烘干機物料與水分的結(jié)合方式

物料與水分的結(jié)合方式

根據(jù)物料中所含水分去除的難易程度分為下列兩種：

（1）、非結(jié)合水分：
非結(jié)合水分包括存在于物料表面的潤濕水、孔隙水等物料與水分直接接觸時，被物料吸收的水分。由于與物料的結(jié)合強度小，故易于去除。

（2）、結(jié)合水分：

包括物料細胞或纖維管璧及毛細管中所含的水分。這種水分又可細分為化學結(jié)合水、物理化學結(jié)合水和機械結(jié)合水。其中，化學結(jié)合水主要包括結(jié)晶水，結(jié)合強度大，故難以去除，脫去結(jié)晶水的過程不屬于干燥過程；物理化學結(jié)合水包括吸附、滲透和結(jié)構的水分，吸附水與物料的結(jié)合最強，水分既可被物料的外表面吸附，也可吸附于物料的內(nèi)部表面，在吸附水分結(jié)合時有熱量放出，脫去時則需吸收熱量，滲透水分與物料的結(jié)合是由于物料組織壁的內(nèi)外溶解物的濃度有差異而產(chǎn)生的滲透壓所造成，結(jié)合強度相對弱小，結(jié)構水分存在于物料組織內(nèi)部，在膠體形成時將水結(jié)合在內(nèi)，此類水分的離解可由蒸發(fā)、外壓或組織的破壞；機械結(jié)合水分包括有毛細管水分等，毛細管水分存在于纖維或微小顆粒成團的濕物料中，它與物料的結(jié)合強度較弱。
含結(jié)合水分的物料稱為吸水物料，如：木材、糧食、皮革、纖維及其織物、紙張、合成樹脂顆粒等。僅含有非結(jié)合水分的物料，稱為非吸水性物料，如鑄造用型砂、各種結(jié)晶顆粒等。就干燥的難易來說，非吸水性物料要比吸水性物料容易干燥得多。物料的結(jié)晶水為化學結(jié)合水，干燥過程一般是不能去除結(jié)晶水的。不同結(jié)構的水分的結(jié)合能大約為100～3000J/mol。物料和水分的不同結(jié)合形式，使排除水分耗費的能量不同，這就說明干燥所需要的熱能也不一樣。
根據(jù)物料在一定的干燥條件下，其水分能否用干燥方法除處可分為平衡水分和自由水分。在生活中，常會遇到一些物料在濕度較大的空氣中"返潮"的現(xiàn)象，而這些返潮的物料在干空氣中又會回復其"干燥"狀態(tài)。不管"返潮"或"干燥"過程，進行到一定限度后，物料中的含水量必將趨于一定值，此值即稱為在此空氣狀態(tài)下的平衡水分。物料中所含的大于平衡水分的那一部水分，可以在干燥過程中從濕物料中去除，稱之自由水分。

濕物料的干燥過程

1、濕物料的干燥過程

干燥的條件為干燥介質(zhì)（通常為熱空氣）的流動速度、濕度和溫度。
當熱空氣從濕物料表面穩(wěn)定地流過時，由于空氣的溫度高，物料的溫度低，因此空氣與物料之間存在著傳熱推動力，空氣以對流的方式把熱量傳遞給物料，物料接受了這項熱量，用來氣化其中的水分，并不斷地被氣流帶走，而物料的濕含量不斷下降。當物料的濕含量下降到平衡水分時，干燥過程結(jié)束。
物料干燥過程中，存在著傳熱和傳質(zhì)兩個相互的過程，所謂傳熱就是熱空氣將熱量傳遞給物料，用于氣化其中的水分并加熱物料，傳質(zhì)就是物料中的水分蒸發(fā)并遷移到熱空氣中，使物料水分逐漸降低，得到干燥。

2、干燥過程的特點

在干燥過程中，由于物料總是具有一定的幾何尺寸大小，即使是很細的粉料，從微觀也可看成是有一定尺寸的顆粒，實際上上述傳熱傳質(zhì)過程在熱氣流與物料顆粒之間和物料顆粒內(nèi)部的機理是不相同的，在干燥理論上就將傳熱傳質(zhì)過程分為熱氣流與物料表面的傳熱傳質(zhì)過程和物料內(nèi)部的傳熱傳質(zhì)過程。由于這兩種過程的不同而影響了物料的干燥過程，兩者在不同干燥階段起著不同的主導和約束作用，這就導致了一般濕物料干燥時前一階段總是以較快且穩(wěn)定的速度進行，而后一階段則是以越來越慢的速度進行，所以我們就將干燥過程分為等速干燥階段和降速干燥階段。

（1） 等速干燥階段
在等速干燥段內(nèi)，物料內(nèi)部水分擴散至表面的速度，可以使物料表面保持著充分的濕潤，即表面的濕含量大于干燥介質(zhì)的最大吸濕能力，所以干燥速度取決于表面氣化速度。換句話說，等速段是受氣化控制的階段。由于干燥條件（氣流溫度、濕度、速度）基本保持不變，所以干燥脫水速度也基本一致，故稱為等速干燥階段，此一階段熱氣流與物料表面之間的傳熱傳質(zhì)過程起著主導作用。因此，提高氣流速度和溫度，降低空氣濕度就都有利于提高等速階段的干燥速度。等速階段物料吸收的熱量幾乎全部都用于蒸發(fā)水分，物料很少升溫，故熱效率很高。可以說等速段內(nèi)的脫水是較容易的，所去除的水分，純屬非結(jié)合水分。

（2） 降速干燥階段
隨著物料的水分含量不斷降低，物料內(nèi)部水分的遷移速度小于物料表面的氣化速度，干燥過程受物料內(nèi)部傳熱傳質(zhì)作用的制約，干燥的速度越來越慢，此階段稱為降速干燥階段，有以下幾個特點：
降速段的干燥速率與物料的濕含量有關，濕含量越低，干燥速率越小。這是與等速段不同的第一個特點；
降速段的干燥速率與物料的厚度或直徑很有關系，厚度越厚，干燥速率越小。這是第二個特點；
當降速階段開始以后，由于干燥速率逐漸減小，空氣傳給物料的熱量，除作為氣化水分用之外，尚有一部分將使物料的溫度升高，直至最后接近于空氣的溫度。這是第三個特點；
降速段的水分在物料內(nèi)部進行氣化，然后以蒸汽的形態(tài)擴散至表面，所以降速階段的干燥速率完全取決于水分和蒸汽在物料內(nèi)部的擴散速度。因此也把降速段稱作內(nèi)部擴散控制階段。這是第四個特點。
在降速階段，提高干燥速度的關鍵不再是改善干燥介質(zhì)的條件，而是提高物料內(nèi)部濕份擴散速度的問題。提高物料的溫度，減小物料的厚度都是很有效的辦法。這是第五個特點。
相對等速干燥階段，降速段的干燥脫水要困難得多，能耗也要高得多。
所以為了提高干燥速度，降低能耗，保證產(chǎn)品品質(zhì)，在生產(chǎn)工藝允許的情況下，應盡可能采取打散、破碎、切短等方法減小物料的幾何尺寸，以有利于干燥過程的進行。

干燥方法

干燥就是從各種物料中去除濕分的過程，各種物料可以是固體、液體或氣體，固體又可分大塊料、纖維料、顆粒料、細粉料等等，而濕分一般是物料中的水分，也可以是其它溶劑。在此以水分為對象。

干燥方法有三類：

（1） 機械脫水法
機械脫水法就是通過對物料加壓的方式，將其中一部分水分擠出。常用的有壓榨、沉降、過濾、離心分離等方法。機械脫水法只能除去物料中部分自由水分，結(jié)合水分仍殘留在物料中，因此，物料經(jīng)機械脫水后物料含水率仍然很高，一般為40～60％。但機械脫水法是一種最經(jīng)濟的方法。

（2） 加熱干燥法
也就是我們常說的干燥，它利用熱能加熱物料，氣化物料中的水分。除去物料中的水分需要消耗一定的熱能。通常是利用空氣來干燥物料，空氣預先被加熱送入干燥器，將熱量傳遞給物料，氣化物料中的水分，形成水蒸汽，并隨空氣帶出干燥器。物料經(jīng)過加熱干燥，能夠除去物料中的結(jié)合水分，達到產(chǎn)品或原料所要求的含水率。

（3） 化學除濕法
是利用吸濕劑除去氣體、液體、固體物料中的少量水分，由于吸濕劑的除濕能力有限，僅用于除去物料中的微量水分。因此生產(chǎn)中應用很少。
在實際生產(chǎn)過程中，對于高濕物料一般均盡可能先用機械脫水法去除大量的自由水分，之后再采取其它干燥方式進行干燥。

干燥是很多行業(yè)生產(chǎn)流程中重要的和不可少的一個環(huán)節(jié)，干燥設備的選型合理和使用好壞直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本、能源消耗、人員勞動強度等指標，由于干燥方法和干燥設備多種多樣，同一種物料有多種干燥方式，可使用多種類型的干燥設備，同一種干燥設備又能干燥多種物料，因此，干燥設備的合理選型和正確使用是非常正要的。為了便于用戶選擇一種理想的干燥設備，在此對一些相關問題作個簡要說明。

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