Формы связи влаги с материалом и равновесие при сушке

Удаление влаги из материала при сушке зависит от форм связи влаги с материалом. При сушке связь влаги с материалом нарушается.

Различают следующие формы связи влаги с материалом: химическая, физико - химическая и физико - механическая.

Химически связанная влага наиболее прочно соединена с материалом в определенных (стехиометрических) соотношениях, и при сушке из материала не удаляется.

При сушке, как правило, удаляется только влага, связанная с материалом физико-химически и механически.

Наиболее легко удаляется влага, связанная механически, которая, в свою очередь, подразделяется на влагу в макрокапиллярах и микрокапиллярах (капилляров со средним радиусом приблизительно больше и меньше 10 см). Макрокапилляры заполняются влагой при непосредственном соприкосновении ее с материалом, а в микрокапилляры влага поступает как при непосредственном соприкосновении, так и в результате поглощения ее из окружающей среды. Влага макрокапилляров свободно удаляется как при сушке, так и механическими способами.

Физико-химическая связь объединяет два вида влаги, отличающиеся прочностью связи с материалом: адсорбционно и осмотически связанную влагу. Первая прочно удерживается на поверхности и в порах материала. Осмотически связанная влага, называется также влагой набухания, находится внутри ниток материала и удерживается осмотическими силами. Адсорбционная влага требует для своего удаления значительно большей затраты энергии, чем влага осмотическая. Присутствие этих видов влаги особенно характерно для коллоидных и полимерных материалов.

При сушке влагу материала подразделяют в более широком смысле на свободную и связанную. Под свободной понимают влагу, скорость испарения которой из материала равна скорости испарения воды со свободной поверхности. При наличии в материале свободной влаги P н= P м, где P м- парциальное давление пара над поверхностью материала; Pн - давление насы-щенного пара воды над свободной поверхностью. Под связанной понимают влагу, скорость испа-рения которой из материала меньше скорости испарения воды со свободной поверхности (P м< P н ).

Если материал находится в контакте с влажным воздухом, то принципиально возможны два процесса: сушка (десорбция влаги из материала) при (P м > P _П), где Pп - парциальное давление паров влаги в воздухе; увлажнение (сорбция влаги материалом) при (P м < P _П).

В процессе сушки P муменьшается и приближается к пределу P м = P п При этом наступает состояние динамического равновесия, которому соответствует предельная влажность материала, называемая равновесной влажностью w p.

Равновесная влажность зависит от парциального давления водяного пара в воздухе над материалом P пили пропорциональной ему величины относительной влажности j и определяется опытным путем. Зависимость w p = f(j) устанавливается при постоянной температуре и называется изотермой десорбции. Равновесная влажности является функцией относительной влажности и температуры воздуха: w p = f(j, t).

Влажность материала может быть определена по отношению к его общей массе G или по отношению к массе абсолютно сухого материала G c, при этом , где G вл - масса содержащейся в материале влаги.

Влажность, отнесенная к общей массе материала (в %): .

Влажность, отнесенная к количеству абсолютно сухого материала (в %): .

Масса абсолютно сухого материала не меняется в процессе сушки, поэтому величиной w cнаиболее часто пользуются при расчетах.

Влажности w cи w связаны между собой зависимостями:

.

Равновесная влажность, соответствующая значению j = 100%(p п /p н =1) называется гигроскопической влажностью w г. Гигроскопическая влажность является граничной между свободной и связанной влаги в материале. Свободная влага будет удаляться из материала при любой относительной влажности газа, меньшей 100% (j < 100%). Удаление связанной влаги возможно лишь при той относительной влажности окружающей среды, которой соответствует влажность материала, выше чем равновесная.

Дата добавления: 2014-01-04