1、1,第五章 干燥与脱水 第一节 概 述,原料半成品含有高于工艺要求的水分，需要脱去部分水分 满足生产工艺的要求。,（1）提高粉磨效率； （2）满足成型需要； （3）防止产品开裂或变形。,2,脱水：(1)水和物料密度差别：重力脱水； (2)机械脱水；(3)加热水分蒸发干燥：也称为烘干,用加热的方法除去物料中部分物理水分的过程。,3,干燥分为：自然干燥和人工干燥（机械干燥）。自然干燥特点：不消耗动力和燃料，操作简便，但是干燥速度慢，产量低，劳动强度高，受气候条件的影响大，不适合于工业规模的生产 。人工干燥特点：干燥速度快，产量大，不受气候条件的限制，便于实现自动化，适合于工业规模的生产。,4,人工
2、干燥的加热方式：（1）外热源法；（2）内热源法。外热源法：是指在物料的外部对物料表面加热使物料受热，蒸发水分，而得以干燥。外热源法的加热方式：（a）对流加热;（b）辐射加热;（c）对流-辐射加热。,5,内热源法：是将湿物料放在高频交变的电磁场中或微波场中，使物料本身的分子产生剧烈的热运动发热或使交变电流通过物料而产生热量，物料中水分蒸发，得以干燥。最为广泛的还是外热源法中的对流加热，加热物料的介质为干燥介质，干燥介质通常是热空气或热烟气。,6,浆体的脱水：重力、机械脱水和喷雾干燥的方法；普通粉状物料的干燥：通常采用回转式、流态化式、悬浮式等类型的烘干设备；坯体的干燥：通常采用烘房、隧道式、链式
3、、转盘式、推板式等烘干设备。,7,重力脱水,8,9,机械脱水,10,干燥,11,12,13,14,15,16,17,18,第二节 干燥的物理过程,一、物料中水分分类根据水和物料结合程度的强弱，分三类： （一）化学结合水以结晶水的形态存在于物料的矿物分子中，如高岭土(Al2O32SiO22H2O）中的结晶水。结合最为牢固，干燥工艺中一般不予考虑。,19,（二）物理化学结合水吸附水（通过物料表面吸附形成的水膜以及水与物料颗粒形成的多分子和单分子吸附层水膜）、渗透水（依靠物料组织壁内外间的水分浓度差渗透形成的水）、微孔水（半径小于10-8m）、毛细管水（半径介于10-810-6m）以及结构水（存在于
4、物料组织内部的水分，如胶体中水或层间水）。吸附水与物料的结合为最强。,20,在物理化学结合水的排除阶段，物料基本上不产生收缩，用较高的干燥速度也不会使制品产生变形或开裂。 物理化学结合水又称为大气吸附水，与物料的结合较化学结合水要弱，可以部分排除。,21,（三）机械结合水润湿水、大孔隙水及粗毛细管水（半径大于10-5m）。与物料的结合最弱，干燥过程中被排除。也称为自由水。注意收缩。,22,按干燥过程中水分排除的限度来分：可以将物料中的水分为平衡水分和可排除水分。 平衡水分: 湿物料在干燥过程中其表面水蒸气分压与干燥介质中水蒸气分压达到动态平稳时，物料中的水分就不会继续减少，此时物料中的水分就称
5、为平衡水分；可排除水分: 高于平衡水分的水分称为可排除水分。温度越高，湿度越低，物料中的平衡水分越低。,23,二、物料干燥过程包括三个过程：加热；表面水蒸汽分压大于介质中分压；外扩散：物料表面的水分就要向干燥介质中扩散（蒸发）的过程；干燥过程进行内部和表面水分平衡破坏内部水分浓度大于表面；内扩散：物料内部的水分就要向物料表面迁移的过程。,24,假定干燥介质条件在干燥过程中保持不变，干燥过程可以分为四个阶段：,25,三、干燥速率的影响因素 （一）外扩散速率干燥介质及生坯表面的蒸气分压、干燥介质及生坯表面的温度，干燥介质的流速和方向，生坯表面粘滞气膜的厚度、热量的供给方式、干燥方法。,26,1、干
6、燥介质的温度干燥介质的温度t，物料与介质的温度差t，传热速度，传热量Q，干燥速度v 2、干燥介质的湿度介质的相对湿度，水分汽化速度，干燥速度w。 3、干燥介质的流速介质的流速w，q对流，干燥速度v；流体与物料表面的层流底层厚度层，对传热、传质都有利。,27,4、干燥介质与物料的接触面干燥介质与物料的接触面F，干燥速度v。增加接触面的方法：将固体物料破碎使物料悬浮在干燥介质中干燥在回转烘干机内增加扬料板 5、物料的性质、结构物料的性质、结构不同，它的化学组成与水的结合方式不同，有的物料以非结合水为主，有的物料以结合水为主。物料中结合水，干燥时间，干燥速度。,28,6、物料的水分量物料的初水分、终
7、水分、临界水分决定着等速阶段、降速阶段的长短，影响干燥时间，即影响干燥速度。 7、干燥机的构造合理的尺寸、结构型式，良好的密封和操作情况，以及适当地提高回转烘干机的转速，将有利于提高干燥速度速度，缩短干燥时间。,29,（二）内扩散速率内因：含水率、生坯的组成与结构等；外因：生坯温度；内扩散：湿扩散、热扩散。,30,湿扩散是指在水分浓度差的作用下，水分从物料内浓度高的的地方向浓度低的地方的迁移过程。湿扩散速率与物料制品的厚度有关，因此减薄制品的厚度可以提高干燥速率。 热扩散是指在温度差的作用下，水分从物料内温度高的地方向温度低的地方的迁移过程。用内部加热方式，物料内部温度高于表面温度，热扩散成为
8、干燥的动力。应尽可能采用内部加热方式或其它使热扩散能够成为干燥动力的加热方式。,31,四、制品在干燥过程中的收缩与变形自由水排除阶段，水分的排除，颗粒相互靠拢，产生收缩使制品产生变形。自由水排除完毕，进入降速干燥阶段时，收缩即停止。对于薄壁制品，内部水分浓度梯度不大，实验表明，其线收缩系数与干燥条件无关。厚壁制品、内部水分不均匀、制品各向厚簿不均，收缩不一致，进而造成收缩应力的不均匀。,32,五、干燥方法、对流（辐射）、电干燥、微波干燥、红外干燥,是利用热气（烟气或热空气）的对流传热作用，将热传给坯体，使坯体内的水分蒸发而干燥的方法。,对流（辐射）,33,34,对流干燥，设备简单，热源易于获得
9、，温度和流速易于控制调节，但总的来说，热扩散方向与湿扩散方向相反，不利于干燥速度提高。,35,工频电干燥,加在生坯端面电极上的工频交变电压，在坯内产生电流而发热，属于内热式干燥。含水率高的部位电阻小、通过的电流大，产生的热量也大。电热干燥效率较高，如电瓷生坯一般10-15天阴干，电热干燥仅要4小时；含水率13的泥浆注浆成型的玻璃池窑大砖(单重300kg以上)，脱模后若要把水分降到6，采取自然阴干需几十天，采用电干约需15天。,特点：,（1）能实现均匀干燥,（2）热扩散、湿扩散方向一致，干燥速度快，单位热耗小。,36,微波干燥,是以微波辐射使生坯内极性强的分子，主要是水分子运动随交变电场的变化而
10、加剧，发生摩擦而转化为热能使生坯干燥的方法。,坯体单位时间、单位体积内产生的热量与频率、电场强度及坯体的介质损耗有关。,37,2. 主要特点：,（1）均匀快速。热、湿传导方向一致,（2）具有选择性,（3）热效率高,（4）干燥设备体小、轻巧，便于自控,（5）具有微波辐射，需进行特殊防护。,（6）设备费用高，耗电量大。,38,近红外与远红外干燥,1. 原理,是利用红外辐射元件发出的红外线为被加热物体所吸收，直接转变为热能而达到加热干燥的方法。,水是红外敏感物质，在红外线的作用下水分子的键长和键角振动，偶极矩反复改变，吸收的能量与偶极矩变化的平方成正比，干燥过程主要是由水分子大量吸收辐射能，因此效率
11、很高。,39,2、红外干燥的优点,（1）干燥速度快，生产效率高,辐射与干燥几乎同时开始，无明显的预热阶段。,实际的例子很多，如：原用80热风干燥要2 h时的生坯，改用远红外干燥，生坯温度约80，仅需10 min。又如卫生器生坯在通风的厂房里要干燥18天，改用近红外干燥仅用1天，再改用远红外干燥，时间和能量消耗又都减少1/2左右。,40,（2）节约能源消耗,（3）设备规模小，建设费用低,（4）干燥质量好,红外线具有一定的穿透能力，表面、内部同时吸收能量，热扩散、湿扩散方向一致，加热均匀。,41,综合干燥,生产中根据生坯不同干燥阶段特点，将几种方法综合起来以达到快速干燥的目的的方法。,例如大型注浆
12、坯先在原地用电热干燥，达到降速阶段移入干燥器，施釉之后再用红外辐射干燥，并准备烧成。,42,又如英国带式快速干燥器也属于联合干燥器的类型。生坯用带式运输、红外与热风交替干燥。当用红外线辐射生坯时显著提高水分温度，加速内扩散；然后移动位置改用热风喷吹，加速外扩散。当生坯湿度梯度偏大时又转入下一次红外辐射，达到临界水分全以热风喷吹，也不会产生缺陷了。,43,44,作业与思考,一、基本概念干燥；外热源法、内热源法；外扩散、内扩散；湿扩散、热扩散；对流干燥、红外干燥、微波干燥、电干燥。二、思考题1、物料中有哪些水份，各有什么性质？2、简述干燥过程并结合干燥曲线说明干燥过程的各个阶段坯体发生了那些变化？,45,3、影响干燥速度的因素有哪些？ 4、简述坯体干燥的主要方法，并说明原理及其特点？,
