Равновесие при сушке

В процессе сушки парциальное давление пара над материалом р_м уменьшается и приближается к пределу р_м = р_п. При этом наступает состояние динамического равновесия, которому соответствует предельная влажность материала, называемая равновесной влажностью W_р.

Равновесная влажность зависит от парциального давления водяного пара над материалом р_п или пропорциональной ему величины относительной влажности воздуха ц и определяется опытным путем.

Механизм процесса сушки в значительной степени определяется формой связи влаги с материалом: чем прочнее эта связь, тем труднее протекает сушка. При сушке связь влаги с материалом нарушается.

П.А. Ребиндер предложил следующую классификацию форм связи влаги с материалом: химическая, физико-химическая и физико-механическая.

Химически связанная влага наиболее прочно связана с материалом в определенных (стехиометрических) соотношениях и может быть удалена только при нагревании материала до высоких температур или в результате проведения химической реакции. Эта влага не может быть удалена при сушке.

При сушке удаляется в основном влага, связанная с материалом физико-химически и механически. Наиболее легко удаляется механически связанная влага.

Физико-химически связанная влага объединяет два вида влаги, которые отличаются прочностью связи с материалом: адсорбционно и осмотически связанную. Адсорбционная влага прочно удерживается на поверхности и в порах материала и требует для своего удаления большей затраты энергии, чем осмотическая. Осмотически связанная влага, называемая также влагой набухания, находится внутри клеток материала и удерживается осмотическими силами.

В процессе сушки влагу материала классифицируют на свободную и связанную. Свободной называют влагу, скорость испарения которой из материала равна скорости испарения воды со свободной поверхности. Поэтому при наличии в материале свободной влаги р_м = р_н, где р_н — давление насыщенного пара воды над ее свободной поверхностью. Связанной называют влагу, скорость испарения которой из материала меньше скорости испарения воды со свободной поверхности, при этом р_м < р_н.

Изменение влажности материала в процессе сушки представлено на рис. 6.

Рис. 6. Изменение влажности материала в процессе сушки

Свободная влага будет удаляться из материала при любой относительной влажности, меньшей ц = 100%. Удаление связанной влаги (после точки А) возможно лишь при влажности окружающей среды меньше равновесной. На рис. 6 вся область, где материал может сушиться, заштрихована. В зоне над кривой равновесной влажности ОАВ сушка невозможна, возможно только увлажнение материала.