Глава 04.3 Термограмма (I) и кривая суш­ки (II) капиллярно-пористых материалов

Капилляры таких размеров носят название макрокапилля­ров. Влага макрокапилляров и макропор не имеет связи с ма­териалом и называется свободной (или несвязанной) влагой, которая может быть удалена механическими способами. Следу­ет отметить, что резкой границы между отдельными формами и видами связи жидкости с телом не существует: одна форма (вид) связи постепенно исчезает и начинает преобладать дру­гая. Соответственно изменяется теплота десорбции связанной жидкости <q_д при высушивании влажного материала. В качест­ве примера на рис. 1-2 приведена кривая зависимости удельной теплоты десорбции q_A=f(u) для катионной смолы, полученная электрокалориметрическим методом [174].

Из кривой видно, что q_A существенно выше удельной тепло­ты парообразования r_е свободной жидкости, причем разность q_A—г_в увеличивается с уменьшением влажности продукта и до­стигает максимальной величины при удалении влаги мономоле­кулярного слоя.

На рис. 1-3 представлена схема последовательного удаления влаги различных форм и видов, полученная экспериментально М. Ф. Казанским [77] при сушке (II) и термографировании (I) тонких капиллярно-пористых материалов. На кривой сушки C=f (т), совмещенной с термограммой процесса 0=f (т), показаны сингулярные точки (1—5), отвечающие определенному ви­ду связи влаги с сухим веществом. В первую очередь удаляется физико-механически связанная влага трех видов. Два из них представляют собой воду, содержащуюся в макропорах; капил­лярную (а) и стыковую (б)—-жидкостную манжету в порах; третий вид — капиллярная вода в макропорах (в). Далее удаля­ется влага физико-химической связи, состоящая из осмотиче­ской воды и адсорбированной влаги двух видов: полимолеку­
лярных слоев (г) и мономолекулярных слоев (д). Метод М. Ф. Казанского позволяет в общем виде увязать классифи­кацию видов влаги в материале с кинетикой процесса ее уда­ления.

Связь влаги с материалом является одной из наиболее важ­ных характеристик при рассмотрении процесса сушки. На вели­чину этой связи влияет дисперсность, структура и физико-хими­ческие свойства материала. По указанным признакам, согласно определению А. В. Лыкова [77], все влажные материалы следу­ет отнести к связно-дисперсным системам, т. е. к капиллярно- пористым коллоидным телам, различающимся своими коллоид- но-физическими свойствами.

По коллоидно-физическим свойствам А. В. Лыков предло­жил разделить все твердые влажные материалы на три груп­пы: капиллярно-пористые, коллоидные и капиллярно-пористые коллоидные. Эта классификация влажных материалов не яв­ляется абсолютно строгой, однако имеет большое практическое значение при обобщении результатов исследования процесса сушки различных материалов.

К капиллярно-пористым относятся также материалы, в ко­торых жидкость в основном связана капиллярными силами. При обезвоживании капиллярно-пористые тела становятся хрупкими и в высушенном состоянии могут быть превращены в порошок. Они мало сжимаются и впитывают любую смачиваю­щую жидкость. Для таких материалов капиллярные силы зна­чительно превышают силы тяжести (силикагель, керамика, гипс, полимерные материалы типа поливинилхлорида).

К коллоидным относятся материалы, в которых преобладает адсорбционно и осмотически связанная влага. При высушива­нии коллоидные тела значительно сжимаются, сохраняя свою эластичность; при увлажнении они впитывают наиболее близ­кие по полярности жидкости. Коллоидные тела рассматрива­ются как квазикапиллярно-пори- стые, размеры молекул которых сравнимы с размерами микрокапил­ляров (желатин, растворы полиме­ров).

К капиллярно-пористым колло­идным относятся материалы, в ко­торых жидкость имеет различные формы связи, присущие как капил­лярно-пористым, так и коллоидным телам. Для этих материалов харак­терны свойства первых двух видов, стенки их капилляров эластичны и при поглощении жидкости набухают, а при высушивании дают усадку (глина, торф, пищевые продукты, полимерные материа­лы типа полибутилметакрилата или поливинилбутираля).

Рис. 1-3. Термограмма (I) и кривая суш­ки (II) капиллярно-пористых материалов.