Глава 05. Состояние равновесия между влажным газом и материалом

Почти каждый твердый материал, находящийся в контакте с влажным воздухом, способен поглощать из него или отдавать ему влагу. Направление переноса влаги определяется знаком разности давлений пара жидкости в материале р_м и в окружа­ющей среде р. При (р_м—р) >0 происходит процесс десорбции (сушки); при (р_м—р) <.0 — процесс сорбции (увлажнения). Разность давлений определяет величину движущей силы и ин­тенсивность переноса влаги.

В случае достаточно длительного контакта влажного тела с газом при постоянных параметрах, когда тепловые и сорбцион- ные процессы заканчиваются, между телом и окружающей сре­дой устанавливается термическое и молекулярное равновесие: температура тела принимает значение температуры среды (0 = t=const), парциальные давления паров жидкости в материа­ле и окружающем газе равны (р_м=р = const). В этот момент влажность материала приобретает постоянное значение во всем объеме тела и называется равновесной влажностью (C_p = const).

Концентрация пара в газе может быть выражена из уравне­ния состояния идеальных газов

Изменяя значение относительной влажности газа (воздуха) при его постоянной температуре, можно получить соответству­ющие значения равновесной влажности материала в виде зави­симости Cp=f (ф), называемой изотермой сорбции.

На рис. 1-5 изображены типичные кривые изотерм сорбции и десорбции коллоидных капиллярно-пористых тел различных видов. Кривые равновесия имеют характерную 5-образную фор­му с выпуклостью начального участка, обращенной к оси вла- госодержания материала. Значение равновесной влажности за­висит от температуры и влажности воздуха, а также от способа достижения равновесия: при сорбции равновесная влажность меньше, чем при десорбции. Явление несовпадения кривых сорбции и десорбции носит название сорбционного гистерезиса.

Несмотря на отсутствие общей теории гистерезиса сорбции, само это явление вполне удовлетворительно объясняется на ос­нове современных знаний о сорбционных процессах. Для капил­лярно-пористых тел можно указать по меньшей мере две при­чины [77, 122].

В процессе десорбции жидкость полностью смачивает стен­ки капилляров (cos 9=1), а при обратном процессе (сорбция) полному смачиванию жидкости препятствует слой адсорбиро­ванного воздуха. В этом случае cos0<l, и в соответствии с соотношением Томсона — Кельвина (1-15) равновесию будет со­ответствовать более низкая величина относительного давления пара.