干燥过程

《林学名词》第二版。

排除木材中水分的处理过程。

热力干燥过程传热方式有直接传热式、间接传热式和复式传热3种。现代煤炭工业所采用的多为热效率高、干燥速度快、对(顺)流传热为主的直接传热型，它由燃烧炉(室)产生的含有氧、氮、水气和少量一氧化碳的热烟道气和湿煤二者在连续流动中直接接触完成干燥。

干燥过程大致分为预热、等速、降速3个阶段。

预热阶段高温热烟气与湿物料接触后，物料及水的温度迅速升高达到水汽化温度。随着热量继续传递、水及物料表面温度提高，表面水因蒸汽压力差向热烟气中汽化扩散。在这期间，热量消耗在物体的加热，直到使传给物料的热量与汽化所消耗的热量达到平衡为止。

等速阶段继干燥速度达到最大值后进入等速干燥阶段。在这个阶段，水的汽化发生在自由表面上，物料内层的水，由于扩散阻力小而不断地达到表面，并代替由表面汽化了的水分，干燥速度保持恒定，直至达到物料的临界水分为止。这个阶段的特点是物料表面的蒸汽压力等于液体表面的蒸汽压力，与物料的水分无关。在热源和热烟气流流绕物料情况相同的条件下，干燥速度与纯液体的汽化速度相等。

降速阶段物料达到临界水分之后的阶段。在这个阶段，水分自物体内部向外表的扩散速度已不足以使表面被其饱和，干燥速度下降，直至最后物料中所含水分与热介质的湿度成平衡，即物料的含水量已达到一定条件下的平衡含水量时，干燥速度等于零，干燥过程完全停止。

用实验方法可以确定物料的平均含水量与干燥时间的关系，绘成的曲线称为干燥曲线。按含水量随时间的变化值，可以得到干燥速度，绘成的曲线称为干燥速度曲线。图1是干燥过程中干燥速度、物料温度与时间的变化关系。从图上可以清楚地看出干燥过程3个循序进行的阶段：预热阶段(AB段)的特征是干燥速度由零值迅速地增加到一定值;等速阶段(BC段)是干燥速度不变且具有最大值;降速阶段(CD段)是干燥速度均匀地下降。

水分扩散

干燥过程中，水分扩散是靠外扩散和内扩散来进行的。外扩散指坯体表面的水分以蒸汽形式从表面扩散到周围介质中的过程；内扩散则是水分在坯体内部进行移动的过程，内扩散根据水分移动的推动力不同，有湿传导和热湿传导两种形式。

(1)湿传导：坯体在干燥过程中，由于表面水分的蒸发，在其表面与内部之间形成了水分浓度差，因此在坯体厚度的方向上有一个水分浓度梯度，由此引起水分的移动。水分从坯体内部移动到表面，主要是靠扩散渗透和毛细管力的作用来进行的。因为水分的扩散及移动速度与水分浓度梯度成比例，所以这种现象称为湿传导，又叫湿扩散。

(2)热湿传导：使用辐射热或高温热空气干燥坯体时，由于坯体的导热性较差，或者由于坯体表面水分蒸发时需要吸收大量的热量，往往造成坯体的内、外温度不同，在坯体的厚度方向上产生温度梯度，由于坯体内的温度梯度而引起水分移动的现象称热湿传导，也叫热扩散。产生热扩散的原因可由毛细管现象来解释。水的表面张力是随温度的增加而减小的，毛细管两端存在温差，导致两端的表面张力不同，从而产生水分移动，由表面张力较小处向表面张力较大处移动，即由热端向冷端移动。因此热扩散的方向与热流的方向是一致的。

干燥特性

(1)加热阶段：坯体置于干燥介质(热空气)中，坯体表面被加热，水分蒸发速度很快地增大。但由于该阶段时间很短，除去的水量不多。

加热阶段应防止黏土制品表面上凝聚水分，因为这样会使其强度(结合性)下降，并且产生的应力可能使制品中出现开裂现象。最有效的加热方法是制品在成型以前用蒸汽加热黏土坯料，这不但可以缩短干燥时间，还可降低坯体中的应力，提高制品质量。也可以在相对湿度高的介质中利用红外线辐射来加热制品。

(2)恒速干燥阶段：当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)，坯体表面维持湿润状态。干燥介质传给坯体表面的热量等于水分汽化所需的热量，坯体表面温度不变，等于介质的湿球温度。此时，干燥速度稳定，故称恒速干燥阶段。在这一阶段，是自由水(非结合水)进行蒸发，坯体会产生体积收缩，并往往产生能使坯体成为废品的收缩应力。干燥过快，坯体容易变形、开裂。恒速干燥阶段结束时，物料水分降低到临界值。此时尽管物料内部可能仍有自由水，但在表层内已为结合水。到达临界点后，表层停止收缩，再继续干燥时仅增加坯体内的孔隙，因此恒速干燥阶段是干燥的重要阶段。

干燥速度(蒸发速度)与坯体表面和周围介质的水蒸气浓度差、分压差、温度差有关，也与坯体表面的空气速度有关(增大坯体表面的气流速度可以使气膜阻力下降)。

(3)降速干燥阶段：进入降速干燥阶段，坯体含水率减少，内扩散速度小于表面水分蒸发速度及外扩散速度，表面不再维持湿润状态，干燥速率逐渐降低。此阶段，物料温度开始逐渐升高，由于是排出结合水，坯体不产生体积收缩(有时略有收缩)，不会产生干燥废品。降速阶段的干燥速度，取决于内扩散速率，故又称内扩散控制阶段，此时坯体的结构、形状、尺寸等因素影响着干燥速率。

(4)平衡阶段：当坯体干燥到表面水分达到平衡水分时，干燥速度降为零。此时，坯体与周围介质达到平衡状态。平衡水分的多少与坯体材料性质和周围介质的温度和湿度有关，用吸附等温线表示。

干燥收缩及缺陷

未经干燥的湿坯体内固体颗粒被水膜所分隔。在干燥过程中，随着自由水的排除，颗粒逐渐靠拢，从而坯体发生收缩，收缩量大约等于排除的自由水的体积。Hasatani等指出，收缩量并不总是等于所除去的自由水的体积，它与温度也有关系。当水膜厚度减薄到临界状态一坯体中各颗粒达到相互接触的程度，内扩散阻力增大，干燥速度及收缩速度发生显著变化，收缩基本结束。若干燥继续进行，坯体中相互比邻的各颗粒间的孔隙水开始排出，此时固体颗粒不再有显著的靠近，收缩很小，孔隙逐渐被空气所占据，最后坯体孔隙中的水分被干燥到只剩下平衡水。 2100433B

一般来说干燥可分为两个阶段．即常速干燥阶段和阵速干燥阶段。对于常速干燥阶段．当物料吸水达到饱和时，全部颗粒表面都被湿润．干燥速率取决于表面汽化的速率，即取决于干燥介质的性质(温度、湿度等)，而与湿物料性质关系较小。而降速干燥阶段，物料内部水分向表面迁移的速率低于物料表面水分的汽化速率．汽化移向固态内部，此时干燥速率主要取决于物料特性。

根据keey等人的研究，干燥速率和物料含水量近似成比例。krevelen试验证实物料温度对干燥速率有重要影响(近似为三次方关系)．通过一系列合理简化后，逆流型回转干燥窑可用一个具有分裂边界条件的四联立非线性双曲型偏微分方程描述，通过对此PDES数字仿真表明，物料在窑内的状态呈现三个典型区域，热带、干燥带和加热带。