1.13. Виды связи влаги с материалом

Механизм процесса сушки в значительной степени определяется формой связи влаги с материалом. Чем прочнее связь, тем труднее протекает процесс сушки. При сушке связь влаги с материалом нарушается. П. А. Ребиндером предложена следующая классификация форм связи влаги с материалом в порядке убывания энергии [3]:

- в случае химической связи влага прочно связана с веществом в виде гидроксильных ионов или молекулярных соединений типа кристаллогидратов. Химически связанная с материалом влага может быть удалена в результате хи­мических взаимодействий или прокаливания. В процессе сушки химически связанная влага не удаляется;

-адсорбционная связь вызывается дисперсионными, электростатическими и индукционными силами, Вследствие энергетической ненасыщенности по­верхностных молекул и ионов твёрдого тела на его поверхности образуется мо­номолекулярный слой адсорбированной влаги. Этот слой наиболее сильно свя­зан с материалом. Последующие (полимолекулярные) слои удерживаются ме­нее прочно, а свойства влаги, формирующей эти слои, приближаются к свойст­вам свободной жидкости;

- капиллярная связь обусловлена адсорбционной связью пслимолекуляр-ных слоев со стенками капилляров и более низким давлением пара над вогну­тым мениском в капилляре по сравнению с плоской поверхностью. Понижение давления пара наблюдается в случае, если диаметр капилляра d < 2 ■ 10~⁷ м, Та­кие размеры капилляров (микрокапилляров) характерны только для очень тон­копористых тел. В макрокапиллярах (d > 2 • 10~⁷ м) влага практически не связа­на с материалом (кроме адсорбционного мономолекулярного слоя) и называет­ся свободной. Такую влагу можно удалить механическими способами;

- осмотическая связь наиболее сильно выражена в растворах. Природа этой связи выражается в том, что давление пара над раствором меньше давле­ния пара над чистым растворителем;

- физико-механическая связь определяет влагу, свободно удерживаемую в объёме пор тела. Она может быть удалена механическими способами, причём процесс обезвоживания в этом случае лимитируется гидравлическим сопротив­лением пор тела, подобно сопротивлению фильтрующей перегородки и осадка при фильтрации.

Отметим, что не существует резкой границы между различными формами связи влаги с материалом. По мере исчезновения одной формы начинает прева­лировать другая.

По А. В. Лыкову, все твёрдые влажные материалы можно разделить на три группы [3J: капиллярно-пористые; коллоидные; капиллярно-пористые кол­лоидные тела. Хотя эта классификация и является условной, она имеет большое практическое значение, поскольку возникла при обобщении результатов иссле­дования процесса сушки различных материалов.

В капиллярно-пористых материалах жидкость а основном связана капил­лярными силами. При удалении влаги эти тела становятся хрупкими и в высу­шенном состоянии легко превращаются в порошок. Они слабо ожимаются. В качестве примера таких материалов можно привести силикагель, гипс, керами­ку, древесный уголь и др.

к коллоидным телам относятся материалы, в которых преобладает ад-сорбцнонно и осмотически связанная влага. При высушивании эти тела значи­тельно сжимаются, но при этом сохраняют эластичность (желатина, агар-агар, прессованное мучное тесто и др.).

В капиллярно-пористых коллоидных телах жидкость имеет различные формы связи, характерные как для капиллярно-пористых, так и для коллоидных тел. По свойствам эти материалы занимают промежуточное положение: стенки их капилляров эластичны и при поглощении влаги набухают, а при высушива­нии такие тела сжимаются (глина, торф, зерно, хлеб, древесина, кожа и др.).