40. Виды влагопереноса.

Виды влагопереноса во влажных телах. Если интенсивность теплообмена между теплоносителем и влажным телом невелика, тело насыщено влагой, то сушка происходит в изотермических условиях, а испарение влаги с поверхности тела создает в нем градиент влагосодержания. Движение влаги только под действием градиента влагосодержания называют диффузией. Под этим термином подразумеваются различные виды молярного и молекулярного переноса свободной и связанной жидкости. В зависимости от вида тел и форм связи влаги с материалом различают капиллярную диффузию и пленочное движение, а также концентрационную и избирательную диффузии.

В макрокапиллярах переменного радиуса свободная жидкость движется вследствие капиллярной диффузии - молярного движения под действием разности капиллярных потенциалов; в телах с монокапиллярной структурой капиллярная диффузия отсутствует. Если слой жидкости, адсорбированной на стенках капилляров, имеет различную толщину, то имеет место пленочное движение - молярный перенос связанной жидкости под действием разности расклинивающих давлений. В растворах и дисперсиях возможна концентрационная диффузия - молекулярное движение свободной жидкости макрокапилляров и клеток коллоидного тела под действием разности концентраций компонентов, аналогичное концентрационной диффузии воздуха и пара. Избирательная диффузия - это молекулярное движение осмотически связанной жидкости через полупроницаемую стенку клеток коллоидного тела вследствие разности осмотических давлений внутри и снаружи клеток. В процессах диффузии влага движется от участков с большим влагосодержанием к участкам с меньшим влагосодержанием в направлении, противоположном вектору градиента влагосодержания.

При малом влагосодержании тела и (или) при интенсивном подводе тепла возникает температурный градиент. Движение влаги под действием температурного градиента называют термодиффузией. Этот термин объединяет пять видов переноса влаги: капиллярную термодиффузию жидкости, термодиффузию пара, тепловое пленочное движение жидкости, тепловое скольжение жидкости и тепловое скольжение пара.

Капиллярная термодиффузия - это молярное движение жидкости макрокапилляров под действием разности капиллярных потенциалов, которая возникает и в капиллярах постоянного радиуса вследствие понижения поверхностного натяжения с повышением температуры. Термодиффузия пара - это движение в макрокапиллярах молекул, обладающих большой кинетической энергией, к менее нагретым участкам. Тепловое скольжение жидкости - это молекулярное движение тонкого пристеночного слоя вследствие различного теплосодержания (энтальпии) пристеночного слоя и всей массы жидкости, заполняющей капилляр. Тепловое скольжение пара - это движение тонкого пристеночного слоя вдоль неравномерно нагретой стенки капилляра, которое происходит под действием составляющей сил противодействия от ударов молекул газа о стенки капилляра. Тепловое пленочное движение - это молярное движение адсорбированной на стенках капилляров жидкости вследствие понижения сил взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела с повышением температуры.

В процессах капиллярной термодиффузии жидкости и термодиффузии пара влага движется от участков с большей температурой к участкам с меньшей температурой, в направлении, противоположном вектору температурного градиента, а при тепловом скольжении и тепловом пленочном движении - по направлению вектора. В микрокапиллярах при больших температурных градиентах интенсивность теплового скольжения приближается по величине к интенсивности других видов влагопереноса.

При температуре тела более 100  (и при меньшей, если тело при сушке в высокочастотном электромагнитном поле нагревается изнутри) интенсивное парообразование приводит к тому, что парциальное давление насыщенного пара становится больше барометрического давления окружающего воздуха. Возникающий при этом градиент давления становится причиной движения пара вследствие фильтрационного переноса, бародиффузии и эффузии пара.

Филътрационный перенос - это молярное перемещение пара в виде ламинарного или турбулентного потока, характерное для макрокапилляров. Бародиффузия характерна для газовых смесей, состоящих из компонентов с разной молекулярной массой. В процессе бародиффузии молекулы пара (с меньшей молекулярной массой) перемещаются в область пониженного давления - наружу, а молекулы окружающего воздуха движутся внутрь макрокапилляров. В микрокапиллярах эти виды движения заменяются эффузией - молекулярным переносом, в котором молекулы пара воздуха движутся независимо друг от друга, постоянно сталкиваясь со стенками капилляра, со скоростью, которую они приобрели при входе в устье капилляра.

При наличии градиента давления пар перемещается от участков с высоким давлением к участкам с меньшим давлением, в направлении, противоположном вектору градиента давления. Воздух в процессах бародиффузии и эффузии перемещается по направлению вектора gradp.

При малой интенсивности теплообмена последний член уравнения отсутствует.

Особенности влагопереноса в различных телах. В капиллярно-пористых телах влага в основном связана в макро- и микрокапиллярах, но имеется также незначительное количество адсорбционной влаги. Коэффициент диффузии капиллярно-пористого тела возрастает с увеличением влагосодержания и температуры тела. Относительный коэффициент термо диффузии капиллярно-пористого тела зависит от влагосодержания и температуры, причем характер кривых   (U) определяется видом влагопереноса. Для большинства тел он увеличивается с повышением влагосодержания, достигает наибольшего значения, затем остается постоянным или уменьшается.

Влагоперенос в коллоидных телах. Для коллоидных тел характерны адсорбционная, осмотическая связи и связь влаги в микрокапиллярах, средний радиус которого того же порядка, что и размер молекул и мицелл коллоидного тела. Диффузия влаги в коллоидном теле складывается из концентрационной и избирательной диффузии и пленочного движения жидкости. Коэффициент диффузии коллоидного тела D зависит от влагосодержания: с повышением влагосодержания он несколько увеличивается, достигает максимума, затем уменьшается.

Термодиффузия влаги в коллоидном теле складывается из теплового скольжения и теплового пленочного движения жидкости, а также теплового скольжения и эффузии пара. Относительный коэффициент термодиффузии коллоидных тел зависит от влагосодержания и температуры. Эта зависимость имеет четко выраженный максимум, положение которого определяет границу между адсорбционной и осмотической связями влаги. С повышением температуры относительный коэффициент термодиффузии уменьшается.

Осмотически связанная влага легко удаляется лишь с поверхности коллоидного тела. Движение ее внутри тела замедлено, так как на пути к поверхности она преодолевает многочисленные стенки клеток или, оказавшись в межклеточном пространстве, движется как влага микрокапилляров. Попытки интенсифицировать процесс сушки приводят к образованию поверхностной корки: наружные слои быстро обезвоживаются, дают сильную усадку, роговеют, теряют способность пропускать влагу. По этим причинам сушку коллоидных тел следует проводить при умеренных градиентах влагосодержания и температуры.

Влагоперенос в капиллярно-пористых коллоидных телах. В капиллярно-пористых коллоидных телах могут быть все формы связи влаги с материалом и, следовательно, все виды влагопереноса.