книги из ГПНТБ / Кавказов Ю.Л. Тепло- и массообмен в технологии кожи и обуви

нии раствора в пар переходит только растворитель, при замерза­ нии мало концентрированных растворов замерзает также одни растворитель. Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения разбавленных растворов, также как осмоти­ ческое давление и снижение упругости пара, прямо пропорционально их молекулярным весам, т. е. молекулярное изменение критических точек одинаково для всех веществ, растворенных в одном раствори­ теле. Для воды повышение температуры кипения равно Е = 0,52°С, а понижение температуры замерзания Н = —1,86 С. Молекулярное повышение температуры кипения растворов обратно пропорционально

Между всеми тремя особенностями разбавленных растворов су­ ществует количественная связь (закон Вант-Гоффа).

Для раствора, содержащего 1 грамм-молекулу (моль) растворен­ ного вещества на 1000 г воды, сохраняются следующие количествен­ ные соотношения: осмотическое давление при 0°С равно 22,4 ат, отно­ сительное понижение упругости пара зб^з, ~ 0.0177, молекулярное

повышение температуры кипения водного раствора 0,5°С, понижение точки замерзания —1,86°С. Значительные отклонения от данных величин указывают на отклонение от закона Вант-Гоффа. По одной из постоянных можно рассчитать значения остальных.

большее количество частиц, образовавшихся вследствие диссоциа­ ции молекул. Так как для соблюдения закона Вант-Гоффа характер растворенных частиц не играет никакой роли, важно только коли-

240

рение частиц растворенного вещества. Закон молекулярного пере­ носа при неизотермических условиях для бинарной смеси:

0,27-10~4 см2 /с, т. е. в 100 раз меньше, поэтому основное внимание должно быть обращено на движение тепла и влаги внутри полу­ фабриката.

О т м о к а

В этот процесс входят: обводнение сырья; вымывание соли;

растворение и вымывание растворенных белков; удаление с поверхности шкур жира и грязи.

В отмоку поступает сырье разных способов консервирования, потерявшего различное количество влаги. Выход мокросоленого сырья от веса парного составляет 87%, сухосоленого—50% и пресносухого—-40%. Парное сырье имеет в среднем 65% относи­ тельной влажности или 186 кг/кг абсолютно сухого вещества. Отсюда при пересчете влагосодержання получаем для мокросоленого сырья 1,48, сухосоленого—0,43 и пресносухого — 0,15 кг/кг. Такое большое различие в содержании влаги в сырье до отмоки определяет механизм проникания ее в шкуры. При отмоке мокросоленого сырья все мелкие поры его заполнены водой, и влага, находящаяся в сво-

бодном состоянии, движется внутрь шкур под влиянием градиента влажности. При изотермических условиях это движение подчиняется закону Фика i = —Ky0VU, где К — коэффициент влагопроводности, значение которого пока не получено. Но исходя из того, что структура готовой кожи в основном та лее, что и в сырье, для прибли­ зительных расчетов молено принять значения термических и влал<- ностных коэффициентов, определенные для кожи В. Г. Сидоро­ вым [137].

Если отмока производится при повышенной температуре воды, то, наряду с движением влаги в толщу шкуры, под влиянием гра­ диента влалчностн возникает термодиффузионное движение.

Так как температура отмочной воды выше, чем температура шкур, то термодиффузионный поток направлен, в ту л<е сторону, что

идиффузионный, т. е. внутрь шкур. Плотность суммарного потока влаги

V(7.

М 1 - Ь в ( $ ) .

Термодиффузионный коэффициент б, определенный В. Г. Сидо­ ровым, равен 0,063 на 1°С. Если принять температуру шкуры равной

Таким образом, основным фактором движения влаги в толщу шкур становится уже термодиффузия.

О роли терлгадиффузшг при обводнении кожи говорится в работе Н. И. Шаповалова [156]: при контактном увлажнении юфти на хо­ лодной плите (20°С) влал<ность ее увеличивается в течение 2 ч, тогда как при температуре плиты 70—90°С на это требуется не­ сколько секунд.

При отмоке пресносухого сырья, содерлеащего лишь 0,15 кг/кг

этапа: полости клеток в наружных слоях древесины заполняются водой неполностью даже тогда, когда свободная вода достигает более глубоко лежащих клеток. С самого начала поглощения воды в толще древесины .повышается суммарное давление газовой смеси. Если

244

сумме атмосферного и капиллярного давлений. Это соответствует

Первый период обводнения ограничивается поглощением такого количества воды, при котором заполняются клетки центрального слоя образцов. Если к началу пропитки стенки клеток насыщены влагой, но свободной воды в них нет, то длительность первого пе­ риода равна

водную среду. Процесс продолжается до тех пор, пока не наступитравенство концентраций растворенного в толще древесины воздуха и в окружающей образцы воде.

В это время древесина пропитывается также путем капилляр­ ного всасывания, но по мере удаления из капилляров воздуха. Постепенное насыщение воздухом окружающей образцы воды за­ медляет диффузию его из древесины, что в свою очередь задерживает пропитку ее водой. Эффективно -ускоряет - пропитку добавление в воду 5 г/л аммиака, который растворяет закрывающие каналы ве­ щества; еще больше (в полтора раза) ускоряет пропитку 1% серно­ кислого натрия, поглощающего из воздуха кислород. При обводнении засушенной плохо смачиваемой древесины добавляют 3% керосина или указанных жидкостей. Вероятно, таким же образом обводняется пресносухое сырье, только свойства ускорителей должны быть иными.

По данным Миттона [152], из погруженной в воду подошвенной кожи воздух удаляется полностью через 24 ч. Общее уравнение плотности потока жидкости при обводнении пресносухого сырья

Как видно ii3 данных А. А. Пчелина (см. табл. 111-5 и рис. Ш-1), средний радиус микрокапилляров кожи и сырья г = 3,0-10~6 м. Принимая значения коэффициентов поверхностного натяжения и внутреннего трения при t = 20°С (см. табл. III-13),

а = 74,0-10"4 кг/м и т) = 2,8 • 10"8 кг-ч/м2 ,

245

Таким образом, происходящие во время отмоки сырья физикохимические процессы имеют различный механизм и разную скорость

Соотношение массообмена внутри тела с обменом во внешней среде определяется граничным условием а'у0 (VU)n + a'yQ8 (Vl)n + + q = 0, т. е. поток вещества внутри тела равен потоку вещества, подводимого к его поверхности,

246

Несмотря на то, что коэффициент внешней диффузии намного больше, чем внутренней, все же влияние его на скорость протекания процесса очень велико.

При рассмотрении основных закономерностей гидродинамиче­ ских явлений было отмечено, что при движении жидкости с раство­ ренным в ней веществом происходит движение последнего моляр­ ным переносом вместе с частями двигающейся жидкости и молеку­ лярным под действием осмотического давления, вызывающим про­ цесс диффузии (см. с. 36).

В зависимости от условий преобладает тот или иной вид движе­ ния. Движение жидкости полностью определяется критерием Рей­ нольдса, а движение в ней вещества — критерием Пекле. Соотно­ шение между этими критериями дает критерий Прандтля Ре : Re =

= Р г = - ^ - . Этот критерий оценивает сравнительную величину

движения того и другого вида.

Увеличение критерия Прандтля указывает на то, что величина молекулярного движения мала по сравнению с величиной конвек­ тивного переноса.

Для газов Рг ^ 1, поэтому движение обоих видов соизмеримо. Для жидкостей получается иначе, если коэффициент вязкости имеет значение 10"3 см2 /с, то коэффициент диффузии ионов и молекул, равен Ю - 5 см2 /с, а макромолекул еще меньше, что увеличивает Рг больше чем до 103. Такое значение критерия указывает на то, что даже при самом медленном течении жидкости основное значение для переноса растворенного вещества имеет конвективное движение.

Таким образом, из внешних факторов на ускорение процессов наибольшее влияние оказывает скорость движения жидкости, об­ текающей твердое тело.

В кожевенном производстве широко используют этот фактор, применяя вращающуюся аппаратуру. Однако подобный метод не может обеспечить максимальный эффект. Дело в том, что во всех случаях обрабатываемый полуфабрикат движется вместе с окру­ жающей его жидкостью в одном направлении, что не позволяет создать значительную скорость обтекания полуфабриката жид­ костью и не обеспечивает максимального перепада концентрации

уповерхности полуфабриката.

Всвязи с этим представляет большой интерес работа В. Н. Стабникова и П. П. Лободы [185], применивших другой метод создания конвективной диффузии. Ими исследовалось влияние на интенсив­ ность процесса растворения образцов сернокислого алюминия коле­ баний частотой до 50 Гц и амплитудой в несколько миллиметров и сантиметров. Источником колебания служит горизонтальная пла­ стина, совершающая в аппарате возвратно-поступательные верти­

247

зависимость коэффициента массоотдачи при диффузионном раство­

и от геометрических размеров вибрирующей пластины, от размера самого аппарата и от расстояния L . На рис. Х-3 представлены ре­

в жидкой фазе при вибрации пластин, которые зависят от размеров аппарата:

где Р отношение площади вибрирующей пластины к площади поперечного сечения аппарата,. %.

248

Пульсирующие потоки представляют собой импульсы постоян­ ного направления, возникающие по обе стороны от вибрирующей пластины и следующие друг за другом с интервалом в половину пе­ риода колебания. Сравнивая рис. Х-2 и Х-3, можно видеть, что пуль­ сирующие потоки, создаваемые вибрирующей пластиной, позволяют получить такую же высокую степень интенсификации (более чем в 20 раз по сравнению с конвекцией) массоотдачи, как и интенсив­ ность колебания самих твердых частиц.

Такой результат может быть получен только при начальной ско­

размеров вибрирующей пластины, являясь только функцией отно­

чина, характеризующая степень интенсификации массоотдачи в не­ посредственной близости от вибрирующей пластины (при т = 1) или вблизи колебания твердых образцов (рис. Х-4).

Как видно, по мере удаления от источника колебания наблю­ дается резкое затухание колебаний. На расстоянии, равном диаметру аппарата, интенсивность уменьшается в пять раз. Обработка экспе­ риментальных данных' позволила предложить для расчета коэффи­ циента затухания эмпирическую формулу

2+5 -loVe

т

где р.с —вязкость среды, кг-с/ма .

Скорость пульсирующих потоков в любой точке аппарата может

219