第五章 陶瓷工艺学 干燥.ppt

* * 第五章 干 燥 干燥是陶瓷生产工艺中非常重要的工序之一，不但关系着陶瓷的产品质量及成品率，而且影响陶瓷企业的整体能耗。据统计，干燥过程中的能耗占燃料总消耗的15%，故干燥过程的节能是关系到企业节能的大事。 陶瓷工业的干燥经历了自然干燥、室式烘房干燥，到现在的各种热源的连续式干燥器、远红外干燥器、太阳能干燥器和微波干燥技术。 干燥速度快、节能、优质、无污染等是新世纪对干燥技术的基本要求。 第一节 干燥原理和干燥过程 一、坯体中水的结合形式 物理水：结合水与非结合水 分为 化学水：包括结构水和结晶水 干燥过程只涉及物理水 1. 非结合水（机械结合水） 存在于坯体的大毛细管内，与坯体结合松弛。坯体中非结合水的蒸发就像自由液面上水的蒸发一样，坏体表面水蒸气的分压力，等于其表面温度下的饱和水蒸汽分压力。坯体中非结合水排出时，物料的颗粒彼此靠拢，因此发生体积收缩，故非结合水又称为收缩水。 2. 物理化学结合水 存在于坯体微毛细管(直径小于0.1μｍ)内及胶体颗粒表面的水，与坯体结合比较牢固，结合水排出时，坯体表面水蒸汽的分压小于坯体表面温度下的饱和水蒸汽分压力。 平衡水：干燥过程中当坯体表面水蒸汽分压力等于周围干燥介质的水蒸汽分压力时，干燥过程即停止，水分不能继续排出，此时坯体中所含的水分即为平衡水，平衡水是结合水的一部分，它的多少取决于干燥介质的温度和相对湿度。 以对流干燥过程为例，坯体的干燥过程可以分为：传热过程、外扩散过程、内扩散过程，3个过程同时进行又相互联系。 传热过程：干燥介质的热量以对流方式传给坯体表面，又以传导方式从表面传向坯体内部的过程。坯体表面的水分得到热量而汽化，由液态变为气态。 外扩散过程：坯体表面产生的水蒸汽，通过层流底层，在浓度差的作用下，由坯体表面向干燥介质中移动。 内扩散过程：由于湿坯体表面水分蒸发，使其内部产生湿度梯度，促使水分由浓度高的内层向浓度较低的外层扩散，称湿传导或湿扩散。 二、干燥过程 在干燥条件稳定的情况下，假定干燥过程中坯体不发生化学反应，干燥介质恒温恒湿，则坯体表面温度、水分含量、干燥速率与时间有一定的关系，根据它们之间关系的变化特征，可以将干燥过程分为:加热阶段、等速干燥阶段、降速干燥阶段3个过程（见下图）。 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 坯体的表面温度 坯体含水量 干燥速度 时间 加热阶段：由于干燥介质在单位时间内传给坯体表面的热量大于表面水分蒸发所消耗的热量，因此受热表面温度逐渐升高，直至等于干燥介质的湿球温度，此时表面获得热与蒸发消耗热达到动态平衡，温度不变。此阶段坯体水分减少，干燥速率增加。 等速干燥阶段： 由于坏体含水分较高，表面蒸发了多少水量，内部就能补充多少水量，即坯体内部水分移动速度等于表面水分蒸发速度，所以表面维持潮湿状态。 介质传给坯体表面的热量等于水分汽化所需的热量，所以坯体表面温度不变，等于介质的湿球温度。 坯体表面的水蒸汽分压等于表面温度下饱和水蒸汽分压，干燥速率稳定，故称等速干燥阶段。 本阶段排出非结合水，故坯体产生体积收缩，收缩量与水分降低量成直线关系，若操作不当，干燥过快，坏体极易变形、开裂、造成干燥废品。 等速干燥阶段结束时，物料水分降低到临界值。 降速干燥阶段： 由于坯体含水量减少，内扩散速度赶不上外扩散速度，表面不再维持潮湿，干燥速率逐渐降低。由于表面水分蒸发所需热量减少，物料温度开始逐渐升高。物料表面水蒸汽分压小于表面温度下饱和水蒸汽分压。 此阶段是排出结合水，坏体不产生体积收缩，不会产生干燥废品。 当物料水分下降等于平衡水分时，干燥速率变为零，干燥过程终止。此时物料表面温度等于介质的干球温度，表面水蒸汽分压等于介质的水蒸汽分压。 降速干燥阶段的干燥速度，取决于内扩散速率，故又称内扩散控制阶段，此时物料的结构、形状、尺寸等因素影响着干燥速率。 三、影响干燥速度的因素 影响干燥速率的因素有：传热速率、外扩散速率、内扩散速率。 （一）加快传热速率 提高干燥介质温度，如提高干燥窑中的热气体温度，增加热风炉等，但不能使坯体表面温度升高太快，避免开裂； 增加传热面积；如改单面干燥为双面干燥，分层码坯或减少码坯层数，增加与热气体接触面； 提高对流传热系数。 （二）影响内扩散的因素 水分的内扩散速率是由湿扩散和热扩散共同作用的。 1. 热湿传导（热扩散）：由于温度差而引起的水分传导，