· В случае химической связи влага прочно связана с веществом в виде гидроксильных ионов или молекулярных соединений типа кристаллогидратов. Химически связанная с материалом влага может быть удалена в результате химических взаимодействий или прокаливания. В процессе сушки химически связанная влага не удаляется;
· адсорбционная связь вызывается дисперсионными, электростатическими и индукционными силами. Вследствие энергетической ненасыщенности поверхностных молекул и ионов твердого тела на его поверхности образуется мономолекулярный слой адсорбированной влаги. Этот слой наиболее сильно связан с материалом. Последующие (полимолекулярные) слои удерживаются менее прочно, а свойства влаги, формирующей эти слои, приближаются к свойствам свободной жидкости.
· капиллярная связь обусловлена адсорбционной связью полимолекулярных слоев со стенками капилляров и более низким давлением пара над вогнутым мениском в капилляре по сравнению с плоской поверхностью. Понижение давления пара наблюдается в случае, если диаметр капилляра d 2-10~7м. Такие размеры капилляров (микрокапилляров) характерны только для очень тонкопористых тел. В макрокапиллярах (d> 2- 10~7 м) влага практически не связана с материалом (кроме адсорбционного мономолекулярного слоя) и называется свободной. Такую влагу можно удалить механическими способами.
|
|
· осмотическая связь наиболее сильно выражена в растворах. Природа этой связи выражается в том, что давление пара над раствором меньше давления пара над чистым растворителем;
· физико-механическая связь о пределяет влагу, свободно удерживаемую в объеме пор тела. Она может быть удалена механическими способами, причем процесс обезвоживания в этом случае лимитируется гидравлическим сопротивлением пор тела, подобно сопротивлению фильтрующей перегородки и осадка при фильтрации.
Отметим, что не существует резкой границы между различными формами связи влаги с материалом. По мере исчезновения одной формы начинает превалировать другая.
По Лыкову, все твердые влажные материалы можно разделить на 3 группы: капиллярно-пористые; коллоидные; капиллярно-пористые коллоидные тела. Хотя эта классификация и является условной, она имеет большое практическое значение, поскольку возникла при обобщении результатов исследования процесса сушки различных материалов.
· В капиллярно-пористых материалах жидкость в основном связана капиллярными силами. При удалении влаги эти тела становятся хрупкими и в высушенном состоянии легко превращаются в порошок. Они слабо сжимаются. В качестве примера таких материалов можно привести силикагель, гипс, керамику, полимерные материалы типа винилхлоридных.
|
|
· К коллоидным телам относятся материалы, в которых преобладает адсорбционно и осмотически связанная влага. При высушивании эти тела значительно сжимаются, но при этом сохраняют эластичность (желатина, растворы полимеров).
· В капиллярно-пористых коллоидных телах жидкость имеет различные формы связи, характерные как для капиллярно-пористых, так и для коллоидных тел. По свойствам эти материалы занимают промежуточное положение: стенки их капилляров эластичны и при поглощении влаги набухают, а при высушивании такие тела сжимаются (глина, торф, некоторые полимерные материалы типа полибутилметакрилата и др.).
В последнее время предпринимаются попытки классифицировать высушиваемые влажные материалы по размерам пор. В основе такой классификации (Б. С. Сажин с сотр.) лежит критический радиус пор, уменьшению которого соответствуют усложнение внутрипористой структуры материала и увеличение диффузионного сопротивления движению влаги (в виде жидкости или пара) к поверхности частиц, а следовательно,
увеличение продолжительности сушки и усложнение форм связи влаги с материалом.
Все влажные материалы делят на 4 группы в порядке уменьшения критического диаметра пор, внутри которых различают подгруппы, учитывающие адгезионно-когезионные свойства материала (налипание на металлические поверхности, комкование и т.д.):
1. Материалы с критическим диаметром пор более 100 нм. Продолжительность сушки материалов этой группы невелика (во взвешенном слое 0,5-3 с).
2. материалы с критическим диаметром пор от 100 до 6 нм. Продолжительность сушки материалов второй группы значительно больше, чем первой (во взвешенном состоянии-до 30 с).
3. материалы с критическим диаметром пор от 6 до 2 нм. Продолжительность сушки таких материалов составляет минуты и даже десятки минут.
4. Материалы, критический диаметр пор которых менее 2 нм, характеризуются очень низкой скоростью сушки, при этом продолжительность сушки исчисляется часами.