ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Гигротермическое равновесное состояние капиллярнопористых коллоидных тел из "Теория сушки Издание 2" Капиллярнопористые коллоидные тела в различных технологических процессах производства в условиях эксплуатации и длительного хранения подвергаются воздействию тепла, пара и жидкости. Наибольший интерес для практики представляют воздействие тепла и воды (гидротермическая обработка) и воздействие тепла и водяного пара (гигротермическая обработка). В данном параграфе мы рассмотрим гигротермическое равновесное состояние тела, т. е. состояние равновесия тела с окружающим влажным воздухом. [c.42] Исследование равновесного состояния тела представляет особый интерес для изучения проблемы связывания воды с коллоидными капиллярнопористыми телами. В состоянии равновесия с окружающим влажным воздухом температура тела равна температуре воздуха, а давление пара воды в материале (р ) равно парциальному давлению водяного пара в воздухе р (молекулярное равновесие). [c.42] При температуре, меньшей 100° С, и нормальном барометрическом давлении ш акс = н, где сОн — плотность насыщенного пара при данной температуре. [c.43] Если в качестве первого приближения считать применимым для пара уравнение Менделеева — Клапейрона, то относительная влажность воздуха будет равна отношению парциального давления пара (рп) в воздухе к давлению насыщенного пара / при данной температуре, т. е. [c.43] В состоянии гигротермического равновесия относительная влажность воздуха равна отношению давления пара материала / к давлению пара жидкости р , так как = / (давление насыщенного пара жидкости есть давление пара, находящегося в термическом и молекулярном равновесии со своей жидкостью = р ). [c.43] Изменяя относительную влажность воздуха при постоянной температуре, можно получить зависимость между влагосодержанием (влажностью) и давлением пара в материале в виде некоторой кривой, называемой изотермой. Если равновесие было достигнуто путем сорбции, то изотерма называется изотермой сорбции, если же равновесие достигнуто десорбцией, то изотермой десорбции. [c.43] В состоянии равновесия влагосодержание тела одинаково во всем его объеме, что было подтверждено экспериментами среднее интегральное влагосодержание равно влагосодержанию в любой точке тела (ш). [c.43] Материалы, у которых равновесная влажность значительна, обычно называют гигроскопическими материалами, а равновесную влажность — гигроскопической влажностью. [c.44] Максимальная гигроскопическая влажность значительно меньше максимальной влажности тела, которую оно может приобрести при поглощении воды (намокаемость тела). Например, для желатина максимальное гигроскопическое влагосодержание равно 50%, а влагосодержание намокания — порядка 1 ООО—2 000% в зависимости от температуры. Такая разница между гигротермическим и гидротермическим поглощениями влаги объясняется видом связи ее с коллоидным телом. В коллоидном теле влага в основном связана физико-химически (адсорбционное и осмотическое поглощение), причем здесь она преимущественно поглощается адсорбционно. Например, для желатина гидратационное влагосодержание (связанная влага) и максимальное гигроскопическое влагосодержание совпадают и равны 50%. [c.44] Это подтверждается также опытами по измерению давления набухания. По данным С. М. Липатова, давление набухания желатина при влагосодержании 48%, близкому к максимально гигроскопическому, незначительно и равно 520 Псм , тогда, как согласно соотношению (1-1-9) этому давлению будет соответствовать относительная упругость пара желатина ф = 0,9996, т. е. практически равная величине ф = 1. [c.44] Таким образом, при непосредственном соприкосновении с жидкостью тело дополнительно поглощает ее. Основной причиной значительного поглощения жидкости является ее проникновение за счет осмотического давления. [c.45] Согласно теории С. М. Липатова для осмотического поглощения необходима разность осмотических давлений раствора фракции низкого молекулярного веса вне и внутри клетки. В процессе сорбции на поверхности клетки образуется сольватный слой воды, достаточно прочно связанный адсорбционными силами со стенкой клетки. Растворимость фракции желатина низкого молекулярного веса в таком слое мала. Поэтому разность концентраций растворимой фракции желатина внутри и на внешней поверхности клетки незначительна, что и приводит к ничтожно малому осмотическому поглощению. [c.45] Если тело погрузить в жидкость, то концентрация растворимой фракции на внешней поверхности клетки резко уменьшится за счет перехода последней в растворитель. Тогда будет происходить дальнейшее осмотическое поглощение жидкости внутри клетки до тех пор, пока упругость стенок клетки тела не уравновесит разницу осмотических давлений (тело приобретает максимальную влажность). [c.45] Теории, удовлетворительно объясняющей гистерезис сорбции коллоидных тел, до сих пор нет. Одна из гипотез состоит в том, что гигроскопическое равновесие наступает медленно, и поэтому наблюдаемое равновесие не является истинным. Таким образом, в процессе десорбции мы получаем равновесное влагосодержание, несколько большее истинного, а в процессе сорбции — наоборот, несколько меньшее. Согласно этой гипотезе изменением постановки опыта гистерезис не может быть уничтожен. [c.46] Казанским предложен новый метод анализа форм связи влаги с капиллярнопористыми телами (термографический метод). Сущность метода состоит в том, что весьма тщательно записываются термограммы, представляющие собой кривые изменения температуры малого образца тела в процессе сушки. При медленной сушке небольших частиц пористого тела перепады влагосодержания и температуры внутри частицы очень малы. Поэтому можно считать, что температура и влагосодержание внутри частицы распределены равномерно (квазиравновесное состояние). [c.48] На такой термограмме наблюдается ряд характерных точек. Удаление влаги мономолекулярной адсорбции (крайний справа участок ОО термограммы) сопровождается повышением температуры тела с течением времени по закону экспоненты. На последующем участке ОО температура тела повышается по линейному закону. Такой же линейный закон изменения температуры имеет место на участке ВА (рис. 1-23). [c.48] При этом если на изотермах сорбции и десорбции точка В не совпадает с точкой В, то на термограмме наблюдается точка перегиба В, не совпадающая с точкой В. [c.48] Казанский дает следующее объяснение критических точек термограммы. Капиллярная влага удаляется при постоянной температуре (участок ЯоА термограммы). На участке А А удаляется влага канатного состояния, а участок А В термограммы соответствует влаге стыкового состояния. Начиная с точки О, происходит удаление влаги полимолекулярной адсорбции и, наконец, участок Ьо термограммы соответствует влаге мономолекулярной адсорбции. [c.48] Эти результаты были получены М. Ф. Казанским на основании анализа большого экспериментального материала по испарению разных жидкостей (вода, спирт) из пористых сорбентов (кварцевый песок, активированный уголь, силикагель различной степени пористости). [c.48] Вернуться к основной статье