無機非金屬材料學(xué)：第十一章 干燥

干燥定義使含水物料（如濕坯、原料、泥漿等）中的液體水汽化而排除的過程，稱為干燥。完成干燥過程的機械設(shè)備，稱干燥器。一般：人們把采用熱物理方法去濕的過程稱為“干燥”，其特征是采用加熱、降溫、減壓或其它能量傳遞的方式使物料中的濕分產(chǎn)生揮發(fā)、冷凝、升華等相變過程與物體分離以達到去濕目的。第十一章干燥為什么要干燥？對于陶瓷坯體而言，干燥的主要目的在于：提高生坯強度，便于后續(xù)工藝的進行；提高釉漿的吸附能力；使坯體具有較小的入窯水分，提高燒成速度，減少能耗；→提高產(chǎn)品的質(zhì)量自由水（機械水游離水）：分布在顆粒之間和毛細管中，結(jié)合松馳，較易排除。物理化學(xué)結(jié)合水（吸附水）：附著于顆粒表面，其數(shù)量與環(huán)境溫度和濕度相關(guān)，并有一定的平衡關(guān)系，即隨周圍介質(zhì)條件可逆性地變化?；瘜W(xué)結(jié)合水：包含在礦物的分子結(jié)構(gòu)中，結(jié)合牢固，排除時需要較大能量?！?1.1干燥機理11.1.1物料中水分類型傳質(zhì)傳熱過程

干燥過程既是傳熱過程，又是傳質(zhì)過程。傳熱過程：通過物料表面將熱傳給物料，再以傳導(dǎo)的方式向內(nèi)部傳送，物料表面水分獲得熱量后汽化。傳質(zhì)過程：物料表面的水蒸氣向干燥介質(zhì)中移動的氣相傳質(zhì)（外擴散過程）；內(nèi)部水向表面擴散的內(nèi)部傳質(zhì)（內(nèi)擴散過程）。干燥方法與應(yīng)用人工干燥方式的熱源類型：外熱源法：在物料的外部對物料表面加熱，使物料受熱，水分蒸發(fā)，而得以干燥。內(nèi)熱源法：將濕物料放在高頻交變的電磁場中或微波場中，使物料本身的分子產(chǎn)生劇烈的熱運動而發(fā)熱，或使交變電流通過物料而產(chǎn)生熱量，物料中水分蒸發(fā)，物料本身得以干燥。11.1.2干燥過程加熱階段等速干燥階段降速干燥階段平衡階段最終含水率的影響因素最終含水率與周圍介質(zhì)的溫度、相對濕度和坯料組成有關(guān)。最終含水率過高，則坯體強度不夠，降低窯爐效率，過低則在干燥后坯體會在大氣中吸濕，或在施釉過程中急劇吸水，造成坯體表面膨脹，是施釉后開裂的主要原因之一。坯料的性質(zhì)坯體形狀、大小和厚度坯體溫度干燥介質(zhì)的性質(zhì)熱擴散與濕擴散的方向外擴散速率：這常決定于干燥介質(zhì)的溫度、濕度和流態(tài)（流速的大小和方向）以及物料的性質(zhì)。干燥介質(zhì)的溫度越高（相對濕度就越小），流速越快（邊界層應(yīng)越薄），外擴散速度越大。內(nèi)擴散速率：濕擴散（由濃差決定）與熱擴散（由溫差控制）。11.1.3影響干燥速度的因素影響內(nèi)擴散速率的因素干燥方法：若水分梯度與溫度梯度和熱擴散方向相同，水分移動速度將是濕擴散速度加上熱擴散速度。坯料性質(zhì)：瘠性料越多，顆粒越粗，毛細管也愈大，水分的擴散速度也愈大。坯體溫度：坯體溫度高，水的粘度小。坯體表面的致密度：外擴散過快時，往往造成表面收縮過大，使坯體表面致密，增加了濕擴散的阻力，降低了干燥速度。影響外擴散速率的因素氣體介質(zhì)及坯體表面的蒸汽分壓；氣體介質(zhì)及坯體表面粘滯氣膜的厚度、能量的供給方式等；通常以增加氣體介質(zhì)的流速，改變氣體介質(zhì)的流動方向和坯體表面的角度，降低周圍環(huán)境介質(zhì)的分壓，增加能量的輸入來提高外擴散速度?！?1.2干燥方法外熱源法：對流干燥遠紅外干燥對流-遠紅外干燥內(nèi)熱源法工頻電干燥微波干燥§11.3干燥缺陷及原因分析

干燥過程中坯體的收縮與開裂干燥速度的增加應(yīng)以保證坯體不變形、不開裂為前提。坯體在干燥過程中，隨著自由水的排出，被水膜隔離開的顆粒逐慚相互靠近，坯體不斷產(chǎn)生收縮，當(dāng)坯體中顆粒之間直接接觸，產(chǎn)生摩擦，且顆粒之間的摩擦力大于毛細管中水的表面張力時，收縮就停止了。干燥過程中坯體的收縮與開裂若坯體干燥過快或不均勻，內(nèi)外層或各部位由于收縮不一致而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力－－收縮應(yīng)力；當(dāng)收縮應(yīng)力超過塑性狀態(tài)坯體的屈服值時，坯體發(fā)生變形；當(dāng)收縮應(yīng)力超過塑性狀態(tài)坯體的破裂點或超過彈性狀態(tài)坯體的強度值時，坯體就會開裂。干燥過程中坯體的收縮與開裂為了防止變形或開裂，既要調(diào)整坯料，降低收縮率，更要特別注意坯體在收縮階段（等速干燥階段）的干燥制度。干燥過程中坯體的收縮與開裂除了干燥速度外，引起不一致收縮的原因：坯體不同部位，由于厚薄不勻，受熱先后不同等因素，水分排出的速度不同；干燥前坯體的水分分布不均勻或含水量太大；成型中顆粒的定向排列，或坯料混合不均勻造成粘性物質(zhì)分布不均勻，顆粒分布不均勻；坯件與托板接觸部位，坯體收縮受到托板的機械抑制作用；干燥過程中坯體的收縮與開裂坯體形式設(shè)計不合理，在厚薄變換處，孔洞部位，形狀改變部位，凹凸不平部位等產(chǎn)生應(yīng)力集中；成型、修坯過程中各部位受力不均勻，存在密度差或殘留應(yīng)力；陽離子的種類影響收縮率的大小。因此，在選擇干燥方法和制訂干燥制度時，須根據(jù)坯料特性、成型工藝、制品大小、形狀厚度、干燥設(shè)備等因素，給予綜合考慮。11.3.1干燥缺陷產(chǎn)生原因原料制備方面塑性粘土用量太多或太少；原料顆粒大小相差過大；坯體含水量過多或分布不均勻。2.成型方面成型時坯體各部位緊密程度不同；成型時產(chǎn)生的應(yīng)力未能消除；石膏模構(gòu)造有缺點，模型過干或各部位干濕程度不一致。3.干燥方面干燥速度過快，坯體表面收縮過大干燥時受熱不均勻。11.3.2解決措施P140干燥器

轉(zhuǎn)筒干燥器氣流干燥器噴霧干燥器流化干燥器盤架式干燥器

圖4

Filtermat噴霧干燥器圖3真空滾筒干燥機

(1)單滾筒式(2)雙滾筒式

1-滾筒2-加料口3-通冷凝真空系統(tǒng)

4-卸料閥5-貯料槽圖2真空帶式干燥機

1-原料罐2-輸送泵3-干燥器4-排氣裝置

5-冷凝器6-油環(huán)泵7-水環(huán)泵8-蒸氣噴射泵

9-成品罐10-自動排出裝置圖1雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機

1-真空管2-真空端軸3-軸承4-夾套

5-