RU2566726C1 - Method to determine mass-transfer factor of porous permeable materials - Google Patents

Method to determine mass-transfer factor of porous permeable materials Download PDF

Info

Publication number
RU2566726C1
RU2566726C1 RU2014126221/15A RU2014126221A RU2566726C1 RU 2566726 C1 RU2566726 C1 RU 2566726C1 RU 2014126221/15 A RU2014126221/15 A RU 2014126221/15A RU 2014126221 A RU2014126221 A RU 2014126221A RU 2566726 C1 RU2566726 C1 RU 2566726C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mass transfer
mass
medium
driving force
increment
Prior art date
Application number
RU2014126221/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Валентинович Светлов
Юрий Борисович Никифоров
Original Assignee
ФГБОУ ВО Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского (Первый казачий университет)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ФГБОУ ВО Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского (Первый казачий университет) filed Critical ФГБОУ ВО Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского (Первый казачий университет)
Priority to RU2014126221/15A priority Critical patent/RU2566726C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2566726C1 publication Critical patent/RU2566726C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: values included into kinetic laws of mass transfer and convective mass transfer: substance mass, motive force of mass transfer process (difference of medium potentials at both sides of material), material surface, process time. At the same time specified values are determined experimentally under two various speeds (true and auxiliary ones) of the medium washing the material from the side of mass transfer factor determination, with subsequent calculation of the sought-for factor according to the formula produced by the analytical method:
Figure 00000023
, where ΔM1 and ΔM2 - accordingly, moisture mass increment in process of the experiment, kg; Δτ - time increment corresponding to moisture mass increment, s; w1 and w2 - accordingly, true and auxiliary speeds of substance flow, m/s; Δ - total motive force of mass transfer process from one medium to another via a permeable wall of the material, Pa; F - sample surface area, m2. This formula expresses the quantitative share of potential difference between the surface and the washing medium, i.e. motive force of mass transfer by the mechanism of convective diffusion, from total motive force of mass transfer process from one medium to another via a permeable material.
EFFECT: invention makes it possible to increase accuracy of determination of mass transfer factor of porous materials, by exclusion of potential measurement on material surface contacting with its washing medium.
1 dwg

Description

Изобретение относится к технологии сушки и термовлажностной обработки разнообразных пористых проницаемых (например, теплоизоляционных) материалов, в том числе в текстильной, легкой, пищевой промышленности.The invention relates to a drying and heat-moisture treatment technology for a variety of porous permeable (for example, heat-insulating) materials, including in the textile, light, food industries.

Известен способ определения коэффициента массоотдачи, основывающийся на кинетическом законе массоотдачи (конвективной диффузии) Щукарева-Дальтона [1], включающий определение потенциалов движущей силы массообменного процесса на стенке материала и в окружающей среде.A known method for determining the mass transfer coefficient, based on the kinetic law of mass transfer (convective diffusion) Schukarev-Dalton [1], including determining the potentials of the driving force of the mass transfer process on the wall of the material and in the environment.

Недостатком известного способа является то, что на практике он трудно выполним, а порой и неосуществим, что обусловлено сложностью и неточностью замера потенциала (парциального давления, концентрации и др.) на пористой или ворсистой поверхности проницаемого твердого тела. Отмеченная сложность породила многочисленные варианты определения коэффициента массоотдачи, использующие различные допущения или косвенные решения, приводящие, естественно, к определенным ограничениям, усложнению методик расчета и к неизбежным погрешностям в результатах [2-5].The disadvantage of this method is that in practice it is difficult to perform, and sometimes unfeasible, due to the complexity and inaccuracy of measuring potential (partial pressure, concentration, etc.) on a porous or fleecy surface of a permeable solid. The noted complexity gave rise to numerous options for determining the mass transfer coefficient, using various assumptions or indirect solutions, naturally leading to certain limitations, complication of calculation methods and inevitable errors in the results [2-5].

Техническим результатом предлагаемого способа является его упрощение и повышение точности определяемого коэффициента массоотдачи.The technical result of the proposed method is its simplification and improving the accuracy of the determined mass transfer coefficient.

Этот результат достигается тем, что в предлагаемом способе определения коэффициента массоотдачи пористых проницаемых материалов, включающем определение величин, входящих в кинетический закон массопередачи, а именно: массы вещества, движущей силы процесса массопередачи (разности потенциалов сред с обеих сторон материала), поверхности материала, времени процесса, согласно изобретению одновременно выражена количественная доля разности потенциалов между движущимся потоком и омываемой поверхностью Δβ, т.е. движущей силы массоотдачи механизмом конвекции от общей движущей силы массопередачи Δ от одной среды к другой через проницаемую стенку.This result is achieved by the fact that in the proposed method for determining the mass transfer coefficient of porous permeable materials, including determining the values included in the kinetic law of mass transfer, namely: the mass of the substance, the driving force of the mass transfer process (potential difference of the media on both sides of the material), the surface of the material, time of the process according to the invention, the quantitative fraction of the potential difference between the moving stream and the surface being washed Δ β is simultaneously expressed, i.e. the driving force of mass transfer by the convection mechanism from the total driving force of mass transfer Δ from one medium to another through a permeable wall.

Это позволяет упростить проведение опытов за счет исключения измерений потенциала на обтекаемой поверхности материала и повысить точность определяемого коэффициента массоотдачи.This allows us to simplify the experiments by eliminating potential measurements on the streamlined surface of the material and to increase the accuracy of the determined mass transfer coefficient.

Соответственно отличительной особенностью полученной формулы, дающей новую информацию о процессе, является то, что она выражает количественную долю движущей силы процесса конвективной теплоотдачи от среды к поверхности материала Δβ от общей движущей силы процесса массопередачи Δ. Зная величину этой доли и значение Δ, можно точно определить значение коэффициента массоотдачи без каких-либо допущений и косвенных способов.Accordingly, a distinctive feature of the obtained formula, which gives new information about the process, is that it expresses the quantitative fraction of the driving force of the convective heat transfer process from the medium to the material surface Δ β of the total driving force of the mass transfer process Δ. Knowing the value of this fraction and the value of Δ, it is possible to accurately determine the value of the mass transfer coefficient without any assumptions and indirect methods.

Предлагаемый способ реализуют в устройстве, схема которого показана на чертеже. Основным элементом устройства является термогигростатированная камера 1 с рециркулирующим потоком влажного воздуха. Камера разделена продольной горизонтальной перегородкой 2 на две зоны, в которых на специальных подставках 3 размещены стаканчики 4 с исследуемыми образцами 5. В камере имеется сорбент (серная кислота, цеолит и др.). Циркуляцию воздуха осуществляют вентилятором 6 в комплекте с задатчиком температуры - электроконтактным термометром 14. Скорость воздуха в зонах, а соответственно производительность вентилятора, определяют по числу оборотов рабочего колеса и регулируют автотрансформатором 7. Нагрев воздуха производят электронагревателем 8, мощность которого, а следовательно, и температуру воздуха, регулируют автотрансформатором 9.The proposed method is implemented in a device, a diagram of which is shown in the drawing. The main element of the device is a thermo-hygrostatic chamber 1 with a recirculating flow of moist air. The chamber is divided by a longitudinal horizontal partition 2 into two zones, in which cups 4 with test samples 5 are placed on special supports 3. The chamber has a sorbent (sulfuric acid, zeolite, etc.). The air is circulated by the fan 6 complete with a temperature setter - an electrocontact thermometer 14. The air speed in the zones, and accordingly the fan performance, is determined by the number of revolutions of the impeller and regulated by an autotransformer 7. The air is heated by an electric heater 8, the power of which, and therefore the temperature air regulate autotransformer 9.

Замер температуры воздуха производят сухим 10 и мокрым 11 термометрами. По их показаниям определяют относительную влажность воздуха. Скорость и циркуляцию потоков воздуха замеряют переносным анемометром 12.Measurement of air temperature is carried out with dry 10 and wet 11 thermometers. According to their testimony, the relative humidity of the air is determined. The speed and circulation of air flows are measured with a portable anemometer 12.

Рабочий объем стаканчиков 4 заполняют на 30-50% водой, устанавливают в их пазы исследуемые образцы 5, производят уплотнение прижимной гайкой 13. Стаканчики с образцами нумеруют, взвешивают на аналитических весах и загружают в камеру 1 на подставку 3. Регулируя нагрузку ЛАТРом 7, устанавливают необходимую скорость воздуха в камере 1, а затем, постоянно увеличивая нагрузку, устанавливают заданную температуру циркулирующего воздуха. Параметры воздуха поддерживают неизменными в течение всего опыта. Через каждые 0,5…1 часа производят взвешивание стаканчиков и фиксацию параметров воздуха.The working volume of the cups 4 is filled with 30-50% water, the test samples 5 are installed in their grooves, the compression is carried out by clamping nut 13. The cups with the samples are numbered, weighed on an analytical balance and loaded into the chamber 1 on the stand 3. Adjusting the load with LATR 7, set the necessary air speed in the chamber 1, and then, constantly increasing the load, set the desired temperature of the circulating air. Air parameters are kept constant throughout the experiment. Every 0.5 ... 1 hour weigh the cups and fix the parameters of the air.

Опыт заканчивают после того, как стабилизируется убыль влаги в стаканчике. Этому условию соответствует 2-3х кратное повторение одной и той же убыли влаги за одинаковые промежутки времени.The experiment is completed after the loss of moisture in the glass is stabilized. This condition corresponds to 2-3 fold repetition of the same moisture loss over the same time intervals.

Таким образом, предлагаемый способ, благодаря исключению измерений на поверхности материала, имеет следующие преимущества: высокая точность определяемых коэффициентов массоотдачи βi, относительная простота проведения опытов и обработки результатов, сокращение длительности процессов, исключение травматичности материала, а значит - лучшая воспроизводимость результатов, расширение класса исследуемых материалов и быстрейшее накопление экспериментальных данных.Thus, the proposed method, due to the exclusion of measurements on the surface of the material, has the following advantages: high accuracy of the determined mass transfer coefficients β i , the relative simplicity of conducting experiments and processing the results, reducing the duration of processes, eliminating the invasiveness of the material, which means better reproducibility of the results, expanding the class studied materials and the fastest accumulation of experimental data.

Расчетное выражение выведено на основе законов массопередачи и конвективной диффузии [1].The calculated expression is derived based on the laws of mass transfer and convective diffusion [1].

При выводе искомого уравнения и преобразованиях использованы известные в современной литературе, общеупотребительные обозначения [1, 2, 4]. В частности, в учебнике А.Г. Касаткина «Основные процессы и аппараты химической технологии» (издание восьмое, переработанное, изд. «Химия», 1971 г.) в гл. 10 «Основы массопередачи» изложены понятия, формулировки, обозначения и базовые уравнения конвективного массопереноса - стр. 413-416, механизм процесса массопереноса - стр. 417, уравнения и коэффициенты массоотдачи - стр. 420-422, а также связь между коэффициентами массоотдачи β и массопередачи К - стр. 428-430.When deriving the desired equation and transformations, the commonly used notation is used in modern literature [1, 2, 4]. In particular, in the textbook A.G. Kasatkina "Basic processes and apparatuses of chemical technology" (the eighth edition, revised, published by "Chemistry", 1971) in Ch. 10 “Fundamentals of mass transfer” describes the concepts, formulations, designations and basic equations of convective mass transfer - p. 413-416, the mechanism of the mass transfer process - p. 417, equations and mass transfer coefficients - p. 420-422, as well as the relationship between the mass transfer coefficients β and mass transfer K - p. 428-430.

Нами использованы следующие обозначения: Кm1, Кm2 - коэффициенты массопередачи в сравнительных опытах, кг/(м2·с·Па); ΔМ1, ΔМ2 - приращение массы влаги в процессе опыта, кг; Δ - общая движущая сила процесса массопередачи от одной среды к другой через стенку, Па; Δβ - движущая сила (разность потенциалов) процесса конвективной массоотдачи от стенки к среде, Па; F - площадь поверхности образца, м2; Δτ - приращение времени, соответствующее приращению массы влаги, с; λm - коэффициент массопроводности пористого материала, кг/(м·с·Па); βi - коэффициенты массоотдачи для различных условий опыта, кг/(м2·с·Па); w1, w2 - истинная и вспомогательная скорости потока вещества с наружной стороны образца материала, м/с; δ - толщина образца, м.We used the following notation: K m1 , K m2 - mass transfer coefficients in comparative experiments, kg / (m 2 · s · Pa); ΔM 1 , ΔM 2 - increment of the mass of moisture in the process of experiment, kg; Δ is the total driving force of the mass transfer process from one medium to another through the wall, Pa; Δ β is the driving force (potential difference) of the process of convective mass transfer from the wall to the medium, Pa; F is the surface area of the sample, m 2 ; Δτ is the increment of time corresponding to the increment of the mass of moisture, s; λ m is the mass conductivity coefficient of the porous material, kg / (m · s · Pa); β i - mass transfer coefficients for various experimental conditions, kg / (m 2 · s · Pa); w 1 , w 2 - true and auxiliary flow rates of the substance from the outside of the sample material, m / s; δ is the thickness of the sample, m

Рассмотрен стационарный процесс массопередачи диффундирующего вещества в однородных средах, разделенных проницаемой твердой стенкой. При этом, с внутренней стороны скорость движения среды неизменна, а с наружной - принимаем два значения скорости: истинную w1 и вспомогательную w2. Тогда, в соответствии с кинетическим законом массопередачи, выразим приращение продиффундировавшего вещества за время Δτ при прочих равных условиях для обоих случаев:The stationary process of mass transfer of a diffusing substance in homogeneous media separated by a permeable solid wall is considered. Moreover, from the inside, the speed of the medium is unchanged, and from the outside, we take two speed values: true w 1 and auxiliary w 2 . Then, in accordance with the kinetic law of mass transfer, we express the increment of the diffused substance over the time Δτ, all other things being equal, for both cases:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Принимая во внимание, чтоTaking into account that

Figure 00000003
Figure 00000003

где 1 β в н .

Figure 00000004
и 1 β н .
Figure 00000005
и - соответственно внешние диффузионные сопротивления переносу по обе стороны стенки в первой и второй жидких (газообразных) средах, (м2·с·Па)/кг; δ λ m
Figure 00000006
- диффузионное сопротивление массопроводности проницаемой стенки, (м2·с·Па)/кг. Тогда в изотермических условиях для наружной среды получим:Where one β at n .
Figure 00000004
and one β n .
Figure 00000005
and - respectively, external diffusion resistance to transfer on both sides of the wall in the first and second liquid (gaseous) media, (m 2 · s · Pa) / kg; δ λ m
Figure 00000006
- diffusion resistance of the mass conductivity of the permeable wall, (m 2 · s · Pa) / kg Then in isothermal conditions for the external environment we get:

Figure 00000007
Figure 00000007

Здесь βвн, βн - коэффициенты массоотдачи в общем случае для внутренней и наружной сред; β1, β2 - коэффициенты массоотдачи наружной среды для режимов со скоростями w1 и w2 соответственно.Here β int , β n - mass transfer coefficients in the general case for internal and external environments; β 1 , β 2 - mass transfer coefficients of the external environment for modes with speeds w 1 and w 2, respectively.

Из зависимостей (1) и (2) с учетом (3) следует:From dependences (1) and (2), taking into account (3), it follows:

Figure 00000008
Figure 00000008

где Σ R = 1 β в н . + δ λ m

Figure 00000009
- сумма диффузионных сопротивлений процесса переноса массы механизмом массоотдачи с внутренней стороны и массопроводностью через стенку (материал).Where Σ R = one β at n . + δ λ m
Figure 00000009
- the sum of the diffusion resistances of the mass transfer process by the mass transfer mechanism from the inside and the mass conductivity through the wall (material).

Зависимость (4) можно преобразовать:Dependence (4) can be converted:

Figure 00000010
Figure 00000010

и с учетом выражения для Кm представить в виде:and taking into account the expression for K m present in the form:

Figure 00000011
Figure 00000011

где ΔМ1 и ΔM2 - соответственно количества продиффундировавших веществ в первом и втором процессах массопередачи за один и тот же промежуток времени Δτ (с), кг.where ΔM 1 and ΔM 2 are, respectively, the amount of diffused substances in the first and second mass transfer processes for the same period of time Δτ (s), kg

Заменяя Кm1 его выражением из (1) и проведя соответствующие преобразования, получим необходимую расчетную формулу для искомого коэффициента массоотдачи:Replacing K m1 by its expression from (1) and carrying out the corresponding transformations, we obtain the necessary calculation formula for the desired mass transfer coefficient:

Figure 00000012
Figure 00000012

Кинетический закон Щукарева-Дальтона (1) для условий конвективной диффузии (массоотдачи) применительно к потоку во второй среде при движении ее со скоростью будет иметь вид:The kinetic law of Schukarev-Dalton (1) for the conditions of convective diffusion (mass transfer) as applied to the flow in the second medium when it moves with speed will have the form:

Figure 00000013
Figure 00000013

Выразим количество потока M1=ΔM1/Δτ (кг/с) диффундирующего вещества на основании зависимости (6):Express the amount of flow M 1 = ΔM 1 / Δτ (kg / s) of the diffusing substance based on the dependence (6):

Figure 00000014
Figure 00000014

Используя (1′) и (7), отношение движущих сил можно выразить в следующем виде:Using (1 ′) and (7), the ratio of the driving forces can be expressed as follows:

Figure 00000015
Figure 00000015

Таким образом, правая часть отношения (8), выраженная только массовыми характеристиками двух процессов массопередачи и отношением скоростей второй среды, представляет собой долю движущей силы массоотдачи Δβ1 от общей движущей силы массопередачи Δ.Thus, the right-hand side of relation (8), expressed only by the mass characteristics of two mass transfer processes and the ratio of the velocities of the second medium, is the fraction of the mass transfer driving force Δβ 1 of the total mass transfer driving force Δ.

Очевидно, что в рассматриваемых условиях величина определяемой доли изменяется в пределах 0<D1<1.Obviously, under the conditions under consideration, the value of the determined fraction varies in the range 0 <D 1 <1.

Приравняем (1′) и (7) с учетом (8), получим: M 1 = β 1 Δ β 1 F = β 1 D 1 Δ F

Figure 00000016
или β1=(1/D1)·[М1/(Δ·F)], где D 1 Δ = Δ β 1
Figure 00000017
- движущая сила массоотдачи, выраженная через общую долю движущей силы массопередачи. Движению второй среды со скоростью w2 будет соответствовать своя доля D2, движущая сила массоотдачи Δ ' β 1 = D 2 Δ
Figure 00000018
и уравнение массоотдачи: M 2 = Δ ' β 1 D 2 Δ F
Figure 00000019
.We equate (1 ′) and (7) taking into account (8), we obtain: M one = β one Δ β one F = β one D one Δ F
Figure 00000016
or β 1 = (1 / D 1 ) · [M 1 / (Δ · F)], where D one Δ = Δ β one
Figure 00000017
- the driving force of mass transfer, expressed through the total share of the driving force of mass transfer. The movement of the second medium with a speed of w 2 will correspond to its share D 2 , the driving force of mass transfer Δ '' β one = D 2 Δ
Figure 00000018
and mass transfer equation: M 2 = Δ '' β one D 2 Δ F
Figure 00000019
.

Из проведенного сопоставления следует, что полученное уравнение (6) является кинетическим законом массоотдачи, в котором движущая сила выражена через долю от общей движущей силы массопередачи.From the comparison it follows that the obtained equation (6) is the kinetic law of mass transfer, in which the driving force is expressed in terms of a fraction of the total driving force of the mass transfer.

Из (6) с учетом (8) также следует:From (6), taking into account (8), it also follows:

Figure 00000020
Figure 00000020

а это значит, что в рассматриваемых условиях доля D1 численно равна отношению диффузионного сопротивления массоотдачи второй среды при скорости w1 к диффузионному сопротивлению массопередачи.and this means that under the conditions under consideration, the fraction D1 is numerically equal to the ratio of the diffusion resistance of mass transfer of the second medium at a speed w 1 to the diffusion resistance of mass transfer.

Приведенные зависимости являются теоретическим обоснованием изложенного способа, отличающегося от уже известных тем, что расчет коэффициента массоотдачи производят по движущей силе процесса массоотдачи, представленной через долю величины движущей силы массопередачи, точно и просто замеряемой в опыте. Как следует из вышеприведенного рассмотрения, необходимую информацию для определения значения доли D получают по результатам двух процессов массопередачи. Таким образом, новый способ осуществляют проведением двух стационарных процессов массопередачи, которые протекают последовательно или параллельно, и отличаются они между собой лишь различными скоростями w1 и w2 жидкой (газообразной) среды со стороны исследуемой поверхности тела при прочих равных условиях. А в результате - сочетание только экспериментальных данных M1(ΔM1), М2(ΔМ2), w1, w2 без каких-либо допущений и приближений позволяет выразить величину доли, а следовательно, определить значение движущей силы массоотдачи и рассчитать коэффициенты массоотдачи β1 и β 1 '

Figure 00000021
по уравнению (6).The above dependences are the theoretical justification of the described method, which differs from the already known ones in that the mass transfer coefficient is calculated by the driving force of the mass transfer process, represented through the fraction of the driving force of the mass transfer, accurately and simply measured in the experiment. As follows from the above discussion, the necessary information for determining the value of the fraction D is obtained from the results of two mass transfer processes. Thus, the new method is carried out by carrying out two stationary processes of mass transfer, which proceed sequentially or in parallel, and they differ only in different velocities w 1 and w 2 of the liquid (gaseous) medium from the side of the studied surface of the body, ceteris paribus. And as a result, a combination of only experimental data M 1 (ΔM 1 ), M 2 (ΔM 2 ), w 1 , w 2 without any assumptions and approximations allows us to express the value of the fraction, and therefore, determine the value of the driving force of mass transfer and calculate the coefficients mass transfer β 1 and β one ''
Figure 00000021
by equation (6).

Величина показателя степени n при отношении скоростей w1/w2 определяется формой поверхности, которая контактирует с жидкостью или газом. Из опыта исследования явлений тепло-массопереноса для большинства наиболее распространенных форм поверхностей эти показатели известны. Например, при омывании потоком жидкости небольших плоских перегородок n→1, при течении жидкости по каналам n=0,8, при омывании потоком жидкости плоских форм (ткань, кожа, стенка) n≈0,6.The magnitude of the exponent n at a ratio of velocities w 1 / w 2 is determined by the shape of the surface that is in contact with a liquid or gas. From the experience of studying the phenomena of heat and mass transfer for most of the most common forms of surfaces, these indicators are known. For example, when washing with a liquid stream small flat partitions n → 1, when the liquid flows through channels n = 0.8, and when washing with a liquid stream flat forms (fabric, leather, wall) n≈0.6.

На практике новый способ реализуется достаточно просто с помощью лабораторной экспериментальной установки (см. чертеж). Например, необходимо определить коэффициент массоотдачи паров влаги между бахтармяной поверхностью кожи и окружающим воздухом камеры. Как и при проведении опытов по паропроницаемости, в верхней части стакана, частично заполненного дистиллированной водой, плотно укрепляют образец из кожи бахтармяной поверхностью наружу. Затем стакан помещают в проточную камеру, в которой уже стабилизированы скорость движения w1, температура t и относительная влажность воздуха φ. После достижения стационарного режима массопередачи (двух - трехкратное повторение данных по убыли влаги из стакана) замеряют убыль влаги ΔМ1 за время Δτ и температуру воды в стакане tв. Далее изменяют и стабилизируют только скорость воздуха в камере до значения w2 при неизменной его температуре и относительной влажности. После выхода на стационарный режим замеряют ΔМ2 за тот же промежуток времени Δτ, проверяют температуру воды в стакане tв и относительную влажность воздуха φ (по сухому и мокрому термометрам). По замеренным данным определяют парциальные давления паров влаги в стакане Рст=(0,95÷0,98) Рнн - давление насыщенности при tв), в камере Рк и движущую силу массопередачи, выраженную через парциальные давления паров влаги, Δ=Рстк, мм рт.ст. Опытные данные двух стационарных процессов используют для расчета коэффициента массоотдачи β1 по формуле (6).In practice, the new method is implemented quite simply using a laboratory experimental setup (see drawing). For example, it is necessary to determine the mass transfer coefficient of moisture vapor between the barmony surface of the skin and the surrounding air of the chamber. As in the case of vapor permeability experiments, in the upper part of a glass partially filled with distilled water, a leather sample is tightly strengthened with a bakhtarmany surface outward. Then the glass is placed in the flow chamber, in which the speed of movement w 1 , temperature t and relative humidity φ are already stabilized. After reaching the stationary mode of mass transfer (two to three times the data on moisture loss from the glass), the moisture loss ΔM 1 is measured over time Δτ and the temperature of the water in the glass is t c . Then only the air velocity in the chamber is changed and stabilized to a value of w 2 at a constant temperature and relative humidity. After reaching the stationary mode, ΔM 2 is measured for the same period of time Δτ, the temperature of the water in the glass t in and the relative humidity φ are checked (using dry and wet thermometers). The measured data determine the partial pressure of moisture vapor in the glass P article = (0.95 ÷ 0.98) P n (P n - saturation pressure at t in ), in the chamber R to and the driving force of mass transfer, expressed through the partial pressure of moisture vapor , Δ = P st -P to , mm Hg The experimental data of two stationary processes are used to calculate the mass transfer coefficient β 1 according to the formula (6).

Пример: воспользуемся экспериментальными данными [5], полученными для кожи с бахтармяной поверхностью: w1=2 м/с, w2=2, 3 м/с, n=1, Δτ=1 час, движущая сила процесса массопередачи Δ=23 мм рт. ст., поверхность кожи F=4,9·10-4 м2. Убыль влаги: на первом этапе процесса при w1=2 м/с ΔМ1=49·10-6 кг, на втором этапе ΔМ2=49,845·10-6 кг. Получены следующие значения коэффициентов массоотдачи, что хорошо согласуется с опытными данными:Example: we use the experimental data [5] obtained for skin with a fringed surface: w 1 = 2 m / s, w 2 = 2, 3 m / s, n = 1, Δτ = 1 hour, the driving force of the mass transfer process is Δ = 23 mmHg Art., skin surface F = 4.9 · 10 -4 m 2 . Moisture loss: at the first stage of the process with w 1 = 2 m / s ΔМ 1 = 49 · 10 -6 kg, at the second stage ΔМ 2 = 49.845 · 10 -6 kg. The following values of the mass transfer coefficients were obtained, which is in good agreement with the experimental data:

β1=3,336·10-2 кг/(м2·ч·мм рт.ст.); β 1 ' = 3,784 10 2

Figure 00000022
кг/(м2·ч·мм рт. ст.). Погрешность - в пределах 5-7%.β 1 = 3.336 · 10 -2 kg / (m 2 · h · mm RT.article); β one '' = 3,784 10 - 2
Figure 00000022
kg / (m 2 · h · mm RT. Art.). The error is within 5-7%.

Важным обстоятельством предлагаемого способа и его новым признаком является сопоставление двух режимов одного и того же процесса, отличающихся лишь скоростью движения одной из сред (в данном случае - наружной). Это позволяет найти количественную долю движущей силы процесса конвективной массоотдачи Δβ, определить которую в опыте очень трудно, а порой и невозможно, в отличие от легко и точно измеряемых в опыте величин: ΔM1; ΔМ2, w1, w2, Δ.An important circumstance of the proposed method and its new feature is the comparison of two modes of the same process, differing only in the speed of movement of one of the media (in this case, external). This makes it possible to find the quantitative fraction of the driving force of the convective mass transfer process Δ β , which is very difficult and sometimes impossible to determine in experiment, unlike the quantities easily and accurately measured in experiment: ΔM 1 ; ΔM 2 , w 1 , w 2 , Δ.

Источники информацииInformation sources

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971 г.1. Kasatkin A.G. Basic processes and apparatuses of chemical technology. - M .: Chemistry, 1971

2. Дубницкий В.И. Методика определения влагокоэффициентов. - М.: Энергоиздат, 1954 г.2. Dubnitsky V.I. Methodology for determining moisture coefficients. - M.: Energoizdat, 1954.

3. Никитина Л.М. Термодинамические параметры и коэффициенты массопереноса во влажных телах. - М.: Энергия, 1968 г.3. Nikitina L. M. Thermodynamic parameters and mass transfer coefficients in wet bodies. - M .: Energy, 1968

4. Рудобашта С.П. Массоперенос в системах с твердой фазой. - М.: Химия, 1980 г.4. Rudobashta S.P. Mass transfer in solid phase systems. - M.: Chemistry, 1980.

5. Чесунов В.М., Захарова А.А. Оптимизация процессов сушки в легкой промышленности. - М.: Легпромиздат, 1985. - 112 с.5. Chesunov V. M., Zakharova A. A. Optimization of drying processes in light industry. - M .: Legpromizdat, 1985 .-- 112 p.

Claims (1)

Способ определения коэффициента массоотдачи пористых проницаемых материалов, включающий определение величин, входящих в кинетические законы массоопередачи и конвективной массоотдачи, а именно: массы вещества, движущей силы процесса массопередачи (разности потенциалов сред с обеих сторон материала), поверхности материала, времени процесса, отличающийся тем, что указанные величины определяют экспериментально при двух различных скоростях (истинной и вспомогательной) среды, омывающей материал со стороны определения коэффициента массоотдачи, с последующим расчетом искомого коэффициента по полученной аналитическим путем формуле:
Figure 00000023

где ΔМ1 и ΔМ2 - соответственно приращения массы влаги в процессе опыта, кг; Δτ - приращение времени, соответствующее приращению массы влаги, с; w1 и w2 - соответственно истинная и вспомогательная скорости потока вещества, м/с; Δ - общая движущая сила процесса массопередачи от одной среды к другой через проницаемую стенку материала, Па; F - площадь поверхности образца, м2, при этом, в данной формуле выражена количественная доля разности потенциалов между поверхностью и омывающей средой, т.е. движущей силы массопереноса механизмом конвективной диффузии, от общей движущей силы процесса массопередачи от одной среды к другой через проницаемый материал.
A method for determining the mass transfer coefficient of porous permeable materials, including determining the quantities included in the kinetic laws of mass transfer and convective mass transfer, namely: the mass of the substance, the driving force of the mass transfer process (potential difference of the media on both sides of the material), the surface of the material, the process time, characterized in that these values are determined experimentally at two different speeds (true and auxiliary) of the medium washing the material from the side of determining the mass coefficient success, with the subsequent calculation of the desired coefficient according to the analytically obtained formula:
Figure 00000023

where ΔM 1 and ΔM 2 - respectively, the increment of the mass of moisture during the experiment, kg; Δτ is the increment of time corresponding to the increment of the mass of moisture, s; w 1 and w 2 - respectively, the true and auxiliary flow rates of the substance, m / s; Δ is the total driving force of the mass transfer process from one medium to another through the permeable wall of the material, Pa; F is the surface area of the sample, m 2 , while in this formula the quantitative fraction of the potential difference between the surface and the washing medium is expressed, i.e. the driving force of mass transfer by convective diffusion mechanism, from the general driving force of the mass transfer process from one medium to another through permeable material.
RU2014126221/15A 2014-06-27 2014-06-27 Method to determine mass-transfer factor of porous permeable materials RU2566726C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014126221/15A RU2566726C1 (en) 2014-06-27 2014-06-27 Method to determine mass-transfer factor of porous permeable materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014126221/15A RU2566726C1 (en) 2014-06-27 2014-06-27 Method to determine mass-transfer factor of porous permeable materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2566726C1 true RU2566726C1 (en) 2015-10-27

Family

ID=54362381

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014126221/15A RU2566726C1 (en) 2014-06-27 2014-06-27 Method to determine mass-transfer factor of porous permeable materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2566726C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111157404A (en) * 2018-11-08 2020-05-15 中国科学院大连化学物理研究所 Method for measuring surface interface mass transfer coefficient and in-hole diffusion coefficient of porous medium

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU174005A1 (en) * Уральский научно исследовательский институг железобетона METHOD OF DETERMINING COEFFICIENTS OF MASSOPROVOD- ^ '^^ AJJTfKf
RU2011123467A (en) * 2011-06-09 2012-12-20 ФГОУ ГОУ ВПО "Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности" METHOD FOR DETERMINING MASS CONDUCTIVITY COEFFICIENT OF POROUS PERMEABLE PERMEABLE MATERIALS

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU174005A1 (en) * Уральский научно исследовательский институг железобетона METHOD OF DETERMINING COEFFICIENTS OF MASSOPROVOD- ^ '^^ AJJTfKf
RU2011123467A (en) * 2011-06-09 2012-12-20 ФГОУ ГОУ ВПО "Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности" METHOD FOR DETERMINING MASS CONDUCTIVITY COEFFICIENT OF POROUS PERMEABLE PERMEABLE MATERIALS

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЛОГИНОВ В.С. и др. Численное моделирование тепловых режимов канальных теплотрубопроводов в условиях взаимодействия с влажным воздухом, Известия Томского политехнического университета,2008, T 313, N 4,C. 12-14. ТЕПЛЯКОВ Ю. А. и др. Внутренний массоперенос веществ при экстрагировании из однородно-пористых материалов, ВестникТГТУ, Выпуск N 2, том 16, 2010, С. 319-325 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111157404A (en) * 2018-11-08 2020-05-15 中国科学院大连化学物理研究所 Method for measuring surface interface mass transfer coefficient and in-hole diffusion coefficient of porous medium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. A mass transfer model for simulating volatile organic compound emissions from ‘wet’coating materials applied to absorptive substrates
Howell et al. Intrinsic and extrinsic temperature-dependency of viscosity-sensitive fluorescent molecular rotors
Peuhkuri Moisture dynamics in building envelopes
Belarbi et al. Experimental and theoretical investigation of non-isothermal transfer in hygroscopic building materials
Berger et al. A new model for simulating heat, air and moisture transport in porous building materials
Trabelsi et al. Assessment of temperature gradient effects on moisture transfer through thermogradient coefficient
RU2566726C1 (en) Method to determine mass-transfer factor of porous permeable materials
Grunewald et al. Towards an engineering model of material characteristics for input to ham transport simulations-Part 1: an approach
US20120085150A1 (en) Material permeance measurement system and method
Haghi et al. A study of thermal drying process
RU2505796C2 (en) Method of determination of porous permeable material mass conductivity
Jhider et al. Investigation of the effect of temperature on Tunisian clay product during drying process
Tang et al. Experimental investigations and analysis of wet porous sand layer air-drying process
Nikitsin et al. Methods of determination of liquid transfer coefficient in building materials
RU2529455C1 (en) Method to determine thermal volume expansion coefficient of liquid
Luo et al. Determination of water vapor diffusion and partition coefficients in cement using one FLEC
Hawlader et al. Development of design charts for tunnel dryers
RU2635711C1 (en) Device for measuring volume fraction and partial pressure of oxygen in gases
Martines-Lopez et al. Application of the Luikov’s model in the moisture content measurement of solid materials by the drying method
RU2581512C1 (en) Method of determining coefficient of mutual diffusion of gas molecules
Qin et al. Simultaneous heat and moisture transport in porous building materials: evaluation of nonisothermal moisture transport properties
Garitte et al. Modelling benchmark of a laboratory drying test in Opalinus Clay
Berg et al. Aquaflux—a new instrument for water vapour flux density measurement
Müller et al. Estimation of partition coefficients by MEKC part 2: anthocyanins
Kozhevnikov et al. Double resonance method for determination of gel point

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160628

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20171004

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200628