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; P_н - 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 P_п - парциальное давление паров влаги в воздухе; увлажнение (сорбция влаги материалом) при (P_м < P_П).

В процессе сушки P_м уменьшается 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_п или пропорциональной ему величины относительной влажности  и определяется опытным путем. Зависимость w_p = f() устанавливается при постоянной температуре и называется изотермой десорбции. Равновесная влажности является функцией относительной влажности и температуры воздуха: w_p = f(, 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^c наиболее часто пользуются при расчетах.

Влажности w^c и w связаны между собой зависимостями:

.

Равновесная влажность, соответствующая значению = 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% ( < 100%). Удаление связанной влаги возможно лишь при той относительной влажности окружающей среды, которой соответствует влажность материала, выше чем равновесная.