Свободная и связанная влага. Виды связи влаги с материалом. Изотерма сушки.

Применительно к процессу сушки влагу материала классифицируют на свободную и связанную. Под свободной понимают влагу, скорость испарения которой из материала равна скорости испарения воды со свободной поверхности. Следовательно, при наличии в материале свободной влаги р_м = р_н, где р_н — давление насыщенного пара воды над ее свободной поверхностью. Под связанной понимают влагу, скорость испарения которой из материала меньше скорости испарения воды со свободной поверхности р_м < р_н.

 Предложена классификация форм связи влаги с материалами по энергетическому принципу, согласно которой существуют формы связи трех типов химическая, физико-химическая и физико-механическая. Химически связанная влага, количество которой определяется соответствующими стехиометрическими соотношениями, удерживается веществом наиболее прочно и в большинстве случаев при тепловой сушке не удаляется из влажных материалов. Эта связь может быть разрушена путем химического воздействия или прокаливанием. Физико-химически связанная влага удерживается на внутренней поверхности пор адсорбционными силами. Ее количество может быть различным в зависимости от пористости материала и внешних условий — температуры и влажности окружающей среды. Для ее удаления влагу превращают в пар, для этого необходимо затратить значительное количество теплоты. Физико-механически связанная влага — это жидкая фаза, находящаяся в крупных капиллярах, а также влага смачивания, которую принимает тело при непосредственном контакте с жидкостью. Удаление этой влаги при сушке требует наименьших затрат энергии, равных теплоте парообразования жидкости.

Влажному материалу присущи все формы связи с водой. Трудно при этом разграничить периоды сушки, соответствующие различным видам связи молекул воды с молекулами вещества. Поэтому экспериментальным путем строят изотермы сорбции, т.е. зависимости влажности материала от относительной влажности воздуха при постоянной температуре: . Изотермы сорбции позволяют определять равновесную влажность при сушке.

На рис. изображена петля гистерезиса при сушке и увлажнении материала. Нижняя кривая получена при испарении (десорбции) влаги из материала, т.е. при его сушке, и называется изотермой десорбции, верхняя кривая является линией адсорбции  влаги высушенным материалом и называется  изотермой сорбции.

 Расхождение кривых (гистерезис) указывает на то, что для достижения одной и той же равновесной влажности материала влажность воздуха при увлажнении должна быть больше, чем при его сушке.