第五章坯體干燥課件

第五章生坯的干燥定義：目的：

1.提高生坯強(qiáng)度，便于修坯、搬運(yùn)、施釉、燒成等后序加工；2.提高吸釉能力；3.縮短燒成周期，降低能耗第五章生坯的干燥定義：1一、坯體中水分類型和干燥關(guān)系按生坯與水結(jié)合形式：化學(xué)結(jié)合水、吸附水、自由水；

1.化學(xué)結(jié)合水

原料礦物分子結(jié)構(gòu)內(nèi)的水分，如結(jié)晶水、結(jié)構(gòu)水等。如高嶺土(Al2O3·2SiO2·2H2O）中的結(jié)晶水。結(jié)合最為牢固，干燥工藝中一般不予考慮。第一節(jié)干燥原理一、坯體中水分類型和干燥關(guān)系第一節(jié)干燥原理22.大氣吸附水又稱為物理化學(xué)結(jié)合水吸附水（通過(guò)物料表面吸附形成的水膜以及水與物料顆粒形成的多分子和單分子吸附層水膜）、滲透水（依靠物料組織壁內(nèi)外間的水分濃度差滲透形成的水）、微孔水（半徑小于10-8m）、毛細(xì)管水（半徑介于10-8～10-6m）以及結(jié)構(gòu)水（存在于物料組織內(nèi)部的水分，如膠體中水或?qū)娱g水）。吸附水與物料的結(jié)合為最強(qiáng)。

受組成和環(huán)境（溫度、濕度）影響，干燥時(shí)較難除去。

2.大氣吸附水33.自由水

潤(rùn)濕水、大孔隙水及粗毛細(xì)管水（半徑大于10-5m）。與物料的結(jié)合最弱，干燥過(guò)程中被排除存在吸附水層之外，顆粒之間，是成型所需的外加水分，干燥最易排除。由于干燥中生坯體積的收縮量大約等于排除的自由水體積，固又稱收縮水。注意收縮。按干燥過(guò)程中水分排除的限度來(lái)分，可以將物料中的水分為平衡水分和可排除水分。3.自由水4

平衡水分:濕物料在干燥過(guò)程中其表面水蒸氣分壓與干燥介質(zhì)中水蒸氣分壓達(dá)到動(dòng)態(tài)平穩(wěn)時(shí)，物料中的水分就不會(huì)繼續(xù)減少，此時(shí)物料中的水分就稱為平衡水分，

可排除水分:高于平衡水分的水分稱為可排除水分。溫度越高，濕度越低，物料中的平衡水分越低。平衡水分:濕物料在干燥過(guò)程中其表面水蒸氣分壓與干燥5自由水與大氣吸附水平衡圖自由水與大氣吸附水平衡圖6二、干燥過(guò)程既是傳熱過(guò)程，也是傳質(zhì)過(guò)程，由此可歸為三個(gè)過(guò)程：1）傳熱過(guò)程--水獲得熱量而汽化；2）外擴(kuò)散過(guò)程--蒸發(fā)水分由生坯表面擴(kuò)散到外界去；3）內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程--水分自生坯內(nèi)部向表面擴(kuò)散；

三過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，既與干燥條件有關(guān)，也與生坯結(jié)構(gòu)、特性有關(guān)；二、干燥過(guò)程7

干燥過(guò)程可以分為四個(gè)階段：（1）加熱階段；（2）等速干燥階段；（3）降速干燥階段。

（4）平衡階段干燥過(guò)程可以分為四個(gè)階段：8第五章坯體干燥課件9（一）加熱階段在干燥的初期階段，干燥介質(zhì)傳給物料的熱量大于物料中水分蒸發(fā)所需熱量，物料溫度升高，水分蒸發(fā)量升高，達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡。

（二）等速干燥階段在等速干燥階段，干燥介質(zhì)傳給物料的熱量等于物料中水分蒸發(fā)所需熱量，所以物料溫度保持不變。內(nèi)擴(kuò)散速率大于外擴(kuò)散速率，又稱為外擴(kuò)散控制階段。

特點(diǎn)：內(nèi)擴(kuò)散控制階段；自由水大量排除，坯體收縮量近似等于排除自由水體積，如操作不當(dāng)，坯體易變形開(kāi)裂。（一）加熱階段10（三）降速干燥階段內(nèi)擴(kuò)散速率小于外擴(kuò)散速率，物料表面不再保持濕潤(rùn)，稱為內(nèi)擴(kuò)散控制階段。當(dāng)物料的水分達(dá)到平衡水分時(shí)，干燥速率降到零，這時(shí)干燥過(guò)程終止。

特點(diǎn)：內(nèi)擴(kuò)散控制階段；排除的是大氣吸附水，坯體體積不收縮，不會(huì)造成廢品。（四）平衡階段（三）降速干燥階段11第五章坯體干燥課件12第二節(jié)干燥制度的確定干燥制度：根據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量要求確定干燥方法及干燥過(guò)程中各階段應(yīng)選用的干燥參數(shù)干燥參數(shù)：干燥速度、干燥介質(zhì)種類、濕度、溫度、流量、流速等原則：最短的時(shí)間內(nèi)獲得無(wú)干燥缺陷生坯第二節(jié)干燥制度的確定干燥制度：13一、干燥速度指單位時(shí)間內(nèi)，單位面積上水分的排出量。一、干燥速度14影響因素：（一）外擴(kuò)散速度干燥介質(zhì)及生坯表面的蒸氣分壓、干燥介質(zhì)及生坯表面的溫度，干燥介質(zhì)的流速和方向，生坯表面粘滯氣膜的厚度、熱量的供給方式、干燥方法影響因素：151、干燥介質(zhì)的溫度干燥介質(zhì)的溫度t↑，物料與介質(zhì)的溫度差△t↑，傳熱速度↑，傳熱量Q↑，干燥速度v↑2、干燥介質(zhì)的濕度介質(zhì)的相對(duì)濕度Ψ↓，水分汽化速度↑，干燥速度w↑。3、干燥介質(zhì)的流速介質(zhì)的流速w↑，q對(duì)流↑，干燥速度v↑；流體與物料表面的層流底層厚度δ層↓，對(duì)傳熱、傳質(zhì)都有利。w↑↑，物料飛揚(yáng)損失↑，介質(zhì)熱利用率↓，流體阻力↑，能耗↑。一般出口風(fēng)速：1.5～3.0m/s。1、干燥介質(zhì)的溫度164、干燥介質(zhì)與物料的接觸面干燥介質(zhì)與物料的接觸面F↑，干燥速度v↑。增加接觸面的方法：①將固體物料破碎②使物料懸浮在干燥介質(zhì)中干燥③在回轉(zhuǎn)烘干機(jī)內(nèi)增加揚(yáng)料板5、物料的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)物料的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)不同，它的化學(xué)組成與水的結(jié)合方式不同，有的物料以非結(jié)合水為主，有的物料以結(jié)合水為主。物料中結(jié)合水↑，干燥時(shí)間↑，干燥速度↓。4、干燥介質(zhì)與物料的接觸面176、物料的水分量物料的初水分、終水分、臨界水分決定著等速階段、降速階段的長(zhǎng)短，影響干燥時(shí)間，即影響干燥速度。7、干燥機(jī)的構(gòu)造合理的尺寸、結(jié)構(gòu)型式，良好的密封和操作情況，以及適當(dāng)?shù)靥岣呋剞D(zhuǎn)烘干機(jī)的轉(zhuǎn)速，將有利于提高干燥速度速度，縮短干燥時(shí)間。6、物料的水分量18（二）內(nèi)擴(kuò)散速率內(nèi)因：含水率、生坯的組成與結(jié)構(gòu)等。外因：生坯溫度內(nèi)擴(kuò)散：濕擴(kuò)散、熱擴(kuò)散。

濕擴(kuò)散是指在水分濃度差的作用下，水分從物料內(nèi)濃度高的的地方向濃度低的地方的遷移過(guò)程。濕擴(kuò)散速率與物料制品的厚度有關(guān)，因此減薄制品的厚度可以提高干燥速率。

熱擴(kuò)散是指在溫度差的作用下，水分從物料內(nèi)溫度高的地方向溫度低的地方的遷移過(guò)程。用內(nèi)部加熱方式，物料內(nèi)部溫度高于表面溫度，熱擴(kuò)散成為干燥的動(dòng)力。應(yīng)盡可能采用內(nèi)部加熱方式或其它使熱擴(kuò)散能夠成為干燥動(dòng)力的加熱方式。（二）內(nèi)擴(kuò)散速率19第三節(jié)干燥方法分為：自然干燥和人工干燥（機(jī)械干燥）。

自然干燥特點(diǎn)：不消耗動(dòng)力和燃料，操作簡(jiǎn)便，但是干燥速度慢，產(chǎn)量低，勞動(dòng)強(qiáng)度高，受氣候條件的影響大，不適合于工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)。

人工干燥特點(diǎn)：干燥速度快，產(chǎn)量大，不受氣候條件的限制，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，適合于工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)。第三節(jié)干燥方法20

人工干燥的加熱方式：（1）外熱源法；（2）內(nèi)熱源法。

外熱源法：是指在物料的外部對(duì)物料表面加熱使物料受熱，蒸發(fā)水分，而得以干燥。外熱源法的加熱方式：（a）對(duì)流加熱;（b）輻射加熱;（c）對(duì)流-輻射加熱。人工干燥的加熱方式：21

內(nèi)熱源法：是將濕物料放在高頻交變的電磁場(chǎng)中或微波場(chǎng)中，使物料本身的分子產(chǎn)生劇烈的熱運(yùn)動(dòng)發(fā)熱或使交變電流通過(guò)物料而產(chǎn)生熱量，物料中水分蒸發(fā)，得以干燥。微波干燥紅外干燥電干燥最為廣泛的還是外熱源法中的對(duì)流加熱，加熱物料的介質(zhì)為干燥介質(zhì)，干燥介質(zhì)通常是熱空氣或熱煙氣。

內(nèi)熱源法：是將濕物料放在高頻交變的電磁場(chǎng)中或微波場(chǎng)中221.對(duì)流干燥原理：熱空氣或熱煙氣，對(duì)流傳熱特點(diǎn)：熱擴(kuò)散方向與濕度擴(kuò)散方向相反設(shè)備：室式、隧道式、立式、鏈?zhǔn)健⑤伒朗礁稍餀C(jī)優(yōu)缺點(diǎn)：簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、應(yīng)用廣、速度慢、周期長(zhǎng)1.對(duì)流干燥23第五章坯體干燥課件24第五章坯體干燥課件25第五章坯體干燥課件26對(duì)流干燥，設(shè)備簡(jiǎn)單，熱源易于獲得，溫度和流速易于控制調(diào)節(jié)，但總的來(lái)說(shuō)，熱擴(kuò)散方向與濕擴(kuò)散方向相反，不利于干燥速度提高。對(duì)流干燥，設(shè)備簡(jiǎn)單，熱源易于獲得，溫度和流速易于控制272.工頻干燥加在生坯端面電極上的工頻交變電壓，在坯內(nèi)產(chǎn)生電流而發(fā)熱，屬于內(nèi)熱式干燥。含水率高的部位電阻小、通過(guò)的電流大，產(chǎn)生的熱量也大。電熱干燥效率較高，如電瓷生坯一般10-15天陰干，電熱干燥僅要4小時(shí)；含水率13％的泥漿注漿成型的玻璃池窯大磚(單重300kg以上)，脫模后若要把水分降到6％，采取自然陰干需幾十天，采用電干約需15天。特點(diǎn)：（1）能實(shí)現(xiàn)均勻干燥（2）熱擴(kuò)散、濕擴(kuò)散方向一致，干燥速度快，單位熱耗小。2.工頻干燥加在生坯端面電極上的工頻交變電壓，在坯28

原理：工頻交變電流，電能轉(zhuǎn)化為熱能；特點(diǎn)：同時(shí)加熱，熱擴(kuò)散方向與濕度擴(kuò)散方向一致；設(shè)備：變壓器、電極；優(yōu)缺點(diǎn)：快、均勻、耗能少、簡(jiǎn)單、不安全、適于高含水量原理：工頻交變電流，電能轉(zhuǎn)化為熱能；29以高頻或相應(yīng)頻率的電磁波輻射使生坯內(nèi)產(chǎn)生松弛極化，轉(zhuǎn)化為干燥的熱能。這種方法干燥很快，生坯溫度>60℃時(shí)，汽化量可能超過(guò)蒸汽逸出量使坯內(nèi)壓強(qiáng)增高，甚至鼓脹開(kāi)裂，應(yīng)控制生坯溫度。當(dāng)以含水率6.9％的152×152×5mm的面磚生坯單片通過(guò)這種干燥器，由進(jìn)到出僅5分鐘，含水率降到0.55％。目前僅用來(lái)快速干燥電子陶瓷生坯。電耗一般高達(dá)2.5-3.0kW·h／kg水，不經(jīng)濟(jì)。3.高頻干燥以高頻或相應(yīng)頻率的電磁波輻射使生坯內(nèi)產(chǎn)生松弛極化，轉(zhuǎn)化為干304.微波干燥是以微波（0.001~1m,300~300*103MHz)輻射使生坯內(nèi)極性強(qiáng)的分子，主要是水分子運(yùn)動(dòng)隨交變電場(chǎng)的變化而加劇，發(fā)生摩擦而轉(zhuǎn)化為熱能使生坯干燥的方法。坯體單位時(shí)間、單位體積內(nèi)產(chǎn)生的熱量與頻率、電場(chǎng)強(qiáng)度及坯體的介質(zhì)損耗有關(guān)。4.微波干燥是以微波（0.001~1m,3031第五章坯體干燥課件322.主要特點(diǎn)：（1）均勻快速。熱、濕傳導(dǎo)方向一致（2）具有選擇性（3）熱效率高（4）干燥設(shè)備體小、輕巧，便于自控（5）具有微波輻射，需進(jìn)行特殊防護(hù)。（6）設(shè)備費(fèi)用高，耗電量大。2.主要特點(diǎn)：（1）均勻快速。熱、濕傳導(dǎo)方向一致（2）具336.近紅外與遠(yuǎn)紅外干燥

1.原理是利用紅外輻射元件發(fā)出的紅外線為被加熱物體所吸收，直接轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏_(dá)到加熱干燥的方法。水是紅外敏感物質(zhì)，在紅外線的作用下水分子的鍵長(zhǎng)和鍵角振動(dòng)，偶極矩反復(fù)改變，吸收的能量與偶極矩變化的平方成正比，干燥過(guò)程主要是由水分子大量吸收輻射能，因此效率很高。6.近紅外與遠(yuǎn)紅外干燥

1.原理是利用紅外輻射元342紅外輻射器管狀、燈狀、板狀等。均由三部分組成：（1）基體（2）基體表面能輻射紅外線的涂層（3）熱源及保溫裝置金屬基體或陶瓷基體：耐火材料、SiC、鋯英石、不銹鋼、鋁合金等。金屬氧化物和碳化物等。熱源：電加熱、煤氣加熱或燃油加熱等。2紅外輻射器管狀、燈狀、板狀等。均由三部分組成：（1353、紅外干燥的優(yōu)點(diǎn)（1）干燥速度快，生產(chǎn)效率高輻射與干燥幾乎同時(shí)開(kāi)始，無(wú)明顯的預(yù)熱階段。實(shí)際的例子很多，如：原用80℃熱風(fēng)干燥要2h時(shí)的生坯，改用遠(yuǎn)紅外干燥，生坯溫度約80℃，僅需10min。又如衛(wèi)生器生坯在通風(fēng)的廠房里要干燥18天，改用近紅外干燥僅用1天，再改用遠(yuǎn)紅外干燥，時(shí)間和能量消耗又都減少1/2左右。3、紅外干燥的優(yōu)點(diǎn)（1）干燥速度快，生產(chǎn)效率高輻射36（2）節(jié)約能源消耗（3）設(shè)備規(guī)模小，建設(shè)費(fèi)用低（4）干燥質(zhì)量好紅外線具有一定的穿透能力，表面、內(nèi)部同時(shí)吸收能量，熱擴(kuò)散、濕擴(kuò)散方向一致，加熱均勻。（2）節(jié)約能源消耗（3）設(shè)備規(guī)模小，建設(shè)費(fèi)用低（4）干燥質(zhì)量37綜合干燥生產(chǎn)中根據(jù)生坯不同干燥階段特點(diǎn)，將幾種方法綜合起來(lái)以達(dá)到快速干燥的目的