в природе и технике постоянно наблюдаются взаимные превращения жидкости в пар (испарение) и пара в жидкость (конденсация).

Если испарение какого-либо вещества происходит в замкнутом сосуде, через некоторое время наступает состояние насыщения, т. е. устанавливается постоянное равновесное давление пара, несмотря на продолжающееся испарение. Насыщение наступает в тот момент, когда количество испаряющихся из жидкости молекул в единицу времени сравняется с количеством молекул пара, конденсирующихся в жидкость за то же время. При этом устанавливаются постоянные плотность и давление насыщенного пара при неизменной температуре.

Жидкости и твердые вещества имеют определенные давления насыщенных паров, которые необходимо учитывать в вакуумной технике-

В отличие от газа давление насыщенного пара можно изменить только регулируя его температуру. При сжатии или расширении насыщенного пара (без изменения температуры) давление его остается неизменным, так как происходит соответственно или конденсация части пара, или дополнительное испарение.

Когда при повышении температуры источник пара полностью испарится, пар перестает быть насыщенным и при дальнейшем нагревании ведет себя как газ. Наоборот, охлаждение ненасыщенного пара приводит к образованию насыщенного пара, а затем к конденсации в Жидкость и уменьшению плотности и давления насыщенного пара.

Если в замкнутом объеме содержится источник пара, а в различных участках объема температура различна, давление насыщенного пара будет определяться наиболее низкой температурой. В пространстве, отделенном от источника пара наиболее холодной стенкой, давление насыщенного пара источника устанавливается в полном соответствии с температурой этой холодной стенки. В пространстве же между наиболее холодной стенкой и источником пара, пока он не испарился полностью, происходит перегонка источника пара из наиболее нагретого в наиболее охлажденный участок системы.

Вакуум в переводе с латинского означает «пустота». В практике под вакуумом понимают состояние разреженного газа, которое характеризуется давлением ниже атмосферного (область давлений ниже 10 Па).

В зависимости от степени разрежения газа различают низкий, средний и высокий вакуум. Эти понятия являются относительными и определяются соотношением между средней длиной свободного пути молекул и линейными размерами сосуда, в котором заключен газ.

Под средней длиной свободного пути молекул понимают среднее расстояние, которое проходит молекула между двумя соударениями при своем непрерывном хаотическом движении. Если средняя длина свободного пути молекул значительно меньше линейных размеров сосуда, такое состояние газа называется низким вакуумом, если средняя длина свободного пути молекул значительно превышает линейные размеры сосуда,- высоким вакуумом.

Разреженность газа в сосуде, при которой средняя длина свободного пути молекул сравнима с линейными размерами сосуда, называется средним вакуумом.

Очевидно, что чем больше молекул в единице объема, тем чаще происходят их взаимные соударения и тем меньший путь проходит молекула между двумя соударениями. Следовательно, средняя длина свободного пути молекул обратно пропорциональна давлению газа.

В зависимости от соотношения между средней длиной свободного пути и размерами сосуда изменяются многие свойства газа и явления, происходящие в газовой среде. Например, с повышением вакуума увеличивается скорость испарения веществ. Наибольшая скорость испарения вещества будет в высоком вакууме, когда испарившиеся молекулы не возвращаются на поверхность, с которой происходит испарение.

Удаление газа из замкнутого объема, связанное с уменьшением в нем молекулярной концентрации и давления газа, называется процессом откачки. Газ из сосудов удаляют специальными вакуумными насосами.

§ 40. Влажность материалов. Способы сушки

Окружающий нас атмосферный воздух всегда содержит некоторое количество водяного пара.

Если сравнительно сухой материал поместить во влажный воздух, материал будет увлажняться, погло-: Щая влагу из воздуха. Содержание влаги на единицу

массы материала со временем будет повышаться, пока не установится некоторое равновесное состояние влажности.

Наоборот, если в воздух той же относительной влажности поместить материал с высокой начальной влажностью, влажность материала будет уменьшаться, приближаясь также к равновесному состоянию влажности.

USp,%

го 15 /О

60 80 ср, %

Рис. 51. Зависимость равновесной влажности вУр от относительной влажности окружающего воздуха ф для различны};

материалов: / - дерево, 2 - кабельная и конденсаторная бумага. 3 - пористая керамика

Для разных материалов значения равновесной влажности при одном и том же значении относительной влажности воздуха могут быть различными (рис. 51). Большое влияние на влажность материала оказывает температура. С повышением температуры равновесная влажность понижается. Например, для конденсаторной бумаги плотностью 0,8-10 кг/м при относительной влажности воздуха 60% с повышением температуры от 20 до 40° С равновесная влажность понижается от 9,5 до 7,3%.

Равновесная влажность материала при нормальной температуре воздуха, относительная влажность которого равна примерно 98%, называется в л а го п о г л о щ а е-мостью материала, определяется отношением массы влаги в материале к массе абсолютно сухого материала Мс и выражается в процентах:

IS)--

Малой влагопоглощаемостью обладают неполярные материалы (стирофлекс, полипропилен, парафин и др.). Весьма заметной влагопоглощаемостью отличаются сильно полярные материалы, особенно содержащие в составе молекул гидроксильные группы ОН (целлюлоза).

На влагопоглощаемость помимо химической природы материала большое влияние оказывает его строение, т. е. наличие и размер капиллярных промежутков внутри материала, в которых накапливается влага.

Сильно пористые материалы (в частности, волокнистые) поглощают больше влаги, чем материалы плотного монолитного строения. К сильно пористым волокнистым материалам, широко применяемым в конденсаторостроении, относят конденсаторную и кабельную бумагу, злектрокартон и др., исходным сырьем для которых является древесная целлюлоза (клетчатка). Волокнистое строение этих материалов объясняет большое количество микрокапилляров в них радиусом г<10- см и макрокапилляров радиусом г>10- см.

Микрокапилляры образуются зазорами между отдельными молекулами клетчатки и между пучками таких молекул, называемых мицеллами. Макрокапилляры образуются зазорами между скоплениями мицелл, представляющих собой элементарные волокна, называемые фибриллами, и зазорами между волокнами, построенными из фибрилл.

Увлажнение волокнистых материалов на первой стадии происходит вследствие того, что молекулы воды адсорбируются (поглощаются) внутренними и внешними поверхностями мицелл. Эта влага удерживается молекулярным силовым полем и прочнее всего связана с материалом. Поглощение адсорбционной влаги связано с изменением физико-механических свойств материала (сокращением объема волокон, выделением большого количества тепла и уменьшением прочности материала) и происходит при относительной влажности воздуха до 80-90%.

Количество адсорбционно связанной влаги в материалах волокнистого строения по массе составляет 11 -15%. Например, для сульфатной целлюлозы при температуре 25° С оно равно 11-12%.

В результате прочной связи адсорбционной влаги с материалом изменяются-и физические свойства этой влаги. Адсорбционная влага имеет более низкую температу-

ру замерзания, большую плотность и значительно мень-( шую диэлектрическую проницаемость. Так, например, адсорбционно связанная влага торфа имеет плотность! 1,3-2,4, замерзает при температуре -70° С, диэлектри-ческая проницаемость ее 2,2 вместо 81 у обычной свобод-! ной воды. Электропроводность адсорбционной влаги практически равна нулю в отличие от электропроводности свободной воды.

Необходимо отметить, что не вся адсорбционно свя- занная влага имеет одинаковые свойства. Наиболее! прочно связан с материалом мономолекулярный слой! влаги (для конденсаторной бумаги он соответствует! влажности 2-3%)- Поэтому и свойства данного слоя вла- ги наиболее резко отличаются от свойств обычной воды.Г Последующие слои адсорбционной влаги удерживаются менее прочно, и свойства их постепенно приближаются к свойствам свободной воды. Поглощение адсорбционной влаги связано с выделением большого количества тепла.

На второй стадии увлажнения материал увлажняется в результате капиллярной конденсации паров при относительной влажности воздуха от 80 до 100%. Пар koh-j

-денсируется благодаря тому, что давление насыщенных! паров в капиллярах меньше давления насыщенных па-1 ров в окружающей среде. Давление насыщенных паров! в капиллярах тем меньше, чем меньше их радиус. Так,! например, при температуре 25° С в капилляре с радиу-1 сом 1,51 • 10- см давление насыщенных паров воды на1 50% ниже давления паров над плоской поверхностью, а в капилляре с радиусом 1 • 10" см - не отличается от давления насыщенных паров над плоской поверхностью. Поэтому пары воды конденсируются сначала в более узких капиллярах. При возрастании давления пара в окружающей среде влага конденсируется и в капиллярах! увеличенного радиуса, что и объясняет рост количества! воды, поглощаемой при повышении относительной влаж-[ ности воздуха. Дальнейшее увлажнение материала воз-J можно лишь в случае его непосредственного соприкосно-] вения с водой.

Процесс удаления влаги сопровождается нарушением! связи ее с материалом, на что затрачивается определен-

пая энергия.

При производстве силовых конденсаторов обычно! имеют дело с сушкой бумаги, влагосодержание которой]

; 144

8-10%, т. е. с удалением лишь адсорбционно связанной влаги.

Сушка материалов является теплофизическим процессом удаления поглощенной влаги, сопровождающимся изменением технологических свойств материала.

Сушку материалов используют для различных целей: улучшения структурно-механических и термических свойств (кирпича, древесины, изоляционных материалов), увеличения теплотворной способности топлива, консервирования и хранения пищевых продуктов, улучшения электрических свойств изоляционных материалов и т. д.

На практике применяют следующие способы удаления влаги из материалов: физико-химический, механический и тепловой.

Физико-химический способ основан на поглощении влаги такими веществами, как хлористый кальций, известь, серная кислота, силикагель и др., обладающие большой способностью поглощать влагу из окружающей среды.

В некоторых случаях этот способ применяют для уда--ления влаги из газов и жидкостей.

Механический способ основан на удалении влаги из очень влажных материалов путем прессовки, отжима, центрифугирования и применяется в текстильной, бумажной и других отраслях промышленности.

Тепловой способ основан на удалении влаги из материала конденсацией, выпариванием и испарением.

Сушку конденсацией используют преимущественно для сушки влажных газов, сопровождающейся их охлаждением. Газ пропускают через холодильник с температурой более низкой, чем точка росы влажного газа. Пары, охлаждаясь, конденсируются, в результате чего уменьшается влагосодержание газа.

Сушка выпариванием состоит в том, что влага в материале доводится до температуры кипения, соответствующей давлению окружающего воздуха. Помимо давле;-ния температура кипения зависит от характера соединения влаги с материалом. В капиллярно-пористых материалах жидкость начинает кипеть при более низкой температуре, чем жидкость в сосуде, при одинаковом барометрическом давлении. И чем меньше радиус капилляров, тем ниже температура кипения. В случае интенсивного нагрева жидкость в капиллярах приходит в состояние