31.2. Изучение процесса испарения влаги с помощью Id-диаграммы

Процесс испарения влаги из древесины как гигроскопического материала удобно изучать с помощью Id-диаграммы, на которой в верхней части нанесена шкала давлений пара рп, а в поле диаграммы показаны линии равновесной влажности древесины (см. рис. 31).

Давление водяного пара на поверхности гигроскопической древесины определяется ее температурой и локальной влажностью.

Направление процесса (сорбция или десорбция) и его скорость можно установить по температуре t1 и давлению пара р1 в воздухе и по температуре tд и равновесной влажности древесины ωp на поверхности материала.

Пусть точка Д (см. рис. 58) характеризует температуру и равновесную влажность ωp поверхности древесины и соответствующее давление пара pд. Если точка В или С состояния окружающего древесину воздуха не совпадает с точкой Д, но находится на той же вертикали d=const, древесина не будет ни испарять влагу, ни сорбировать ее, поскольку рп=рд. Однако в тепловом отношении вследствие разности температур t—tд такое состояние неустойчиво.

Анализ этого состояния имеет существенное практическое значение. Так, во время прогрева материала перед сушкой и при охлаждении его после сушки стремятся избежать как испарения влаги из материала, так и его увлажнения. Это возможно, как видно из рис. 58, если при нанесении параметров воздуха и древесины на Idω-диаграмму будет соблюдено условие Рп=Рд у поверхности древесины.

Наметим точку состояния воздуха А справа от точки Д, когда давление пара pА в воздухе будет больше, чем на поверхности древесины; в этих условиях пар будет переходить на поверхность древесины, увлажняя ее. Такой процесс будет продолжаться до достижения равновесия давлений рА=рд. Точки Д и А могут находиться на общей кривой ωр, как показано на рис. 58. Равновесие давлений пара в воздухе и на поверхности древесины будет достигнуто, когда точки, характеризующие состояние воздуха А и древесины Д совместятся на Idω-диаграмме. Если точка состояния воздуха 1 находится слева от точки Д, поверхность материала будет отдавать влагу.

Процесс испарения гигроскопической влаги будет отклоняться от линии т=const (см. рис. 9,6), приближаясь к линии I=const. Поэтому, если точки Д и 1 (см. рис. 58) находятся на общей линии I=const, процесс может быть адиабатным, стационарным для данной влажности поверхности древесины.

Известно, что над истинным и коллоидным растворами давление пара ниже, чем над чистым растворителем, в частности над водой. Поэтому раствор высыхает медленнее и кипит при более высокой температуре, чем растворитель. Концентрация раствора при испарении растворителя постепенно повышается, что еще более затрудняет испарение. В этом отношении между испарением влаги из древесины и испарением растворителя из раствора может быть проведена аналогия. Рассмотренное относится и к испарению влаги из коллоидов. Древесина представляет собой ограниченно набухающий коллоид капиллярнопористой структуры.

Кипение влаги в древесине и сушка ее в атмосферных условиях выпариванием, когда нет потребности в воздухе как поглотителе выделяющегося пара, возможно лишь при давлении пара на поверхности древесины выше барометрического. Это условие справедливо для выпаривания как свободной, так и гигроскопической влаги; в последнем случае температура влаги должна быть выше 100° С.

При влагообмене в вакууме влага как свободная, так и гигроскопическая будет испаряться из материала при рд>рп и выпариваться из него при pд>pн.