Глава 02. Свойства влажных материалов

Сушке подвергаются влажные материалы с разной структурой, различными физико-химическими, механическими и другими свой­ствами. Знание этих свойств позволяет правильно выбрать наиболее рациональный способ сушки и конструкцию аппарата.

Влажность. Под влагой мы подразумеваем любую жидкость, которая в процессе сушки должна быть частично или полностью удалена. Количество влаги, содержащейся в материале, выра­женное в процентах, называется влажностью материала. Разли­чают относительную влажность w,% (отношение массы влаги к массе всего материала) и влагосодержание w^c, % (отношение массы влаги к массе абсолютно сухого материала):

Связь влаги с материалом. Свойства влажных материалов в значительной степени определяются формами связи содержа­щейся в них воды. В работах П. А. Ребиндера [42] показано, что единственно правильным методом оценки форм связи влаги с материалом является определение величины энергии связи, т. е. .работы, совершаемой при отрыве 1 моль воды от вещества постоян­ного состава с данным влагосодержанием.

При одной и той же температуре парциальное давление пара связанной воды меньше, чем давление свободной влаги. Из урав­нения Гиббса—Гельмгольца выводится зависимость между дав­лением пара связанной воды, температурой и теплотой испарения:

По величине и природе энергии связи следует различать четыре формы связи воды с дисперсными системами.

Химически связанная вода. Различают ионную связь влаги с материалом и воду молекулярных соединений типа кристалло­гидратов (CaS0₄- пН₂0), причем связь последней с материалом значительно слабее. Свободную энергию связи воды и теплоту разрыва связи можно рассчитать, приняв за основу зависимость давления насыщенного пара свободной воды от температуры.

 Адсорбционно связанная вода. Основное ее количество находится в виде мономолекулярного слоя на поверхностях капилляров пористого тела. Адсорбция воды сопровождается выделением тепла. Мономолекулярный слой воды находится под большим давлением, обусловленным молекулярным силовым полем, в результате чего плотность жидкости увеличивается. Адсорбционно связанная вода несколько отличается от свободной воды (теплоемкость ее меньше единицы, она обладает свойствами упругого твердого тела, не способна растворять электролиты и т. д.).

Капиллярно связанная вода. Вода, заключенная в капиллярах, является свободной водой, за исключением тончайшего слоя адсорбционно связанной воды у стенок капилляра. Однако дав­ление пара в капилляре отличается от давления паров над плоской поверхностью.

В условиях полного смачивания энергия капиллярной связи не зависит от свойств стенок и от количества воды в капиллярах.

По закону Кельвина давление пара над мениском радиуса г равно: