干燥技术和设备的介绍

瓷学院

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干燥技术及其设备

摘要：本文阐述了瓷干燥的基本原理及其干燥方式，并按不同的方式将干燥设备进行了分类。重点介绍了远红外线和微波干燥的优越性。

关键词：干燥技术干燥方式干燥设备

Abstract:This paper describes the basic principles of ceramic drying and drying, according to the different ways to drying equipment are classified. Highlights the far-infrared and microwave drying of superiority

Keywords:Drying TechnologyDryingdrying equipment

一、干燥技术的发展

瓷的远古以来，人类就习惯于用天然热源和自然通风来干燥物料，完全受自然条件制约，生产能力低下。随生产的发展，它们逐渐为人工可控制的热源和机械通风除湿手段所代替，近代干燥器开始使用的是间歇操作的固定床式干燥器。19世纪中叶，洞道式干燥器的使用，标志着干燥器由间歇操作向连续操作方向的发展。回转圆筒干燥器则较好地实现了颗粒物料的搅动，干燥能力和强度得以提高。一些行业则分别发展了适应本行业要求的连续操作干燥器，如纺织、造纸行业的滚筒干燥器。

20世纪初期，乳品生产开始应用喷雾干燥器，为大规模干燥液态物料提供了有力的工具。40年代开始，随着流化技术的发展，高强度、高生产率的沸腾床和气流式干燥器相继出现。而冷冻升华、辐射和介电式干燥器则为满足特殊要求提供了新的手段。60年代开始发展了远红外和微波干燥

器干燥是瓷生产工艺中非常重要的工序之一，瓷产品的质量缺陷有很大部分是因干燥不当而引起的。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。干燥虽然是一个技术相对简单，应用却十分广泛的工业过程，不但关系着瓷的产品质量及成品率，而且影响瓷企业的整体能耗。据统计，干燥过程中的能耗占工业总燃料消耗的，而在瓷行业中，用于干燥的能耗占燃料总消耗的比例远不止此数，故干燥过程的节能是关系到企业节能的大事。瓷的干燥速度快、节能、优质、无污染等是新世纪对干燥技术的基本要求。

二、瓷坯体的干燥过程

坯体的干燥过程可以分为：传热过程、外扩散过程、扩散过程，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。

扩散过程：由于湿坯体表面水分蒸发，使其部产生湿度梯度，促使水分由浓度高的层向浓度较低的外层扩散，称湿传导或湿扩散。

在干燥条件稳定的情况下，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。

加热阶段，由于干燥介质在单位时间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，本阶段仍继续进行非结合水排出。由于坏体含水分较高，表面蒸发了多少水量，部就能补充多少水量，即坯体部水分移动速度（扩散速度）等于表面水分蒸发速度，亦等于外扩散速度，所以表面维持潮湿状态。另外，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。本阶段是排出非结合水，故坯体会产生体积收缩，收缩量与水分降低量成直线关系，若操作不当，

干燥过快，坏体极容易变形、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。此时尽管物料部仍是非结合水，但在表面一层开始出现结合水。

降速干燥阶段，这一阶段中，坯体含水量减少，扩散速度赶不上表面水分蒸发速度和外扩散速度，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分时，干燥速率变为零，干燥过程终止，即使延长干燥时间，物料水分也不再发生变化。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，取决于扩散速率，故又称扩散控制阶段，此时物料的结构、形状、尺寸等因素影响着干燥速率。

干燥过程需要消耗大量热能，为了节省能量，某些湿含量高的物料、含有固体物质的悬浮液或溶液一般先经机械脱水或加热蒸发，再在干燥器干燥，以得到干的固体。

在干燥过程中需要同时完成热量和质量(湿分)的传递，保证物料表面湿分蒸汽分压(浓度)高于外部空间中的湿分蒸汽分压，保证热源温度高于物料温度

热量从高温热源以各种方式传递给湿物料，使物料表面湿分汽化并逸散到外部空间，从而在物料表面和部出现湿含量的差别。部湿分向表面扩散并汽化，使物料湿含量不断降低，逐步完成物料整体的干燥。

物料的干燥速率取决于表面汽化速率和部湿分的扩散速率。通常干燥前期的干燥速率受表面汽化速率控制；而后，只要干燥的外部条件不变，物料的干燥速率和表面温度即保持稳定，这个阶段称为恒速干燥阶段；当物料湿含量降低到某一程度，部湿分向表面的扩散速率降低，并小于表面

汽化速率时，干燥速率即主要由部扩散速率决定，并随湿含量的降低而不断降低，这个阶段称为降速干燥阶段。

不仅如此，技术进步还将扭转目前国干燥设备的出口局面。目前中国干燥设备尚未形成出口规模，出口量还不及总量的5%，且主要销往东南亚。但据权威预测，随着技术发展，未来几年中国出口干燥设备占总产量的比例将由5%提升至10%，外销市场也将由东南亚拓展到欧美。国大型干燥设备制造与国际水平存在较大差距的局面由此可望改善。

三、干燥设备分类

用于进行干燥操作的设备。类型很多。根据操作压力可分为常压和减压（减压干燥器也称真空干燥器）。根据操作方法可分为间歇式和连续式。根据干燥介质可分为空气、烟道气或其他干燥介质。根据运动（物料移动和干燥介质流动）方式可分为并流，逆流和错流。

1，按操作压力

按操作压力，干燥器分为常压干燥器和真空干燥器两类，在真空下操作可降低空间的湿分蒸汽分压而加速干燥过程，且可降低湿分沸点和物料干燥温度，蒸汽不易外泄，所以，真空干燥器适用于干燥热敏性、易氧化、易爆和有毒物料以及湿分蒸汽需要回收的场合。

2，按加热方式

按加热方式，干燥器分为对流式、传导式、辐射式、介电式等类型。对流式干燥器又称直接干燥器，是利用热的干燥介质与湿物料直接接触，