Поливинилхлорид - Ульянов В.М.
ISBN 5-7245-0727-7
Скачать (прямая ссылка):
По классификации Б.С.Сажина [120] все влажные материалы как
87
О 0,1 0,2 0,3 8,4 0,5
0 0, Г 0,2 0,J 0,Н 0,5 Гп-«72 *?//<г
Рис. 3.1. Изотермы сорбции и десорбции водяного пара на ПВХ - С-70, полученные при 23 "С статическим (а) и динамическим (б) методами
объекты сушки различаются по внутренней структуре критическим радиусом узких пор, из которых необходимо удалить влагу для достижения заданной конечной влажности. По этой классификации суспензионный ПВХ относится к дисперсным материалам с переходными порами (критический диаметр 2гкр- от 100 до 6 нм) со свободной и связанной влагой и с продолжительностью сушки частицы от 3 до 5 с.
Согласно классификации авторов [94] по агрегатному состоянию объектов сушки суспензионный ПВХ относится к классу сыпучих и группе порошкообразных (размер частиц от 0,01 до 0,5 мм) дисперсных материалов.
Важнейшей характеристикой высушиваемого материала является сорбционное равновесие его с влажным воздухом. На рис. 3.1 приведены изотермы сорбции и десорбции паров воды на ПВХ-С-70, полученные статическим и динамическим (хроматографическим) методами [94]. На обоих графиках имеет место сорбционный гистерезис, типичный для капиллярно-пористых тел. Значительно более широкая петля гистерезиса, получающаяся по хроматографическим данным, объясняется присущей динамическому методу тенденцией к занижению равновесной влажности продукта при адсорбции и завышению при десорбции. Для расчетов процесса сушки необходимо иметь изотермы десорбции в достаточно широком интервале температур. В результате исследования сорбционных свойств большой группы полимерных материалов на основе винилхлорида и акрилатов предложено следующее уравнение для описания кривых десорбции в интервале относительной влажности воздуха ф от 0 до 1,0 [94]:
ф
= р/ри = 1- exp[-C,P+«eexp(m + n9)],
(3.2)
где Ср - равновесное влагосодержание продукта, кг/кг; 9 - температура материала, "С; "I, п, р, q —коэффициенты, зависящие от вида полимерного материала; для ПВХ-С-70 при значениях коэффициентов m = 8,2943, п = 0,0122, р = 1,3148 и q = 0,00038 равновесные условия рассчитаваются со средней относительной погрешностью 7%.
Для анализа и расчета процесса сушки в области гигроскопического состояния ПВХ может оказаться полезным термодинамический под-ход. Как показано в [97], для влажных материалов в области гигроскопического состояния потенциал влагопереноса 8 можно приближенно
88
Е.кЛч/кг 100 О (U ОХ Сг10* кг/кг Рис 3.2. Сорбционное равновесие и энергия связи влаги для ПВХ-С-70 при 20 "С (1), 40 °С (2), 60 °С (3) и 80 °С (4)
приравнять химическому потенциалу ц,
значениям „„,,
1ц1 = 191 = ЙГ1пф.
причем по абсолютным (3.3)
Сравнивая соотношения (3.1) и (3.3), можно видеть, что потенциал переноса влаги в области гигроскопического состояния определяется энергией связи влаги или изменением свободной энергии?=(9^/9т)г. Следовательно, зная соотношение между Ср и ip на основе изотерм сорбции и десорбции, можно вычислить значения ц = /(С, Г). На рис. 3.2 представлены совмещенные графики изотерм десорбции и энергии связи воды и ПВХ-С-70. Пользуясь совмещенными графиками, можно непосредственно получить зависимости Е = /(С,Г). В частности, для ПВХ-С-70 среднее значение Е составляет 8-10 кДж/кг.
Удельная теплоемкость см влажного ПВХ зависит от влагосодержа-ния, т.е. изменяется в процессе сушки. Представляя влажный ПВХ как двухкомпонентную систему (твердое вещество - жидкость), можно рассчитать удельную теплоемкость высушиваемого материала в зависимости от текущего влагосодержания С. Для этого достаточно знать удельные теплоемкости сухого вещества ст и жидкой фазы сж. Для сухого ПВХ ст = 1,17 кДжДкг-К). При анализе и расчете процессов сушки обычно используют приведенную удельную теплоемкость высушиваемого материала, которая получается при отнесении удельной теплоемкости к массе сухого вещества, не изменяющейся в процессе сушки:
с =с. + сжС. AS
м т ж (34)
Коэффициенты теплопроводности X и температуропроводности а = =Х/(смрм) ПВХ зависят от пористости, влажности и агрегатного состояния. Но данным Б.С.Сажина [120J коэффициент теплопроводности для частиц сухого ПВХ составляет 0,102 Вт/(м-К), а коэффициент температуропроводности а = 0,6 м2/с; для влажной же частицы при С = X = а0,225 Вт/(м.К), а =0,98 mVc. Для слоя смолы ПВХ соответственно Получено: для сухого ПВХ X = 0,058 ВтДм'К), а = 0,972м2/с, а при С=СМГ X = 0,118 Вт/(м-К), а = 1,778 м2/с. При этом зависимости коэффициентов теплопереноса от влагосодержания имеют экстремальный
89
характер: рост коэффициентов с увеличением содержания влапи приблизительно до критических значений и последующее их снижение, что характерно для капиллярно-пористых тел [82, 94, 120].
Коэффициент диффузии D и относительный коэффициент термодиффузии б влаги в частицах ПВХ также существенно зависят от температуры и влагосодержания и изменяются в процессе сушки в широких пределах: D = Ю"6 - 10~9 м2/с, б = 0,001 - 0,005 кг/(кг-К), причем, если коэффициент диффузии резко возрастает с ростом С и Г, то зависимость для б имеет экстремальный характер, что также типично для капиллярно-пористых тел.
