Progress towards understanding the drying of porous materials wetted with binary mixturesFortschritte zum besseren Verständnis der Trocknung poröser Güter die mit binären Gemischen beladen sind

https://doi.org/10.1016/0255-2701(86)85004-8Get rights and content

Abstract

Drying of porous materials containing binary mixtures changes the composition of the moisture to a certain extent. Generally the more volatile component is removed preferentially, especially when the drying rate is low. At sufficiently high drying rates the moisture always evaporates with constant composition; the drying is nonselective. This effect is due to the liquid-side mass transfer resistance.

Nonselective drying is also obtained when the moisture has a pseudo-azeotropic composition; this depends on the relative volatility, the gas-side mass transfer and the residence time of the gas in the dryer. If such a pseudo-azeotropic composition does exist, then even the less volatile component may be removed preferentially, provided the initial composition is above the pseudo-azeotropic one. The selectivity of the drying process also depends on the size of the drying sample as well as upon whether the drying process is run continuously or intermittently.

The complex interactions of phase equilibria, gas- and liquid-side mass transfer and capillary flow for given drying conditions were analyzed first for the case of evaporation of binary mixtures from a free liquid surface and second for the case of drying single porous bodies containing binary mixtures. In both cases experimental results were obtained with mixtures of isopropyl alcohol and water. They confirm the phenomena and tendencies as predicted from theoretical considerations.

Zusammenfassung

Bei der Trocknung poröser Güter, die mit binären Gemischen beladen sind, ändert sich die Zusammensetzung der Gutsfeuchte mehr oder weniger. Im allgemeinen wird die leichterflüchtige Komponente bevorzugt entfernt, insbesondere wenn die Trocknungsgeschwindigkeiten niedrig sind. Bei hinreichend hohen Trocknungsgeschwindigkeiten verdunstet die Gutsfeuchte jedoch stets mit konstanter Zusammensetzung; die Trocknung verläuft unselektiv. Dies beruht auf der Wirkung des flüssigseitigen Stofftransportwiderstandes.

Eine unselektive Trocknung findet auch dann statt, wenn die Gutsfeuchte eine pseudo-azeotrope Zusammensetzung hat. Letztere hängt von der relativen Flüchtigkeit, dem gasseitigen Stofftransport und der Verweilzeit des Trocknungs mediums im Trockner ab. Falls es eine solche pseudo-azeotrope Zusammensetzung gibt, kann sogar die schwererflüchtige Komponente bevorzugt entfernt werden, vorausgesetzt, dass die Anfangszusammensetzung über der pseudo-azeotropen liegt.

Die Selektivität des Trocknungsprozesses hängt darüber hinaus auch von den Abmessungen des Trocknungsgutes ab, wie auch davon, ob kontinuierlich oder intermittierend getrocknet wird.

Die komplexen Wechselwirkungen zwischen Phasengleichgewicht, gas- und flüssigkeitsseitigem Stofftransport und dem kapillaren Feuchtetransport wurden zuerst für den Fall der Verdunstung binärer Gemische von einer freien, überströmten Flüssigkeitsoberfläche und sodann für den Fall der Trocknung gemischbeladener poröser Einzelkörper analysiert.

Alle Versuche wurden mit Gemischen aus Isopropanol und Wasser durchgeführt. Die Versuchsergebnisse bestätigen die Phänomene und Tendenzen, die aus den angestellten theoretischen Betrachtungen folgen.

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