一文了解干燥的機理及過程

　　用加熱蒸發的方法除去物料中部分水分的過程稱為干燥。干燥的作用可歸納為制取符合水分要求的粉料，使生坯具有一定的強度便于運輸和加工，提高坯體吸附釉層的能力，提高燒成窯的效率，縮短燒成周期。因此干燥是陶瓷生產的重要工序。

1、干燥機理

　　干燥是脫水的過程，是一個消耗時間和能量的過程。研究干燥過程的目的，主要是為提高干燥速度，降低能量消耗。顯然，它們都必須建立在保證干燥質量的前提下。

　　物料中水分類型按坯體含水的結合特性，基本上可分為三類：自由水、吸附水和化學結合水。

　　自由水：又叫機械結合水，分布在固體顆粒之間，是由物料直接與水接觸而吸收的水分。自由水一般存在于物料直徑>10-5cm的大毛細管中，與物料結合松弛，較易排除。自由水排除時，物料顆粒彼此靠攏，體積收縮，收縮值與自由水排出體積大致相等，故自由水也稱收縮水。

　　吸附水：將絕對干燥的物料置于大氣中時，能從大氣中吸附一定的水分，這種吸附在粒子表面上的水分叫吸附水。吸附水在物料顆粒周圍受到分子引力的作用，其性質不同于普通水，其結合的牢固程度隨分子力場的作用減弱而降低。在干燥過程中，物料表面的水蒸氣分壓逐漸下降到周圍介質的水氣汽分壓時，水分不能繼續排除，此時物料中所含水分也稱平衡水。

　　化學結合水：包含在物料的分子結構內的水分，如結晶水、結構水等。這種結合比較牢固，排除時需較大的能量。

　　綜上所述，干燥過程是排除物料水分的過程，其實質是排除自由水。平衡水的排除是沒有實際意義的，而化學結合水的排除屬于燒成范圍內的問題。干燥時，首先排除自由水，一直排除到平衡水為止。

2、干燥過程

　　在干燥過程中，坯體表面的水分以蒸汽形式從表面擴散到周圍介質中去，稱為表面蒸發或外擴散；當表面水分蒸發后，坯體內部和表面形成濕度梯度，使坯體內部水分沿著毛細管遷移至表面，稱為內擴散。內、外擴散是傳質過程，需要吸收能量。坯體在干燥過程中變化的主要特征是隨干燥時間的延長，坯體溫度升高，含水率降低，體積收縮；氣孔率提高，強度增加。這些變化都與含水率降低相聯系。因此，通常用干燥曲線來表征。

（1）升速階段

　　坯體受熱后溫度升高。當坯體表面溫度達到干燥介質濕球溫度時，坯體吸收熱量與蒸發耗熱達到平衡，此階段含水量下降不多，達到A點后進入等速干燥階段。

（2）等速干燥階段

　　在此階段中坯體含水量較高，內擴散水分能滿足外擴散水分的需要，坯體表面保持濕潤。外界傳給表面的熱量等于水分氣化所需之熱量，故表面溫度不變，等于介質濕球溫度。物料表面水氣分壓等于純水表面蒸氣壓，干燥速度恒定。當干燥進行到K點時，坯體內擴散速度小于外擴散速度，此時開始降速干燥階段，K點稱臨界水分點。

　　此階段是排除自由水，故坯體產生體積收縮。若干燥速度過快，表面蒸發劇烈，外層很快收縮，甚至過早結成硬皮，使毛細管直徑縮小，妨礙內部水分向外移動，增大了內外濕度差，使內層受壓應力而外層受張應力，導致坯體出現裂紋或變形。因此本階段對干燥速度應慎重控制。

（3）降速干燥階段

　　此時干燥速度逐漸降低，蒸發強度和熱能消耗大大減少，當其它條件不變時，坯體表面溫度逐漸升高，坯體上空的水蒸氣分壓小于同溫度下的水的飽和蒸氣壓。坯體略有收縮，水分排除，形成氣孔，使坯體氣孔率上升。

（4）平衡階段

　　當坯體干燥到表面水分達到平衡水分時，干燥速度降為零。此時坯體與周圍介質達到平衡狀態。平衡水分的多少與周圍介質的溫度、相對濕度和坯料組成有關。坯體的干燥最終水分一般說來不應低于貯存時的平衡水分，否則干燥后將再吸收水分達到平衡水分。

3、影響干燥速度的因素

　　在生產中，為提高干燥效率應加快干燥速度，但干燥速度的提高受干燥設備和干燥條件的限制，而這一切又必須在保證干燥質量的前提下進行。因此影響干燥速度的困素有以下幾個方面：

（1）坯料的性質

　　粘土的可塑性越強，加入量越多，顆粒越細，干燥速度就越難提高；瘠性物料越多，顆粒越粗，越有利于提高干燥速度。

（2）坯體形狀、大小和厚度

　　形狀復雜，體大壁厚的坯體在干燥時易產生收縮應力，故其干燥速度應加以控制，不宜太快。

（3）坯體溫度

　　坯體溫度高，水的粘度小，有利于水分向表面移動。

（4）干燥介質的性質

　　干燥介質溫度越高，濕度越小，則吸收水分的能力越大。增大干燥介質流速，減小邊界層的厚度，增大對流傳質系數，則可加快干燥速度。

（5）使熱擴散與濕擴散的方向一致

　　坯體中水分的內擴散包括濕擴散和熱擴散。濕擴散是坯體內部由于存在濕度梯度引起的水分移動，其方向由坯體內部指向坯體外部；熱擴散是坯體內部由于存在溫度梯度而使水分移動，其方向由坯體表面指向坯體中心。當溫度梯度與濕度梯度方向一致時會顯著加快內擴散速度。如采用電熱干燥、微波干燥、遠紅外干燥，可使坯體內外的水分同時受熱，因而可加快內擴散過程，有助于提高干燥速度。

4、合理選擇干燥器

　　化工生產中需干燥的物料種類繁多，對產品質量的要求各不相同，因此，選擇合適的干燥器非常重要。若選擇不當，將導致熱量利用率低，動力消耗高，浪費能源，甚至所生產的產品質量不達要求。對干燥器的選擇，應該考慮以下幾方面的問題。

      （1）干燥器要能滿足生產的工藝要求。工藝要求主要是指：達到規定的干燥程度，干燥均勻，保證產品具有一定的形狀和大小等。由于不同物料的物理、化學性質(如黏附性、熱敏性等)、外觀形狀以及含水量等差異很大，對于干燥設備的要求也就各不相同。所以干燥器必須根據物料的不同特征來選定。

      （2）生產能力要適度。干燥器的生產能力取決于物料達到規定干燥程度所需的時間，干燥速率越快，所需干燥時間就越短，設備的生產能力就越大。一般來說，間歇式干燥器的生產能力小，連續操作的干燥器生產能力大。因此，物料的處理量小時，宜采用間歇式干燥器，物料的處理量大時，應采用連續操作的干燥器。

     （3）熱效率要高。干燥器的熱效率是干燥設備的主要經濟指標。不同類型的干燥器，其熱效率也不同。選擇干燥器時，在滿足干燥基本要求的條件下，應盡量選擇熱能利用率高的干燥器。

     （4）干燥系統的流動阻力要小，以降低動力消耗。

     （5）附屬設備要簡單，操作控制方便，勞動強度低。