Modele nieliniowej termokinetyki w procesach wymiany masy

• Autorzy: Sieniutycz S.

Warianty tytułu

EN

Models of nonlinear thermokinetics in drying

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono teorię i metody zastosowania ważnych wyników z dziedziny kinetyki, uzyskanych na gruncie nieliniowej termodynamiki nierównowagowej, które mają znaczenie praktyczne w technikach wymiany masy, takich jak np. suszenie. Omówiono znaczenie termodynamiki oraz jej związki z inżynierią reakcji chemicznych i procesów transportowych. Porównano wyniki otrzymane za pomocą podejścia klasycznego z wynikami uzyskanymi dzięki założeniu, że przenoszenie wilgoci jest swoistą reakcją chemiczną o dwu przeciwnych kierunkach. Wskazano, jaką rolę odrywają wielkości operacyjne w termodynamice procesów suszarniczych, analizowanych jako pseudojednorodne układy wielofazowe. Podkreślono znaczenie założenia o lokalnej równowadze w ośrodku ciągłym lub pseudociągłym. Przedstawiono zastosowanie termokinetycznych modeli nieliniowych procesów suszenia, w których wprowadzono pojęcia powinowactwa przenoszenia wilgoci i oporności nieliniowej, ułatwiających efektywną analizę złożonych układów suszarniczych, np. takich, które różnią się temperaturą poszczególnych faz w ośrodku kapilarno-porowatym. Dokonano krytycznej analizy nieliniowych równań podanych w literaturze w celu uściślenia ich struktury, tak aby była zapewniona jednoznaczność warunków równowagi chemicznej oraz równowagi termodynamicznej, a także spełnione warunki symetrii Onsagera dla małych sił napędowych.

EN

We present the theory and applications of remarkable kinetic results obtained on the ground of nonlinear non-equilibrium thermodynamics possessing essential practical meaning for operations of mass exchange, e.g. drying. We begin with a brief discussion of the connections between non-equilibrium thermodynamics and engineering of chemical reactions and transport processes. A traditional approach to kinetics is compared with a new one in which moisture transfer in the process of drying is treated as a chemical reaction with two competing fluxes in opposite directions. For thermodynamics of heterogeneous processes such as drying, analysed as pseudo-homogeneous multiphase systems, the role played by so-called operational quantities is stressed. We expose the meaning and significance of the local equilibrium assumption in continuum or pseudo-continuum. Applications of non-linear (thermokinetic) models of drying are described which use the notions of affinity and non-linear resistance of moisture transfer, facilitating effective approach to complex drying systems, e.g. to those characterized by different temperatures of each phase in a capillary porous medium. Some non-linear kinetic equations published in the literature are critically revised and modified in order to assure the uniqueness of chemical and thermodynamic conditions of equilibrium to satisfy conditions of the Onsagerian symmetry for small driving forces.

Słowa kluczowe

PL

kinetyka; model; symetria Onsagera; termodynamika; termokinetyka; wymiana masy

• Wydawca: Komitet Inżynierii Chemicznej i Procesowej Polskiej Akademii Nauk
• Czasopismo: Inżynieria Chemiczna i Procesowa
• Rocznik: 2004
• Tom: T. 25, z. 1
• Strony: 3--14
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz..

Twórcy

autor

Sieniutycz S.

• Instytut Inżynierii Chemicznej i Procesowej, Politechniki Warszawskiej, ul. Waryńskiego 1, 00-645 Warszawa

• Faculty of Chemical Engineering, Warsaw University of Technology, ul. Waryńskiego 1, 00-645 Warszawa,

Bibliografia

• [1] LENGYEL S., GYARMATI I., Constitutive equations and reciprocity relations of nonideal homogene¬ous closed chemical systems, Acta Chem. Hung., 1986, 122, 7.
• [2] KEIZER J., Statistical Thermodynamics ofNonequilibrium Processes, Springer, New York, 1987, 20-25.
• [3] LENGYEL S., Deduction of the Guldberg-Waage mass action law from Gyarmai's governing princi¬ple of dissipative processes, J. Chem. Phys., 1988, 88, 1617.
• [4] OLAH K., The way to thermokinetics, ACH-Models in Chemistry, 1997, 134, 343.
• [5] OLAH K. Electrode thermokinetics. Periodica Polytechnica Chem.Eng., 1997, 41, 97.
• [6] OLAH K., Reciprocity relations: Maxwell, Onsager. A thermokinetic approach, Periodica Polytech¬nica Chem. Eng., 1998, 42,21.
• [7] GLASSTONE S., LEIDLER K., EYRING H., The Theory of Rate Processes, McGraw-Hill, New York, 1941, 1-50.
• [8] DE VOS A., Endoreversible Thermodynamics of Solar Energy Conversion, Clarendon Press, Oxford, 1992,29-51.
• [9] GULDBERG CM., WAAGE P., Etudes Sur Les Affinites Chimiques, 1867, Brogger and Christie, Christiana.
• [10] PRIGOGINE I., Thermodynamics of Irreversible Processes, Interscience, New York, 1959, 10-60.
• [11] DE GROOT, S.R., MAZUR P, Nonequilibrium Thermodynamics, Dover, New York, 1984, 1-55.
• [12] SlENIUTYCZ S., Conservation Laws in Variational Thermo-Hydrodynamics, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1994, 44-58
• [13] SlENIUTYCZ, S., Variational thermomechanical processes and chemical reactions in distributed systems, Int. J. Heat Mass Transfer, 1997, 40, 3467.
• [14] STANDARD G., The mass, momentum and energy equations for heterogeneous flow systems, Chem. Eng. Sci., 1994, 19, 227.
• [15] SLATTERY J., Interfacial Transport Phenomena, Springer, Berlin, 1992, 12-53.
• [16] SlENIUTYCZ S., Nonequilibrium Thermodynamics for Multiphase Reacting Systems, Proceedings of 3-rd Int. Symposjum: Catalysis in Multiphase Reactors, 29-31 May, 2000, Naples, Italy, AIDIC, 351-358.
• [17] BILICKI Z., Thermodynamic nonequilibrium in the two-phase system. A continuum with an internal structure, Archiv. of Thermodyn., 1996, 17 (1/2), 109.
• [18] BADUR J., BILICKI Z., KWIDZINSKJ R., Operacyjna lepkosc objetosciowa wprocesie transportu pedu ekspandujqcej wody i uderzeniowej kondensacji pary wodnej, Zeszyty Naukowe IMP PAN, 1997, Gdansk.
• [19] SlENIUTYCZ S., From a least action principle to mass action law and extended affinity, Chem. Eng. Sci., 1987, 42, 2697.
• [20] GRABERT H., HANGGI P., OPPENHEIM, I., Fluctuations in reversible chemical reactions, Physica, 1983, 117A, 300.
• [21] SHTER I.M., The generalized Onsager principle and its application, Inzh. Fiz. Zh. 25, 1973, 736.
• [22] ONSAGER L, Reciprocal relations in irreversible processes, I. Phys. Rev., 1931, 37, 405; II. Phys. Rev., 1931,38,2265.
• [23] OLEK W., PERRE P., WERES J., Computer-aided identification of bound water diffusion coefficients in wood, Materialy X Sympozjum Suszarnictwa, £6dz, 17-19 IX, 2003, 769-777.