Перемещение влаги внутри твердого материала

Формы связи влаги с материалом.

Удаление влаги из материала при сушке зависит от формы связи влаги с материалом.

Виды связи влаги с материалом можно классифицировать по величине энергии этой связи. В процессе сушки эти связи разрушаются.

В порядке убывания энергии связи, следуя Ребиндеру, можно выделить:

- химическую связь,

- физико-химическую связь (адсорбционная, капиллярная, осматическая),

- физико-механическую связь.

Химическая связь – влага связана с веществом в виде ионов и молекул (кристаллогидраты, например). В процессе сушки влага не удаляется.

Адсорбционная связь вызвана дисперсионными и индукционными силами. На поверхности твердого тела образуется прочный мономолекулярный слой влаги. Влага трудноудаляемая.

Капиллярная связь обусловлена связью полимолекулярных слоев со стенками капилляров.

Осмотическая связь наиболее сильно выражена в растворах. Осмотически связанная влага находится внутри клеток материала.

Физико-механическая связь определяет влагу, свободно удерживаемую в объеме пор тела. Она может быть удалена механическими способами. Причем процесс обезвоживания в этом случае лимитируется гидравлическим сопротивлением пор тела.

При сушке влагу материала подразделяют в более широком смысле на свободную и связанную.

При испарении влаги с поверхностью материала внутри него возникает градиент влагосодержания, что и обеспечивает дальнейшее перемещение влаги из внутренних слоев материала к его поверхности (внутренняя диффузия влаги). В I период сушки лимитирующее влияние на скорость сушки имеет скорость поверхностного испарения (внешняя диффузия). Однако, после того как влагосодержание на поверхности снижается до гидроскопической и продолжает уменьшаться т.е. II период сушки, определяющее значение для скорости процесса приобретает внутренняя диффузия влаги.

В I период сушки влага внутри материала перемещается в виде жидкости (капиллярная и осмотически связанная влага). С начала II периода сушки начинается неравномерная усадка материала. На стадии равномерно падающей скорости наблюдается местные углубления поверхности испарения и начинается испарение внутри материала. При этом капиллярная влага, и некоторая часть абсорбционно связанной влаги перемещаются внутри материала в виде паров. В дальнейшем поверхностный слой материала постепенно полностью высыхает, внешняя поверхность испарения становится меньше геометрической поверхности материала и соответственно возрастает доля сопротивления внутренней диффузии влаги. Поэтому на стадии неравномерно падающей скорость II периода наиболее прочно связанная с материалом абсорбционная влага перемещается внутри него в виде пара.

Явление переноса влаги внутри материала называется влагопроводностью. Поток влаги В, перемещается внутри материала, пропорционально градиенту концентрации влаги :

(5.22)

Знак минус в правой части этого выражения показывает, что влага движется от слоя с большей к слою с меньшей концентрации влаги, т.е. в направлении, противоположном градиенту концентрации. Заменой получим:

(5.23)

Здесь - коэффициент влагопроводности, - плотность сухого материала.

По физическому смыслу представляет собой коэффициент внутренней диффузии влаги в материале и выражается м²/ч,

Коэффициент зависит от формы влаги связи влаги с материалом, влагосодержания материала и температуры сушки определяется экспериментально.

Дата добавления: 2014-01-07