Равновесие фаз при сушке.

Рассмотрим влажное твердое тело, находящееся в контакте с газовым потоком. При постоянном давлении и определенной температуре влажный газ характеризуется величиной относительной влажности:

(1)

Если давление пара жидкости в материале р_М отличается от парциального давления пара в газовом потоке р_П, то между двумя фазами будет иметь место массообмен вплоть до состояния равновесия, которое возникает при р_М = р_П При этом наступает состояни динамического равновесия, которому соответствует предельная влажность материала, называемая равновесной влaжностью w _P.

Направление массопереноса определяется абсолютными значениями величин р_М, р_П. Если р_П > р_М , перенос влаги осуществляется из газа к твердому телу, т. е. происходит процесс сорбции (увлажнения). В противоположном случае, когда р_П < р_М , перенос влаги осуществляется из твердой фазы в газовую, т. е. идет процесс десорбции (сушки).

Когда давление пара жидкости в материале р_М , становится равным парциальному давлению пара в газовой фазе р_П, массообмен прекращается и достигается состояние динамического равновесия. При этом в условиях постоянных давления и температуры каждому значению относительной влажности φ соответствует определенная величина влагосодержания (равновесного) материала. Имея совокупность величин φ (), можно построить изотерму, которая будет характеризовать данное влажное тело (изотерма сорбции-рис. 21-1)

Например (рис. 21-1), влагосодержанию материала соответствует равновесная относительная влажность φ *, и если φ ₁< φ *-последует десорбция (сушка материала);

φ ₂> φ * - будет сорбция (увлажнение материала).

Пусть влагосодержание материала, соответствующее равновесхому состоянию с газом, относительная влажность которого φ = 100 %. Если тела с влагосодержаихем > находится в контакте с газом относительной влажности φ, процесс сушки будет происходить до тек пор, пока влагосодержание материала достигнет величины , которая соответствует данной относительной влажности φ.

Более продолжительный контакт влажного тела с данной газовой: средой не приведет ни к каким дополнительным изменениям. Разность влагосодержаннй ( - ) представляет собой относительное количество влаги, которое может быть удалено при относительной влажности газовой фазы φ. Когда влагосодержание твердого тела ниже давление паров жидкости в материале меньше парциального давления пара чистой жидкости. Влага, соответствующая такому влагосодержанию, называется связанной.

Если влагосодержание материала превышает величину , давление паров жидкости в материале такое же, как и парциальное давление пара чистой жидкости. Поэтому влагу, соответствующую разности влагошдержаний - принято называть несвязанной (свободной). Отметим, что величину называют максимальным гигроскопическим влагосодержанием (влажностью).

Таким образом, можно выделить две области состояния влажного материала:

1. область влажного состояния (влажная зона), когда давление паров жидкости в материале не зависит от влажности материала и равно давлению насыщения свободной жидкости при температуре материала ( - );

2. область гигpocкoпuчecкoгo состояния (зона связанной влаги), когда давление пара жидкости над поверхностью материала отличается от давления насыщенного пара свободной жидкости и зависит от его влажности и температуры ( - ).

На практике деление на зоны оказывается условным, так как часто при среднем значении влагосодержания, превышающем влагосодержание на поверхности материала может быть близким к равновесному.

Следует отметить наличие на диаграмме φ =f( ) изотерм десорбции (рис. 21-2). Причем для кривых сорбция-десорбция характерно явление гистерезиса, указывающее на то, что для достижения одного и того же равновесного влагосодержания относительная влажность газа при увлажнении материала должна быть больше, чем при его сушке.