真空乾燥中將其冷卻並冷凍,然後在減壓下乾燥。

*水和蒸氣的相平衡

當水和水蒸氣在封閉空間中共存時,達到濃度平衡常數時,水的蒸發就會停止。

在室温和常壓(25℃,1atm)下水中所含的蒸汽

產水的自由能量= -237.1KJ / mol
產生水蒸氣的自由能量= -228KJ / mol

H2O(liquid)→H2O(gas)+8.5kJ/mol at25℃・1atm

在25℃水的濃度平衡定數

Kc=[H2O(gas)]/[H2O(water)]=exp(-ΔG/RT)=exp(-8500/8.31×298)=0.03  at25℃・1atm

※ 8500=8.5kJ/mol
※ 298=K=273℃+25℃

∴水97% 水蒸気3% 是平衡状態

在60℃常壓(60℃・1atm)下水中所含的蒸汽

產水的自由能量= -237.1KJ / mol
產生水蒸氣的自由能量= -228KJ / mol

在60℃水的定壓比熱 75.3J/K・mol
在60℃水蒸氣的定壓比熱 33.6J/K・mol

ΔG(333)=8500+(-41.7)(333-298)-333(41.7)In333/298=8.5825kJ/mol

在60℃水的濃度平衡定數

Kc=[H2O(gas)]/[H2O(water)]=exp(-ΔG/RT)=exp(-858285/8.31×333)=0.045  at60℃・1atm

※ 8582.5=8.5825kJ/mol
※ 333=K=273℃+60℃

∴水95.5% 水蒸気4.5% 是平衡状態

日常和經驗價值同樣,但是如果提高温度60℃的話,以25℃為標準的話變得容易是1.5倍水蒸氣。

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