现代卫生陶瓷生产技术-010课件

3．4．2干燥原理当坯体与一定温度及湿度的静止空气相接触，势必释放出或吸收水分，使坯体含水率达到某一平衡数值。在一定温度下，任何含水的湿物料都有一定的蒸气压,当此蒸气压大于周围气体中的水汽分压时,水分将汽化。汽化所需热量，或来自周围热气体，或由其他热源通过辐射、热传导提供。13．4．2干燥原理1空间中的蒸汽分子返回到液体中去的过程叫做凝结。凝结的逆过程，即液体分子飞到空间变成蒸汽的现象，叫蒸发。在汽、液共存的条件下，蒸发和凝结现象同时存在，若蒸发率大于凝结率，则宏观上表现为液体的蒸发；若蒸发率小于凝结率，则宏观上表现为蒸汽的凝结；二者相等时，则处于饱和状态，此时空间蒸汽的压力称为对应平衡温度下的饱和蒸汽压Ps。

2空间中的蒸汽分子返回到液体中去的过程叫做凝结。

例如：工程中定义标准环境条件为温度20oC，相对湿度65%，大气压力101325Pa。已知水蒸汽在20oC时的饱和蒸汽压为2333Pa(17．5托)，则可计算出标准环境条件下大气中水的分压力为:0.65×2333=1516Pa(11.375托)。

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3所谓绝对湿度是指单位体积(1m3)的湿空气中所含水蒸汽的质量。相对湿度ф是绝对湿度和相同温度下可能达到的最大绝对湿度(即同温度的饱和空气的绝对湿度)的比值：当ф＝0时，表明空气中水蒸汽含量为零，此时湿空气即为干空气，当ф＝1时，湿空气为饱和空气，所以相对湿度表示湿空气离开饱和空气远近程度。有时，相对湿度也叫饱和度。

4所谓绝对湿度是指单位体积(1m3)的湿空气中所含水蒸汽的质量空气的干湿程度和空气中所含有的水汽量接近饱和的程度有关，而和空气中含有水汽的绝对量却无直接关系。例如，空气中所含有的水汽的压强同样等于1606.24Pa（12.79毫米汞柱）时，在炎热的夏天中午，气温约35℃，人们并不感到潮湿，因此时离水汽饱和气压还很远，物体中的水分还能够继续蒸发。而在较冷的秋天，大约15℃左右，人们却会感到潮湿，因这时的水汽压已经达到过饱和，水分不但不能蒸发，而且还要凝结成水。5空气的干湿程度和空气中所含有的水汽量接近饱和的程我们把空气中实际所含有的水汽的密度ρ1与同温度时饱和水汽密度ρ2的百分比ρ1/ρ2×100％叫做相对湿度。也可以用水汽压强的比来表示：例如，空气中含有水汽的压强为1606.24Pa（12.79毫米汞柱），1.在35℃时，饱和蒸汽压为5938.52Pa（44.55毫米汞柱），空气的相对湿度约为27%，

2.而在15℃时，饱和蒸汽压是1606.24Pa（12.79毫米汞柱），相对湿度是100％。6我们把空气中实际所含有的水汽的密度ρ1与同温度时3．4．2．1坯体中的水分坯体中所含的水分有物理水和化学水两大类。化学水在坯体组成中与其他成分互相化合不能在干燥过程中排出。因此干燥过程只涉及物理水。物理水又分为自由水和大气吸附水两种。73．4．2．1坯体中的水分7（1）自由水

自由水存在于坯体的大毛细管内，与坯体结合松弛。坯体中自由水的蒸发就像自由液面上水的蒸发一样，坯体表面水蒸汽的分压力，等于其表面温度下的饱和水蒸汽分压力。饱和水蒸汽分压力：空气中水蒸汽呈饱和状态时水蒸汽部分的压力。坯体中自由水排出时，物料的颗粒靠扰，因而发生体积收缩，故自由水又称为收缩水。8（1）自由水8（2）大气吸附水

大气吸附水是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（属物理化学作用）。当大气吸附水排出时，坯体表面水蒸汽的分压力将小于坯体表面温度下的饱和水蒸汽分压力。在干燥过程中，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称为平衡水。

平衡水是大气吸附水的一部分，它的多少取决于干燥介质的温度和相对湿度。9（2）大气吸附水9平衡水分和自由水分定义：

平衡水分是指在一定空气状态下，物料表面产生的水蒸汽分压与空气中水蒸汽分压相等时，物料中所含的水分，既不能干燥出去的水分。

自由水分是指物料中所含的大于平衡水分的那一部分水，即在干燥中可以除去的水分。

10平衡水分和自由水分定义：10当坯体周围介质的相对湿度为100%时，与它相平衡的水分是坯体内大气吸附水的最高点，超过此点即为自由水。在温度不变而相对湿度逐渐降低时，解吸着范围逐渐增大，平衡水则相应减小，相对湿度达到0%时，平衡水分变为0，大气吸附水全部解吸着。物料去湿而变干称为解吸作用。如果物料表面的水蒸气分压力小于空气中的水蒸气分压力，那么物料表面就会从周围空气中吸收水蒸气而变湿称为吸湿作用

11当坯体周围介质的相对湿度为100%时，与它相坯体平衡水分与介质相对湿度关系的曲线亦称等温吸附线。坯体水分，超过此线的区域为干燥范围，低于此线的区域为吸湿范围，吸湿范围内的水不能排除。在排出大气吸附水时，坯体体积不发生收缩，比较安全。12坯体平衡水分与介质相对湿度关系的曲线亦称等温吸3．4．2．2坯体的干燥过程（一）对流干燥过程中的热交换与质交换。在对流干燥过程中介质与坯体之间既有热交换，又有质交换，可以将其分为三个既同时进行又相互联系的过程：133．4．2．2坯体的干燥过程13（1）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。坯体表面的水分得到热量而汽化，由液态变为气态。14（1）传热过程14（2）外扩散过程坯体表面产生的水蒸汽，在浓度差的作用下，以扩散方式由坯体表面向干燥介质中移动。1515（3）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，促使水分由浓度较高的内层向浓度较低的外层扩散，称湿传导或湿扩散。当坯体中存在有温度梯度时，也会引起水分的扩散移动，水分扩散移动的方向指向温度降低的方向，即与温度梯度的指向相反，这种单由温度梯度引起的水分移动称热湿传导或称热扩散。在实际的干燥过程中，水分的内扩散过程一般包括湿传导和热湿传导的共同作用。16（3）内扩散过程16（二）坯体干燥过程的特点在干燥条件稳定的情况下，坯体表面温度、水分含量、干燥速率与时间的关系见下图，可将干燥过程依次分为几个阶段：17（二）坯体干燥过程的特点17（1）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步升高，直至等于干燥介质的湿球温度。到达图中A点，此时表面获得热与蒸发耗热达到动平衡，温度不变。此阶段坯体水分减少，干燥速率增加。AKAKAK18（1）加热阶段AKAKAK18（2）等速干燥阶段本阶段仍继续进行自由水排除。由于坯体含水分较高，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（内扩散速度）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之热量，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的饱和水蒸汽分压，干燥速率恒定，故称等速干燥阶段。

19（2）等速干燥阶段19AK等速干燥20AK等速干燥20

因本阶段是排除自由水，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，坯体极易变形、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，K点即为临界水分点。此时尽管物料内部仍是自由水。但在表面一薄层内已开始出现大气吸附水。2121（3）降速干燥阶段

K点为等速干燥阶段与降速干燥阶段的转折点。自K点继续降低水分，过程即进入降速阶段。此时，坯体含水量减少，内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的饱和蒸汽分压。22（3）降速干燥阶段22AKAKAK降速干燥23AKAKAK降速干燥23此阶段排除的是大气吸附水。当物料水分下降至等于平衡水分时，干燥速率变为零，干燥过程终止。即使延长干燥时间，物料水分也不再变化。此时物料的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率，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。由于本阶段排除的是大气吸附水，坯体不产生体积收缩，不会产生干燥废品。24此阶段排除的是大气吸附水。当物料水分下降至等于3．4．2．3影响干燥速率的因素研究影响干燥速率的因素是为了强化干燥过程、缩短干燥时间和提高干燥质量。（一）加快传热速率在对流干燥中，热空气传给坯体的热景为：Q=a（tf-ts）FkJ/h式中a--对流传热系数，KJ/（m2•h•K）

tf，ts--分别为干燥介质和坯体表面温度，℃

F--对流传热面积，m2由上式可见，为提高传热速率，应做到：（1）提高干燥介质温度，但要注意不使坯体表面温度上升过快，以免开裂。（2）增加传热面积。即增加坯体与气流接触的面积，如生产中改变坯体装窑方法，变单面干燥为双面干燥等措施，即可增加传热面积。（3）提高对流传热系数a。常用的办法是增大气流相对于物料的流速，减薄流体边界层厚度等。253．4．2．3影响干燥速率的因素25（二）提高外扩散速率根据前面的分析，当处于等速干燥阶段时，外扩散阻力成为左右整个干燥速度的主要矛盾，因此，降低外扩散阻力，提高外扩散速率，对缩短整个干燥周期影响最大。根据传质原理，外扩散属于对流传质，故外扩散速率可表示为式中--水汽由物料表面向干燥介质中扩散的速率，（m2h）；Cs

，Cf——分别为坯体表面和干燥介质的水汽浓度，kg/m3；ad——对流传质系数，根据刘易斯分式：ad=a/（C）；a——对流传热系数，KJ/（m2•h•K）；由上式可知：外扩散阻力也主要发生在边界层里。因此，增大介质流速，减薄边界层厚度等提高a的因素，可同时提高ad，利于提高干燥速率。其次，降低介质的水蒸汽浓度，增加传质面积，也可加快干燥速率。26（二）提高外扩散速率26（三）提高水分的内扩散速率内扩散包括湿扩散和热扩散的共同作用，故分别讨论（1）湿扩散坯体厚度为S；C。为与初始时刻相应的水分分布，Cc为等速阶段某一时刻的水分分布，其形状为一抛物线。随着水分的不断排除，曲线不断下移，当干燥结束时，相应的水分分布变为平行横轴的直线段，其值决定于干燥介质湿含量。

27（三）提高水分的内扩散速率27坯体双面干燥时内部水分的分布

28坯体双面干燥时内部水分的分布28（2）热扩散热扩散是指物料中存在温度梯度而引起的水分移动。产生该现象的原因可解释为：a高温处水分子的动能大，且较易向低温处扩散；29（2）热扩散29b湿坯体干燥时，水分是沿毛细管运动的。

设其中有半径为R的毛细管，两端温度不同，则温度高处水的表面张力系数小，液体弯月面上的压强大，而低温处反之。在此压强差的推动下，促使水分向低温端移动。30b湿坯体干燥时，水分是沿毛细管运动的。30干燥时物料内部水分的移动可以看成水沿毛细管的流动。毛细管液体弯月面上的压强表示为：

pM=p-2a/R，当毛细管两端温度T1>T2，

pM1-pM2=2(a2－a1)/RP31干燥时物料内部水分的移动可以看成水沿毛毛细现象（a）水在毛细管中上升；（b）水银在毛细管中下降毛细管力应用毛巾，植物，一楼潮湿，锄地，32毛细现象（a）水在毛细管中上升；（b）水银在毛细管中下降毛细热扩散引起的水分移动速度可表示为：式中：——热扩散系数，1/K。内扩散的总速率，应为湿扩散与热扩散速率之和，即当热扩散的方向与湿扩散的方向一致时，上式括号内取正号，两种作用相加，扩散增强；反之取负号，两种作用相减，扩散减弱。33热扩散引起的水分移动速度可表示为：33由上式可见，为加快内扩散速率应该：（1）使热扩散与湿扩散方向一致。在一般对流干燥中，物料表面温度高于中心温度，温度梯度与湿度梯度的方向刚好相反，热扩散成为干燥过程的阻碍因素。若能设法使物料中心温度高于表面温度，则热扩散与湿扩散方向一致，将大大加快干燥速率。（2）当热扩散与湿扩散方向一致时，强化传热，提高物料内的温度梯度对加快干燥无疑是有利的。若两者方向相反时，加大温度梯度虽然增大了热扩散的阻碍作用，却又因传热增强，物料温度提高，而使湿扩散得以加强，故仍能在一定程度上加快干燥。（3）减薄坯体厚度和变单面干燥为双面干燥。（4）降低介质的总压力，有利于提高扩散系数D，从而加快湿扩散速率；（5）其他坯体性质和形状等方面和因素。

降速干燥阶段，属于内扩散控制范围，内扩散阻力成为整个干燥过程的主要矛盾，此时采取上述措旋，对于缩短干燥总时间将是有效的。

34由上式可见，为加快内扩散速率应该：343．4．3干燥过程计算3．4．3．1空气的状态参数空气是最常用的干燥介质，空气的状状参数及其变化的规律，是进行干燥计算的基础。此外，对于利用烟气作为干燥介质的系统也可以作为参考。因为烟气的成分在实际上与空气相差无几。353．4．3干燥过程计算35在干燥技术上对作为干燥介质的空气只关心其所含的水分，都称其为湿空气。并将它分为两部分：绝干空气（下简称干空气）与水蒸汽。湿空气的总压力P等于干空气的分压力Pa与水蒸汽的分压力PW之和，即：P=PW+Pa3636(1)空气的绝对湿度定义：空气的绝对湿度为1m3湿空气中所含水蒸汽的质量（kg数），单位：kg/m3。它等于水蒸汽在其分压力与温度下的密度，常以Pw表示。（2）空气的相对湿度定义：空气的相对湿度为空气的绝对湿度与同温度同压力下饱和湿空气的绝对湿度的比值%，常以Φ表示。显然，对于绝干空气：Φ=0；饱和空气：Φ=100%；未饱和空气：0<Ф<100%。相对湿度反映了空气作为干燥介质时所具有的干燥能力。空气的相对湿度愈低，则吸收水蒸汽的能力愈强，因而干燥速度就愈快；反之则慢。当相对湿度达到100%时，就完全失去了干燥能力，而且，当温度继续降低时，反而有水汽冷凝在欲干燥的坯体表面，造成干燥废品。37(1)空气的绝对湿度37（3）空气的湿含量定义：湿含量是湿空气中每1kg绝干空气中所含水汽的质量kg数，即为水蒸汽密度与干空气密度之比，常以X表示：

kg水汽/kg干空气式中：——干空气之密度，kg/m3——饱和水蒸汽的分压力由上式可知：湿含量X在大气压力P为一定时，仅与温度t和相对湿度Φ有关。

38（3）空气的湿含量38（4）空气的热含量I定义：湿空气的热含量为1kg的干空气及其所带水蒸汽的热含量之和，即1kg干空气与Xkg水蒸汽热含量之和，常用符号I表示。当空气温度为t℃时，1kg的干空气的热含量Ia=Cat，Ca为干空气的比热，近似取1.01KJ/（kg•K）；39（4）空气的热含量I39又1kg蒸汽的热含量为：

KJ/kg水蒸汽式中：2490为水蒸汽在0℃时的汽化潜热，KJ/kg；1.93为在干燥介质温度范围内水蒸汽的平均定压质量比热，KJ/（kg•K）。故，湿空气的热含量可写为：

或I=（1.01+1.93X）t+2490X上式右侧第一项为湿空气的显热，第二项为水蒸汽的潜热。在干燥过程中，只有显热能被利用。因此，从热利用角度来看，提高空气温度t，比提高X有利。但有时为了控制干燥速度必须适当降低空气温度和提高其湿度。40又1kg蒸汽的热含量为：40（5）干球温度与湿球湿度干球温度为空气的实际温度，湿球温度为用湿球温度计所测出的空气温度。包裹湿球的纱布浸入盛水容器中，表面维持润湿。若周围空气未被饱和，纱布表面的水分就被蒸发成汽，进入空气中，所需的汽化热，由纱布上的水提供，因而水温下降，低于周围空气温度，于是有热量自空气传入水膜。当传入的热量与水分蒸发所需的热量相等时，湿球上的水温不再下降，此时的温度就是湿球温度.

空气的相对湿度愈小，湿球温度比干球温度就低得愈多。用途：根据干、湿球温度的差值，可以确定空气的相对湿度。

41（5）干球温度与湿球湿度41其中一支温度计的温包上裹有一层湿纱布即为湿球温度计，另一支为干球温度计。1干球温度计2湿球温度计3洁净的棉纱4盛水的杯5温度刻度尺干湿球温度计

42其中一支温度计的温包上裹有一层湿纱布即为湿球温度计，另一支为（6）露点空气在湿含量不变的情况下，冷却到饱和状态时的温度，称为露点。若继续降温，空气中的水汽将开始凝结，即结露。所以露点就是与湿空气中水蒸汽分压力相对应的饱和温度。若湿空气已饱和，则干球、湿球和露点三者顺序？若湿空气未饱和，则干球、湿球和露点三者顺序？相等干球温度〉湿球温度〉露点43（6）露点相等干球温度〉湿球温度〉露点43例：设烟气总压力为92140Pa，，求当烟气中水蒸汽的容积成分为6.1%和8%时，露点各为多少？解：当烟气中水蒸汽的容积成分为6.1%和8%时，相应水蒸汽的分压力分别为：

由饱和空气的水蒸汽分压力查得对应Pw1和Pw2时的饱和温度分别为：t1=35℃t2=40℃由此可见，水蒸汽含量提高时，气体的露点也提高

4444上例中是假定烟气中不含有SO2。实际上，燃料中一般都含有少量硫分，燃烧后成为气态转入烟气中，当烟气中含有少量SO2时，烟气的露点将急剧上升，如用作干燥介质一旦烟温降至露点以下，烟气中析出水滴，溶入SO3形成酸雾，不仅造成排烟机和金属构件的腐蚀（称低温腐蚀）而且会使坯体污染，造成干燥废品，需要特别注意。45453．4．3．3干燥过程的物料平衡与热平衡进行物料平衡与热平衡计算的目的是：确定每小时蒸发的水量，应供给的空气量和消耗的热量等，以衡量干燥器的结构和操作是否合理或为干燥器的设计提供依据。463．4．3．3干燥过程的物料平衡与热平衡46（一）对流式干燥系统的一般流程概述以空气作干燥介质的对流式干燥系统为例加以说明：冷空气由鼓风机送入空气预热器或热风炉内加热，提高温度后进入干燥器内坯体则由干燥器之一端（头部）进入，在干燥器内，坯体与空气逆向流动，坯体干燥后由另一端（尾部）排出，废气则由头部排出。湿坯干坯47（一）对流式干燥系统的一般流程概述湿坯干坯473．4．2干燥原理当坯体与一定温度及湿度的静止空气相接触，势必释放出或吸收水分，使坯体含水率达到某一平衡数值。在一定温度下，任何含水的湿物料都有一定的蒸气压,当此蒸气压大于周围气体中的水汽分压时,水分将汽化。汽化所需热量，或来自周围热气体，或由其他热源通过辐射、热传导提供。483．4．2干燥原理1空间中的蒸汽分子返回到液体中去的过程叫做凝结。凝结的逆过程，即液体分子飞到空间变成蒸汽的现象，叫蒸发。在汽、液共存的条件下，蒸发和凝结现象同时存在，若蒸发率大于凝结率，则宏观上表现为液体的蒸发；若蒸发率小于凝结率，则宏观上表现为蒸汽的凝结；二者相等时，则处于饱和状态，此时空间蒸汽的压力称为对应平衡温度下的饱和蒸汽压Ps。

49空间中的蒸汽分子返回到液体中去的过程叫做凝结。

例如：工程中定义标准环境条件为温度20oC，相对湿度65%，大气压力101325Pa。已知水蒸汽在20oC时的饱和蒸汽压为2333Pa(17．5托)，则可计算出标准环境条件下大气中水的分压力为:0.65×2333=1516Pa(11.375托)。

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3所谓绝对湿度是指单位体积(1m3)的湿空气中所含水蒸汽的质量。相对湿度ф是绝对湿度和相同温度下可能达到的最大绝对湿度(即同温度的饱和空气的绝对湿度)的比值：当ф＝0时，表明空气中水蒸汽含量为零，此时湿空气即为干空气，当ф＝1时，湿空气为饱和空气，所以相对湿度表示湿空气离开饱和空气远近程度。有时，相对湿度也叫饱和度。

51所谓绝对湿度是指单位体积(1m3)的湿空气中所含水蒸汽的质量空气的干湿程度和空气中所含有的水汽量接近饱和的程度有关，而和空气中含有水汽的绝对量却无直接关系。例如，空气中所含有的水汽的压强同样等于1606.24Pa（12.79毫米汞柱）时，在炎热的夏天中午，气温约35℃，人们并不感到潮湿，因此时离水汽饱和气压还很远，物体中的水分还能够继续蒸发。而在较冷的秋天，大约15℃左右，人们却会感到潮湿，因这时的水汽压已经达到过饱和，水分不但不能蒸发，而且还要凝结成水。52空气的干湿程度和空气中所含有的水汽量接近饱和的程我们把空气中实际所含有的水汽的密度ρ1与同温度时饱和水汽密度ρ2的百分比ρ1/ρ2×100％叫做相对湿度。也可以用水汽压强的比来表示：例如，空气中含有水汽的压强为1606.24Pa（12.79毫米汞柱），1.在35℃时，饱和蒸汽压为5938.52Pa（44.55毫米汞柱），空气的相对湿度约为27%，

2.而在15℃时，饱和蒸汽压是1606.24Pa（12.79毫米汞柱），相对湿度是100％。53我们把空气中实际所含有的水汽的密度ρ1与同温度时3．4．2．1坯体中的水分坯体中所含的水分有物理水和化学水两大类。化学水在坯体组成中与其他成分互相化合不能在干燥过程中排出。因此干燥过程只涉及物理水。物理水又分为自由水和大气吸附水两种。543．4．2．1坯体中的水分7（1）自由水

自由水存在于坯体的大毛细管内，与坯体结合松弛。坯体中自由水的蒸发就像自由液面上水的蒸发一样，坯体表面水蒸汽的分压力，等于其表面温度下的饱和水蒸汽分压力。饱和水蒸汽分压力：空气中水蒸汽呈饱和状态时水蒸汽部分的压力。坯体中自由水排出时，物料的颗粒靠扰，因而发生体积收缩，故自由水又称为收缩水。55（1）自由水8（2）大气吸附水

大气吸附水是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（属物理化学作用）。当大气吸附水排出时，坯体表面水蒸汽的分压力将小于坯体表面温度下的饱和水蒸汽分压力。在干燥过程中，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称为平衡水。

平衡水是大气吸附水的一部分，它的多少取决于干燥介质的温度和相对湿度。56（2）大气吸附水9平衡水分和自由水分定义：

平衡水分是指在一定空气状态下，物料表面产生的水蒸汽分压与空气中水蒸汽分压相等时，物料中所含的水分，既不能干燥出去的水分。

自由水分是指物料中所含的大于平衡水分的那一部分水，即在干燥中可以除去的水分。

57平衡水分和自由水分定义：10当坯体周围介质的相对湿度为100%时，与它相平衡的水分是坯体内大气吸附水的最高点，超过此点即为自由水。在温度不变而相对湿度逐渐降低时，解吸着范围逐渐增大，平衡水则相应减小，相对湿度达到0%时，平衡水分变为0，大气吸附水全部解吸着。物料去湿而变干称为解吸作用。如果物料表面的水蒸气分压力小于空气中的水蒸气分压力，那么物料表面就会从周围空气中吸收水蒸气而变湿称为吸湿作用

58当坯体周围介质的相对湿度为100%时，与它相坯体平衡水分与介质相对湿度关系的曲线亦称等温吸附线。坯体水分，超过此线的区域为干燥范围，低于此线的区域为吸湿范围，吸湿范围内的水不能排除。在排出大气吸附水时，坯体体积不发生收缩，比较安全。59坯体平衡水分与介质相对湿度关系的曲线亦称等温吸3．4．2．2坯体的干燥过程（一）对流干燥过程中的热交换与质交换。在对流干燥过程中介质与坯体之间既有热交换，又有质交换，可以将其分为三个既同时进行又相互联系的过程：603．4．2．2坯体的干燥过程13（1）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。坯体表面的水分得到热量而汽化，由液态变为气态。61（1）传热过程14（2）外扩散过程坯体表面产生的水蒸汽，在浓度差的作用下，以扩散方式由坯体表面向干燥介质中移动。6215（3）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，促使水分由浓度较高的内层向浓度较低的外层扩散，称湿传导或湿扩散。当坯体中存在有温度梯度时，也会引起水分的扩散移动，水分扩散移动的方向指向温度降低的方向，即与温度梯度的指向相反，这种单由温度梯度引起的水分移动称热湿传导或称热扩散。在实际的干燥过程中，水分的内扩散过程一般包括湿传导和热湿传导的共同作用。63（3）内扩散过程16（二）坯体干燥过程的特点在干燥条件稳定的情况下，坯体表面温度、水分含量、干燥速率与时间的关系见下图，可将干燥过程依次分为几个阶段：64（二）坯体干燥过程的特点17（1）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步升高，直至等于干燥介质的湿球温度。到达图中A点，此时表面获得热与蒸发耗热达到动平衡，温度不变。此阶段坯体水分减少，干燥速率增加。AKAKAK65（1）加热阶段AKAKAK18（2）等速干燥阶段本阶段仍继续进行自由水排除。由于坯体含水分较高，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（内扩散速度）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之热量，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的饱和水蒸汽分压，干燥速率恒定，故称等速干燥阶段。

66（2）等速干燥阶段19AK等速干燥67AK等速干燥20

因本阶段是排除自由水，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，坯体极易变形、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，K点即为临界水分点。此时尽管物料内部仍是自由水。但在表面一薄层内已开始出现大气吸附水。6821（3）降速干燥阶段

K点为等速干燥阶段与降速干燥阶段的转折点。自K点继续降低水分，过程即进入降速阶段。此时，坯体含水量减少，内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的饱和蒸汽分压。69（3）降速干燥阶段22AKAKAK降速干燥70AKAKAK降速干燥23此阶段排除的是大气吸附水。当物料水分下降至等于平衡水分时，干燥速率变为零，干燥过程终止。即使延长干燥时间，物料水分也不再变化。此时物料的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率，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。由于本阶段排除的是大气吸附水，坯体不产生体积收缩，不会产生干燥废品。71此阶段排除的是大气吸附水。当物料水分下降至等于3．4．2．3影响干燥速率的因素研究影响干燥速率的因素是为了强化干燥过程、缩短干燥时间和提高干燥质量。（一）加快传热速率在对流干燥中，热空气传给坯体的热景为：Q=a（tf-ts）FkJ/h式中a--对流传热系数，KJ/（m2•h•K）

tf，ts--分别为干燥介质和坯体表面温度，℃

F--对流传热面积，m2由上式可见，为提高传热速率，应做到：（1）提高干燥介质温度，但要注意不使坯体表面温度上升过快，以免开裂。（2）增加传热面积。即增加坯体与气流接触的面积，如生产中改变坯体装窑方法，变单面干燥为双面干燥等措施，即可增加传热面积。（3）提高对流传热系数a。常用的办法是增大气流相对于物料的流速，减薄流体边界层厚度等。723．4．2．3影响干燥速率的因素25（二）提高外扩散速率根据前面的分析，当处于等速干燥阶段时，外扩散阻力成为左右整个干燥速度的主要矛盾，因此，降低外扩散阻力，提高外扩散速率，对缩短整个干燥周期影响最大。根据传质原理，外扩散属于对流传质，故外扩散速率可表示为式中--水汽由物料表面向干燥介质中扩散的速率，（m2h）；Cs

，Cf——分别为坯体表面和干燥介质的水汽浓度，kg/m3；ad——对流传质系数，根据刘易斯分式：ad=a/（C）；a——对流传热系数，KJ/（m2•h•K）；由上式可知：外扩散阻力也主要发生在边界层里。因此，增大介质流速，减薄边界层厚度等提高a的因素，可同时提高ad，利于提高干燥速率。其次，降低介质的水蒸汽浓度，增加传质面积，也可加快干燥速率。73（二）提高外扩散速率26（三）提高水分的内扩散速率内扩散包括湿扩散和热扩散的共同作用，故分别讨论（1）湿扩散坯体厚度为S；C。为与初始时刻相应的水分分布，Cc为等速阶段某一时刻的水分分布，其形状为一抛物线。随着水分的不断排除，曲线不断下移，当干燥结束时，相应的水分分布变为平行横轴的直线段，其值决定于干燥介质湿含量。

74（三）提高水分的内扩散速率27坯体双面干燥时内部水分的分布

75坯体双面干燥时内部水分的分布28（2）热扩散热扩散是指物料中存在温度梯度而引起的水分移动。产生该现象的原因可解释为：a高温处水分子的动能大，且较易向低温处扩散；76（2）热扩散29b湿坯体干燥时，水分是沿毛细管运动的。

设其中有半径为R的毛细管，两端温度不同，则温度高处水的表面张力系数小，液体弯月面上的压强大，而低温处反之。在此压强差的推动下，促使水分向低温端移动。77b湿坯体干燥时，水分是沿毛细管运动的。30干燥时物料内部水分的移动可以看成水沿毛细管的流动。毛细管液体弯月面上的压强表示为：

pM=p-2a/R，当毛细管两端温度T1>T2，

pM1-pM2=2(a2－a1)/RP78干燥时物料内部水分的移动可以看成水沿毛毛细现象（a）水在毛细管中上升；（b）水银在毛细管中下降毛细管力应用毛巾，植物，一楼潮湿，锄地，79毛细现象（a）水在毛细管中上升；（b）水银在毛细管中下降毛细热扩散引起的水分移动速度可表示为：式中：——热扩散系数，1/K。内扩散的总速率，应为湿扩散与热扩散速率之和，即当热扩散的方向与湿扩散的方向一致时，上式括号内取正号，两种作用相加，扩散增强；反之取负号，两种作用相减，扩散减弱。80热扩散引起的水分移动速度可表示为：33由上式可见，为加快内扩散速率应该：（1）使热扩散与湿扩散方向一致。在一般对流干燥中，物料表面温度高于中心温度，温度梯度与湿度梯度的方向刚好相反，热扩散成为干燥过程的阻碍因素。若能设法使物料中心温度高于表面温度，则热扩散与湿扩散方向一致，将大大加快干燥速率。（2）当热扩散与湿扩散方向一致时，强化传热，提高物料内的温度梯度对加快干燥无疑是有利的。若两者方向相反时，加大温度梯度虽然增大了热扩散的阻碍作用，却又因传热增强，物料温度提高，而使湿扩散得以加强，故仍能在一定程度上加快干燥。（3）减薄坯体厚度和变单面干燥为双面干燥。（4）降低介质的总压力，有利于提高扩散系数D，从而加快湿扩散速率；（5）其他坯体性质和形状等方面和因素。

降速干燥阶段，属于内扩散控制范围，内扩散阻力成为整个干燥过程的主要矛盾，此时采取上述措旋，对于缩短干燥总时间将是有效的。

81由上式可见，为加快内扩散速率应该：343．4．3干燥过程计算3．4．3．1空气的状态参数空气是最常用的干燥介质，空气的状状参数及其变化的规律，是进行干燥计算的基础。此外，对于利用烟气作为干燥介质的系统也可以作为参考。因为烟气的成分在实际上与空气相差无几。823．4．3干燥过程计算35在干燥技术上对作为干燥介质的空气只关心其所含的水分，都称其为湿空气。并将它分为两部分：绝干空气（下简称干空气）与水蒸汽。湿空气的总压力P等于干空气的分压力Pa与水蒸汽的分压力PW之和，即：P=PW+Pa8336(1)空气的绝对湿度定义：空气的绝对湿度为1m3湿空气中所含水蒸汽的质量（kg数），单位：kg/m3。它等于水蒸汽在其分压力与温度下的密度，常以Pw表示。（2）空气的相对湿度定义：空气的相对湿度为空气的绝对湿度与同温度同压力下饱和湿空气的绝对湿度的比值%，常以Φ表示。显然，对于绝干空气：Φ=0；饱和空气：Φ=100%；未饱和空气：0<Ф<100%。相对湿度反映了空气作为干燥介质时所具有的干燥能力。空气的相对湿度愈低，则吸收水蒸汽的能力愈强，因而干燥速度就愈快；反之则慢。当相对湿度达到100%时，就完全失去了干燥能力，而且，当温度继续降低时，反而有水汽冷凝在欲干燥的坯体表面，造成干燥废品。84(1)空气的绝对湿度37（3）空气的湿含量定义：湿含量是湿空气中每1kg绝干空气中所含水汽的质量kg数，即为水蒸汽密度与干空气密度之比，常以X表示：

kg水汽/kg干空气式中：——干空气之密度，kg/m3——饱和水蒸汽的分压力由上式可知：湿含量X在大气压力P为一定时，仅与温度t和相对湿度Φ有关。

85（3）空气的湿含量38（4）空气的热含量I定义：湿空气的热含量为1kg的干空气及其所带水蒸汽的热含量之和，即1kg干空气与Xkg水蒸汽热