Равновесие в процессе сушки

Процессу сушки, как любому массообменному процессу, соответствует обратный процесс – поглощение твердым материалом влаги из окружающей среды, содержащей либо пары влаги, либо смесь паров влаги с другими газами. Обозначим давление паров влаги, когда только она является окружающей средой, через р_пар, а ее парциальное давление в смеси с газами окружающей) среды – через р_D.

В то же время, влаге, содержащейся в материале, соответствует определенное равновесное давление водяного пара над влажным высушиваемым материалом р_мат.

Условием сушки в этом случае являются неравенства

Влажность материала, отвечающая условию р_мат =р_пар*(р_мат =р_D), соответствует условию равновесия.

Обратному процессу (сорбции паров влаги из окружающей среды твердым материалом) соответствуют неравенства р_пар > р_мат и p_D > р_мат.

Давление пара над высушиваемым материалом рмат зависит от влажности материала, температуры и характера связи влаги с материалом. С ростом температуры и влажности материала значение р_мат возрастает (рис. 14.1). Кроме того, чем сильнее связь влаги с материалом, тем меньше при прочих равных условиях давление паров влаги над этим материалом.

Различают несколько форм связи влаги с материалом (если под влагой понимать воду, то в порядке убывания энергии связи).

Химически связанная влага – гидратная или кристаллизационная, входящая в состав самого химического соединения, в процессе сушки не удаляется. Для ее удаления необходимо либо высокотемпературное воздействие (прокалка), либо химическая обработка.

Физико-химически связанная влага (адсорбционная и осмотическая) – влага, находящаяся в микропорах и связанная с материалом на молекулярном уровне адсорбционными и осмотическими силами.

Механически (капиллярно) связанная влага, заполняющая макро- и микрокапилляры, может быть удалена не только при сушке, но и при механических воздействиях.

Значения концентраций влаги в материале используются для описания кинетики процесса сушки, а также расчета аппаратов, в которых он осуществляется.

Значения концентраций влаги определяются:

· влажностью с – отношением массы влаги, содержащейся в материале, к массе влажного материала, кг/кг;

· влагосодержанием х – отношёнием массы влаги, содержащейся в материале, к массе сухого материала, кг/кг;

· относительной влажностью φ – отношением количества паров в газе к максимально возможному, отвечающему насыщенному состоянию при тех же температуре и давлении, %.