книги из ГПНТБ / Термодинамические основы интенсификации сушки строительных материалов и изделий [сборник]

Л. Н. ИВАНОВА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНТРОПИИ И ТЕПЛОТЫ СОРБЦИИ ВОДЯНОГО ПАРА КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫМИ

СТРОИТЕЛЬНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

В данной работе теплота сорбции рассчитывалась по выведенному в [1] соотношению для аналитического' определения теплоты сорбции водяного пара типичными капиллярно-пористыми* и капиллярно-пористыми кол­ лоидными материалами

Выражение для расчета изменения молярной энтро­ пии сорбции AS водяного пара через параметры влаж­ ностного состояния капиллярно-пористых материалов приведено в |[2]:

* К таким материалам относятся материалы, не меняющие свои структурные характеристики, (а0, к) в процессе увлажнения [3].

70

симости их от ф (рис. 1) при Т = 293° К . Вид этих кри­ вых отражает последовательное изменение форм связи влаги с капиллярно-пористыми материалами.

Из рис. 1 видно, что чистая теплота сорбции моно­ тонно убывает для всех материалов с увеличением ф. Первым порциям связываемой влаги соответствуют большие значения q<j. Кривые приращения дифференци­ альной энтропии сорбированной влаги характеризуют изменение степени упорядоченности адсорбированных молекул воды. С увеличением ф дифференциальная энт­ ропия падает, переходя через наименьшее значение, что свидетельствует о завершении образования мономолекулярного слоя i[4]. Уменьшение величины теплоты сорб­ ции соответствует увеличению энтропии сорбционно свя­ занной влаги. Очевидно, это свидетельствует об образо­ вании полимолекулярных слоев. В области капиллярной конденсации (начиная с ф = 0,64-0,7) энтропия сорб­ ционно связанной воды близка к энтропии свободной, а чистые теплоты сорбции приближаются к нулю.

Наименьшее количество моносорбированной влаги у

Рис. 1. Зависимость дифференциальной теплоты (qd, дою/моль)

и энтропии от ф:

71

известняка (ф — 0,2; U = 0,00069 кг/кг) (кривая 2, рис. 7), что характеризует его структуру как более круп­ нопористую, чем, например, у цементного камня (кри­ вая 3, рис.7).

В качестве примера капиллярно-пористого коллоид­ ного тела исследовалась глина. Изотерма ее при 293°К приведена в ([6]. Увлажнение глины может рассматри­ ваться как процесс, при котором происходит адсорбция на поверхности скелета, конденсация сорбата в капил­ лярах тела, а также интермицелярное проникновение влаги в скелет, обусловленное возникновением осмоти­ ческого давления |[5]. Последнее является причиной из­ менения объема скелета материала вследствие чего его структурные характеристики влажностного состояния а0 и к изменяются.

Характеристики влажностного состояния глины, вы­ численные по изотермам, описанным в ,[6], приведены в табл. 1.

На рис. 2 показана зависимость чистой теплоты и дифференциальной энтропии сорбции для глины от влагосодержания. Теплота сорбции от наибольшего значе­ ния монотонно убывает, приближаясь к нулю. Диффе­ ренциальная энтропия сорбции непрерывно растет с увеличением влагосодержания, причем наиболее замет-

Рис. 2. Зависимость дифференциальной теплоты (qd, дж/ моль) и энтропии сорбции (Дь, дж/

моль ■град) глины от влагосодержа­ ния (и, кг)кг)

72

но это наблюдается в области перехода от адсорбиро­ ванной к капиллярной влаге (U = 0,02 кг/кг). В работе {6] показано, что в процессе сушки глины ее структура приближается к соответствующей типичной капиллярно­ пористой, о чем свидетельствует поведение термодинами­ ческого параметра г]' (степени завершенности структурообразования) в процессе сушки (рис. 3).

В процессе же сорбции глиной водяного пара типич­ ная капиллярно-пористая структура приближается к капиллярно-пористой коллоидной. Разность теплоты сорбции

QdкПк Qdткп,

вычисленную для глины, когда ее структура соответст­ вует типичной капиллярно-пористой (кривая 2) и ка­ пиллярно-пористой коллоидной (кривая 1), по-видимо­ му, можно считать теплотой, идущей на изменение структуры глины в процессе сорбции водяного пара

(рис. 2).

Значения qd, рассчитанные в интервале температур 292—373° К, в табл. 2. Эти данные могут быть использо­ ваны для расчета теплового баланса при сушке изделий из исследуемой глины (дренажные трубы, керамические

Таблица 2

Зависимость теплоты сорбции (дж/моль) от температуры (°К) в интервале ф от 0,3 до 1

пористых материалах, о характере связи влаги с мате­ риалом, а также рассчитать тепловой эффект структурообразования.

О б о з н а ч е н и я

0— потенциал массопереноса; U — удельное влагосодержание; U0 — то же, при Т = 273°К; UM.r — удельное максимальное сорбционное влагосодержание; d0 — по­ стоянная, характеризующая изменение сорбционной ак­ тивности капиллярно-пористых коллоидных материалов;

щая изменение сорбционной активности капиллярно-по­ ристых коллоидных тел.

Л и т е р а т у р а

1. Ц и м е р м а н и е Л. Б., И в а н о в а Л. Н., З л о б и н а Н. П. Об определении теплоты сорбции водяного пара капиллярно-пористы­ ми материалами.— В кн.: Инженерно-физические исследования строи­ тельных материалов. Челябинск, УралНИИстромпроект, 1972.

2.Ц и м е р м а н и с Л. Б., Г е н к и н А. Р., 3 л о б и н а Н. П. И в а-

но в а Л. Н. Об определении термодинамических свойств и теплоты

74

сорбции капиллярно-пористых тел на основе количественного соотно­ шения между влагосодержанием и потенциалом массопереноса. В кн.: Тепло- и массоперенос. Т. 6, Минск, 1972.

3.Ц и м е р м а н и с Л . Б. Термодинамические и переносные свой­ ства капиллярно-пористых тел. Южно-Уральское книжное издательст­ во, Челябинск, 1971.

4.Связанная вода в дисперсных системах. Вып. 1. Изд-во МГУ

шенности структурообразования глины. В настоящем сборнике.

4 *

Б. И. БОБКОВА, Б. К. УТКИН, Е. А. ШОРНИКОВ

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ИМПУЛЬСНОГО ОТНОШЕНИЯ

ПРИ ИМПУЛЬСНО-ВАКУУМНОЙ СУШКЕ

Основными параметрами, определяющими механизм и интенсивность внутреннего массопереноса при импуль­ сно-вакуумной сушке являются ТП0в = f (Тист), глубина разрежения ДРср, вызывающая возникновение в изде­ лии градиента общего давления ДР0о, а также парамет­ рический критерий «импульсное отношение». Последний определяется как соотношение продолжительности им­ пульсов нагрева 1ц к продолжительности импульсов ва­

ливается серия образцов, состоящая из 3-х контрольных и 3-х стандартных плиток. Их толщина равна толщине сушимых изделий. Они имеют строго зафиксированный размер поверхностей испарения и начальное влагосодержание материала. В центральном сечении и на по­ верхности контрольных образцов устанавливают термо­ пары, фиксирующие температуру в заданном сечении. Перед сушкой образцы маркируют и взвешивают. Затем подвергают предварительному прогреву при максималь­ но допустимой для данного влагосодержания материала температуре. После прогрева образцы вновь взвешива­

5 мин.) фиксируют убыль влаги из материала стандарт­ ного образца, соответствующую текущему времени. Температуру определяют по контрольному образцу. По­ лученные значения наносят на графики Am = fi(t), Т = f2 (т) по которому определяют оптимальное значе­ ние 1н Для данного материала, соответствующее време­

ется.

76