ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Термодинамические параметры влагопереноса из "Теория сушки Издание 2" Термодинамика в отличие от молекулярной физики изучает макроскопические свойства тела или системы тел и процессы их взаимодействия, не интересуясь микроскопической картиной. Это обстоятельство имеет особо важное значение при исследовании переноса влаги в капиллярнопористых телах, где молекулярная картина необычайно сложна. В то же время применение термодинамических методов не означает отказа от молекулярно-кинетического метода. Термодинамика и молекулярно-кинетическая теория должны взаимно дополнять друг друга, один и тот же опытный материал должен служить предметом комплексного анализа. Перенос влаги не отделим от переноса тепла, и явления тепло- и массопереноса необходимо рассматривать в их неразрывной связи. Поэтому вполне естественным является применение к массопереносу тех методов и той системы понятий, которые с успехом применяются в явлениях переноса тепла. [c.63] Известно, что потенциалом переноса парообразной влаги во влажном воздухе является химический потенциал, который является функцией температуры и парциального давления пара. Следовательно, в области гигроскопического состояния химический потенциал парообразной влаги может быть выражен через влагосодержание и температуру тела. В области влажного состояния тела химический потенциал, рассчитанный на единицу массы поглощенной воды, равен химическому потенциалу свободной воды, т. е. будет являться величиной постоянной (изменение давления пара над поверхностью мениска макрокапилляров с изменением радиуса капилляров практически равно нулю). [c.63] Поэтому в области влажного состояния химический потенциал влаги не может служить в качестве потенциала переноса влаги. [c.63] Представляют интерес экспериментальные методы определения единого потенциала переноса влаги для любого влагосодержания материала как для гигроскопического, так и для влажного состояния. [c.63] По аналогии с тепловым потенциалом (температурой) введем понятие потенциала переноса влаги. С этой целью используем следующие опытные факты. В состоянии термодинамического равновесия, например при гигротермическом равновесии, существует определенное распределение влаги в теле или системе тел. При увеличении общей массы влаги растет ее содержание в отдельных частях тела. Потенциал влагопереноса есть некоторая функция влагосодержания и внещних параметров, которые в состоянии термодинамического равновесия должны быть одинаковы во всех частях тела или системы тел. [c.63] Капиллярный потенциал по определению является отрицательной величиной, и влагоперенос происходит от низшего капиллярного потенциала к высшему капиллярному потенциалу аналогично теплопереносу в области отрицательных температур, определяемых по шкале Цельсия I 0° С). При влагосодержании и = О капиллярный потенциал максимален Р акс. а при некотором максимальном влагосодержании (влажность намокания) — равен нулю. Следовательно, для капиллярного потенциала постоянная в соотношении (1-5-2) равна произведению максимального капиллярного потенциала на удельную влагоемкость. Если влагоперенос происходит молекулярным путем (избирательная диффузия), то потенциалом переноса является осмотическое давление Р, для которого производная дР ди отрицательна. [c.65] Потенциал влагопереноса 0 будем считать положительным (5 /50 О), а постоянную Ь в области малых значений влагосодержания — равной нулю, полагая, что потенциал влагопереноса абсолютно сухого тела равен нулю. В этом случае потенциал переноса капиллярной жидкости будет равен разности между максимальным капиллярным потенциалом акс и капиллярным потенциалом при данном влагосодержании Ч (0 = акс —Ч ). Градиент потенциала влагопереноса будет равен градиенту капиллярного потенциала с обратным знаком (У0 =—УЧ ). Аналогичная зависимость будет иметь место и для диффузионного переноса жидкости. [c.65] Согласно принятой шкале влагоперенос от одного тела к другому происходит от тела с большим потенциалом к телу с меньшим потенциалом. В состоянии термодинамического равновесия потенциалы тел, находящихся в соприкосновении, равны друг другу (01 = 0 ), а удельные влагосодержания не одинаковы. [c.66] Произведение с ро, равное отношению JVo, является объемной влагоемкостью тела. [c.66] Соотношения (1-5-3) —(1-5-7) справедливы для тел с постоянной влагоемкостью. Если влагоемкость изменяется в зависимости от потенциала влагопереноса 0, а следовательно, и от влагосодержания и, то в этих соотношениях под величиной с, надо понимать среднюю удельную влагоемкость в интервале потенциала влагопереноса А0 = 02—01. [c.66] Истинная удельная влагоемкость находится по соотношению (1-5-1) и численно равна тангенсу угла наклона касательной к кривой, определяющей зависимость влагосодержания от потенциала массопереноса при постоянной температуре. [c.67] Для того чтобы воспользоваться выведенными соотношениями, необходимо иметь экспериментальную шкалу потенциала влагопереноса 9. В отличие от экспериментальной термодинамики, где потенциал теплопереноса (температура) измеряется непосредственно, в нашем случае непосредственно определяется влагосодержание путем сушки тела до абсолютно сухого состояния. Для лучшего уяснения принципа построения шкалы потенциала 0 обратимся к аналогии. [c.67] Напомним элементарный калориметрический опыт по определению теплоемкости тела. Нагретое до определенной температуры исследуемое тело приводят в соприкосновение с калориметрической жидкостью (водой). В результате теплообмена между телом и жидкостью устанавливается тепловое равновесие. Определив повышение температуры жидкости, находят теплоемкость тела. При этом удельную теплоемкость калориметрической жидкости (воды) принимают за единицу. В этом случае удельное теплосодержание (энтальпия) эталонной (калориметрической) жидкости будет равно температуре (тела и жидкости), а удельная теплоемкость исследуемого тела будет равна отношению удельных теплосодержаний тела и эталонной жидкости. В этом элементарном опыте теплоемкости тела и жидкости считают постоянными. [c.67] удельному влагосодержанию эталонного тела соответствует потенциал 0 в 100 массообменных градусов. Такой выбор удельной влагоемкости обусловлен следующими обстоятельствами во-первых, максимальное сорбционное влагосодержание при определенной температуре является константой, не зависящей от способа его достижения (изотермы сорбции и десорбции при ф = 1 совпадают) во-вторых, при применении разных эталонных тел в точке максимальной гигроскопичности (ф = 1) получаем один и тот же потенциал 0, равный 100° М. Благодаря этому вводится единая экспериментальная шкала потенциала 6, корректирующая некоторое различие в эталонных образцах. [c.68] Этому потенциалу соответствует влагосодержание торфа 2,1 кг кг. [c.69] Средние удельные массоемкости (влагоемкости) приведены в табл. 1-8, из которой следует, что наибольшей влагоемкостью в интервале 100 — 700° М обладает торф, минимальной — кварцевый песок. [c.69] Мучное тесто. . . Желатин. [c.70] на рис. 1-32 приведены изотермы сорбции фильтровальной бумаги при температурах от 22 до 80° С построенные по данным Н. В. Арциховской. Видно, что относительное равновесное влагосодержание практически не зависит от температуры и является однозначной функцией влажности воздуха. (Небольшие колебания в величине и /и в зависимости от температуры носят случайный характер, связанный с постановкой эксперимента.) Этот результат является очень важным, так как позволяет сделать вывод, что потенциал влагопереноса в гигроскопической области зависит только от ф. Эта зависимость 0 = / (ф) представлена на том же рисунке в виде графика, полученного путем осреднения изотерм сорбции для разных температур. Отсюда следует, что потенциал массопереноса 0, измеряемый эталонным телом (целлюлозой), в гигроскопической области характеризует изотермический массоперенос пара и жидкости в капиллярнопористых телах. [c.70] Из простого термодинамического анализа, подтвержденного прямыми экспериментами Г. А. Максимова, следует, что равновесное влагосодержание тела при определенных 4 и ф не зависит от того, находилось ли тело в соприкосновении с другим или равновесие достигалось одним телом. При этом предполагается, что соприкосновение не вызывает каких-либо химических взаимодействий или изменения структуры тел. [c.70] Вернуться к основной статье