МОДЕЛЬ ПОТЕНЦИАЛА ВЛАГОПЕРЕНОСА АГЕНТА СУШКИ
Гороховский А.Г., Шишкина Е.Е., Гороховский А.А.
(УГЛТУ, г. Екатеринбург, РФ)
The model of transfer moisture potential of drying agent.
Известно [1, 2, 3], что сорбция влаги древесиной сопровождается выделением значительного количества энергии. Согласно [1], по данным A.J. Stamm, максимальная теплота набухания древесины сосны (при влажностях близких к нулю) достигает 300 ккал/кг поглощенной влаги или 22680 Дж/моль. При влажности древесины близкой к 20 % и большей теплота сорбции становится равной нулю.
Для того чтобы гигроскопическая влага была удалена из древесины, агент сушки должен обладать величиной химического потенциала не меньшей, чем работа (теплота) сорбции влаги древесиной, т.е.
(1)
где А – химический потенциал агента сушки;
Асорб – работа сорбции влаги древесиной.
Химический потенциал агента сушки может быть определен по формуле
(2)
где φ – относительная влажность;
R – универсальная газовая постоянная (R = 8,31 Дж/(моль ∙ К));
Т – абсолютная температура, К.
Очевидно, что при φ = 1,0 химический потенциал агента равен нулю. Удаление влаги из древесины при этом не происходит, влажность древесины стремится к равновесной.
При φ → 0, А → ∞, однако поскольку практически невозможно создать среду с φ = 0, то и получить агент сушки с бесконечно большой величиной химического потенциала также невозможно.
Известно также, что в капиллярах достаточно малого радиуса (порядка 10-7 см) над мениском жидкости происходит снижение относительного давления пара φ. Согласно формуле Томпсона [4] давление пара над мениском жидкости в капилляре составляет
Па
(3)
Тогда величина коэффициента снижения давления пара (а следовательно и φ) составит
(4)
где Р – давление пара над мениском жидкости в капилляре радиусом r;
Р∞ - то же при rм → ∞ (rм – радиус мениска);
σ – поверхностное натяжение жидкости, Н/м;
Vж – молярный объем жидкости, м3/моль.
В табл. 1 приведены расчетные значения коэффициентов снижения относительного давления водяного пара в капиллярах древесины при различных значениях ее температуры и влажности.
Таблица 1 - Коэффициент снижения давления водяного пара в капиллярах древесины
|
Температура древесины, К |
Влажность древесины, % |
|||
|
5,0 |
10,0 |
20,0 |
30,0 |
|
|
303 |
0,147 |
0,258 |
0,384 |
0,457 |
|
333 |
0,198 |
0,318 |
0,443 |
0,517 |
|
363 |
0,242 |
0,367 |
0,492 |
0,561 |
Из данных, приведенных в табл. 1 следует, что с повышением температуры и влажности древесины относительное снижение давления пара становится менее существенным, хотя и достаточно заметным.
Так максимальное снижение может достигать 6,8 раза (Т = 303 К, W = 5 %). В то же время при Т = 363 К, W = 20 % снижение давления составляет примерно 2 раза.
Выражение для величины химического потенциала при этом приобретает вид
(5)
где Ксн – коэффициент снижения (табл. 1).
В [5] приведены расчетные значения химического потенциала агента сушки, соответствующие некоторым значениям равновесной влажности древесины. Из этих данных следует, что химический потенциал в приведенном диапазоне мало зависит от значений температуры агента, практически полностью определяясь величиной равновесной влажности, точнее, степенью насыщенности среды (при заданной температуре).
Из данных рис. 1 можно заключить, что расчетные значения химического потенциала достаточно близко совпадают с экспериментальными данными A. Stamm [1] по теплоте сорбции древесины сосны. Причем значения химического потенциала несколько превышают значения работы сорбции, что отвечает (1). Исключение составляет зона экстремально низкой влажности древесины (менее 5 %), для которой значения химического потенциала оказались ниже работы сорбции. Возможно это связано с неточностью определения φ для малых uр, а также с неопределенностью точного значения коэффициента понижения для данных значений равновесной влажности. Таким образом, величина химического потенциала может служить косвенной оценкой равновесной влажности среды, а, с другой стороны, можно заключить, что в приведенном диапазоне температур агент обладает достаточным химическим, а значит и влагопереносным потенциалом для сушки древесины до требуемых практическими нуждами значений.
- 303; 
- 333; 
- 363.