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1、 第五章第五章 干干 燥燥干干燥燥是是陶陶瓷瓷生生产产工工艺艺中中非非常常重重要要的的工工序序之之一一，不不但但关关系系着着陶陶瓷瓷的的产产品品质质量量及及成成品品率率，而而且且影影响响陶陶瓷瓷企企业业的的整整体体能能耗耗。据据统统计计，干干燥燥过过程程中中的的能能耗耗占占燃燃料料总总消消耗耗的的15%，故故干干燥燥过过程程的的节节能能是是关关系系到到企业节能的大事。企业节能的大事。陶陶瓷瓷工工业业的的干干燥燥经经历历了了自自然然干干燥燥、室室式式烘烘房房干干燥燥，到到现现在在的的各各种种热热源源的的连连续续式式干干燥燥器器、远远红红外外干干燥燥器器、太太阳阳能能干干燥燥器器和和微微波波干干燥
2、燥技术。技术。干干燥燥速速度度快快、节节能能、优优质质、无无污污染染等等是是新新世世纪纪对对干干燥燥技技术术的的基基本本要求。要求。第一节第一节 干燥原理和干燥过程干燥原理和干燥过程一、坯体中水的结合形式一、坯体中水的结合形式物理水：结合水与非结合水物理水：结合水与非结合水分为分为化学水：包括结构水和结晶水化学水：包括结构水和结晶水干燥过程只涉及物理水干燥过程只涉及物理水1.非结合水（机械结合水）非结合水（机械结合水）存在于坯体的大毛细管内，与坯体结合松弛。坯体存在于坯体的大毛细管内，与坯体结合松弛。坯体中非结合水的蒸发就像自由液面上水的蒸发一样，坏体中非结合水的蒸发就像自由液面上水的蒸发一样
3、，坏体表面水蒸气的分压力，等于其表面温度下的饱和水蒸汽表面水蒸气的分压力，等于其表面温度下的饱和水蒸汽分压力。坯体中非结合水排出时，物料的颗粒彼此靠拢，分压力。坯体中非结合水排出时，物料的颗粒彼此靠拢，因此发生体积收缩，故非结合水又称为收缩水。因此发生体积收缩，故非结合水又称为收缩水。2.物理化学结合水物理化学结合水存存在在于于坯坯体体微微毛毛细细管管(直直径径小小于于0.1)内内及及胶胶体体颗颗粒粒表表面面的的水水，与与坯坯体体结结合合比比较较牢牢固固，结结合合水水排排出出时时，坯坯体体表表面面水水蒸蒸汽汽的的分分压压小小于于坯坯体体表表面面温温度度下下的的饱饱和和水水蒸蒸汽汽分压力。分压力
4、。平平衡衡水水：干干燥燥过过程程中中当当坯坯体体表表面面水水蒸蒸汽汽分分压压力力等等于于周周围围干干燥燥介介质质的的水水蒸蒸汽汽分分压压力力时时，干干燥燥过过程程即即停停止止，水水分分不不能能继继续续排排出出，此此时时坯坯体体中中所所含含的的水水分分即即为为平平衡衡水水，平平衡衡水水是是结结合合水水的的一一部部分分，它它的的多多少少取取决决于于干干燥燥介介质质的的温度和相对湿度。温度和相对湿度。以以对对流流干干燥燥过过程程为为例例，坯坯体体的的干干燥燥过过程程可可以以分分为为：传传热热过过程程、外扩散过程、内扩散过程，外扩散过程、内扩散过程，3个过程同时进行又相互联系。个过程同时进行又相互联系
5、。传传热热过过程程：干干燥燥介介质质的的热热量量以以对对流流方方式式传传给给坯坯体体表表面面，又又以以传传导导方方式式从从表表面面传传向向坯坯体体内内部部的的过过程程。坯坯体体表表面面的的水水分分得得到到热热量量而而汽化，由液态变为气态。汽化，由液态变为气态。外外扩扩散散过过程程：坯坯体体表表面面产产生生的的水水蒸蒸汽汽，通通过过层层流流底底层层，在在浓浓度差的作用下，由坯体表面向干燥介质中移动。度差的作用下，由坯体表面向干燥介质中移动。内内扩扩散散过过程程：由由于于湿湿坯坯体体表表面面水水分分蒸蒸发发，使使其其内内部部产产生生湿湿度度梯梯度度，促促使使水水分分由由浓浓度度高高的的内内层层向向
6、浓浓度度较较低低的的外外层层扩扩散散，称称湿湿传传导导或湿扩散。或湿扩散。二、干燥过程二、干燥过程在在干干燥燥条条件件稳稳定定的的情情况况下下，假假定定干干燥燥过过程程中中坯坯体体不不发发生生化化学学反反应应，干干燥燥介介质质恒恒温温恒恒湿湿，则则坯坯体体表表面面温温度度、水水分分含含量量、干干燥燥速速率率与与时时间间有有一一定定的的关关系系，根根据据它它们们之之间间关关系系的的变变化化特特征征，可可以以将将干干燥燥过过程程分分为为:加加热热阶阶段段、等速干燥阶段、降速干燥阶段等速干燥阶段、降速干燥阶段3个过程（见下图）。个过程（见下图）。坯坯 体体 的的 表表面温度面温度坯体含水量坯体含水量
7、干燥速度干燥速度时间时间加热阶段：加热阶段：由于干燥介质在单位时间内传给坯体表面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。水分减少，干燥速率增加。等速干燥阶段：等速干燥阶段：Q由由于于坏坏体体含含水水分分较较高高，表表面面蒸蒸发发了了多多少少水水量量，内内部部就就能能补补充充多多少
8、少水水量量，即即坯坯体体内内部部水水分分移移动动速速度度等等于于表表面面水水分分蒸蒸发发速速度度，所所以以表表面维持潮湿状态。面维持潮湿状态。Q介介质质传传给给坯坯体体表表面面的的热热量量等等于于水水分分汽汽化化所所需需的的热热量量，所所以以坯坯体体表面温度不变，等于介质的湿球温度。表面温度不变，等于介质的湿球温度。Q坯坯体体表表面面的的水水蒸蒸汽汽分分压压等等于于表表面面温温度度下下饱饱和和水水蒸蒸汽汽分分压压，干干燥燥速率稳定，故称等速干燥阶段。速率稳定，故称等速干燥阶段。Q本本阶阶段段排排出出非非结结合合水水，故故坯坯体体产产生生体体积积收收缩缩，收收缩缩量量与与水水分分降降低低量量成成
9、直直线线关关系系，若若操操作作不不当当，干干燥燥过过快快，坏坏体体极极易易变变形形、开开裂裂、造成干燥废品。造成干燥废品。等速干燥阶段结束时，物料水分降低到等速干燥阶段结束时，物料水分降低到临界值临界值。降速干燥阶段：降速干燥阶段：由由于于坯坯体体含含水水量量减减少少，内内扩扩散散速速度度赶赶不不上上外外扩扩散散速速度度，表表面面不不再再维维持持潮潮湿湿，干干燥燥速速率率逐逐渐渐降降低低。由由于于表表面面水水分分蒸蒸发发所所需需热热量量减减少少，物物料料温温度度开开始始逐逐渐渐升升高高。物物料料表表面面水水蒸蒸汽汽分分压压小小于于表表面面温温度度下下饱饱和和水蒸汽分压。水蒸汽分压。此阶段是排出
10、结合水，坏体不产生体积收缩，不会产生干燥废品。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。当当物物料料水水分分下下降降等等于于平平衡衡水水分分时时，干干燥燥速速率率变变为为零零，干干燥燥过过程程终终止止。此此时时物物料料表表面面温温度度等等于于介介质质的的干干球球温温度度，表表面面水水蒸蒸汽汽分分压压等等于介质的水蒸汽分压。于介质的水蒸汽分压。降降速速干干燥燥阶阶段段的的干干燥燥速速度度，取取决决于于内内扩扩散散速速率率，故故又又称称内内扩扩散散控控制阶段，此时物料的结构、形状、尺寸等因素影响着干燥速率。制阶段，此时物料的结构、形状、尺寸等因素影响着干燥速率。三、影响干燥速度的因
11、素三、影响干燥速度的因素影响干燥速率的因素有：传热速率、外扩散速率、内扩散速率。影响干燥速率的因素有：传热速率、外扩散速率、内扩散速率。（一）加快传热速率（一）加快传热速率提提高高干干燥燥介介质质温温度度，如如提提高高干干燥燥窑窑中中的的热热气气体体温温度度，增增加加热热风风炉等，但不能使坯体表面温度升高太快，避免开裂；炉等，但不能使坯体表面温度升高太快，避免开裂；增增加加传传热热面面积积；如如改改单单面面干干燥燥为为双双面面干干燥燥，分分层层码码坯坯或或减减少少码码坯层数，增加与热气体接触面；坯层数，增加与热气体接触面；提高对流传热系数。提高对流传热系数。（二）影响内扩散的因素（二）影响内扩
12、散的因素水分的内扩散速率是由湿扩散和热扩散共同作用的。水分的内扩散速率是由湿扩散和热扩散共同作用的。1.热湿传导（热扩散）：由于温度差而引起的水分传导，水热湿传导（热扩散）：由于温度差而引起的水分传导，水分子由高温处向低温处移动。分子由高温处向低温处移动。2.湿传导：由于水分浓度差（湿度差）而引起的水分传导，湿传导：由于水分浓度差（湿度差）而引起的水分传导，水分子从高湿处向低湿处移动。水分子从高湿处向低湿处移动。影响生坯内扩散速度的主要因素：影响生坯内扩散速度的主要因素：组成坯体物料的性质；组成坯体物料的性质；生坯温度；生坯温度；坯体表面与内部的湿度差。坯体表面与内部的湿度差。热热湿湿传传导导
13、与与湿湿传传导导两两者者方方向向一一致致时时，则则热热湿湿传传导导起起加加速速的的作作用用，则则内内扩扩散散速速度度加加快快：反反之之热热湿湿传传导导起起阻碍作用，降低内扩散速度。阻碍作用，降低内扩散速度。（三）影响外扩散的因素（三）影响外扩散的因素当当干干燥燥处处于于等等速速干干燥燥阶阶段段时时，外外扩扩散散阻阻力力成成为为左左右右整整个个干干燥速率的主要矛盾。燥速率的主要矛盾。V=c(C表表-C介介)=p(P表表-P介介)=(T介介-T表表)/c-扩散速度系数扩散速度系数从空气给蒸发表面上的给热系数从空气给蒸发表面上的给热系数p蒸发系数蒸发系数在在T表表时蒸发时蒸发1Kg水分所需的热量水分
14、所需的热量N增增大大介介质质流流速速，减减薄薄边边界界层层厚厚度度等等，提提高高对对流流传传热热系系数数，也也可可提高对流传质系数；提高对流传质系数；N降低介质的水蒸汽浓度，增加传质面积。降低介质的水蒸汽浓度，增加传质面积。（四）其它影响因素（四）其它影响因素1.干燥方式：热分干燥方式：热分红外线干燥；微波红外线干燥；微波真空干燥等真空干燥等2.坯体的厚度和形状坯体的厚度和形状3.干燥器的结构及坯体在干燥器中的放置方式与位置干燥器的结构及坯体在干燥器中的放置方式与位置四、干燥制度的确定四、干燥制度的确定干干燥燥制制度度：根根据据产产品品的的品品质质要要求求来来确确定定干干燥燥方方法法及及其其干
15、干燥燥过过程程中中各各阶阶段段的的干干燥燥速速度度。（即即干干燥燥介介质质的的种种类类、温度、湿度、流量与流速等）温度、湿度、流量与流速等）1.干燥介质的温度与湿度干燥介质的温度与湿度坯体的性质坯体的性质2.干燥介质的流速与流量干燥介质的流速与流量520m/s第二节第二节 干燥方法干燥方法按干燥方法不同进行分类，可分为：按干燥方法不同进行分类，可分为：e对对流流干干燥燥，其其特特点点是是利利用用气气体体作作为为干干燥燥介介质质,以以一一定定的的速度吹拂坯体表面，使坯体得以干燥。速度吹拂坯体表面，使坯体得以干燥。e辐辐射射干干燥燥，其其特特点点是是利利用用红红外外线线、微微波波炉炉等等电电磁磁波
16、波的的辐辐射能，照射被干燥的坯体使其得以干燥。射能，照射被干燥的坯体使其得以干燥。e联联合合干干燥燥，其其特特点点是是综综合合利利用用2种种以以上上干干燥燥方方法法发发挥挥它它们们各各自自的的特特长长，优优势势互互补补，往往往往可可以以得得到到更更理理想想的的干干燥燥效效果。果。按干燥制度是否连续分为：间歇式干燥器和连续式干按干燥制度是否连续分为：间歇式干燥器和连续式干燥器。燥器。连续式干燥器按干燥介质与坯体的运动方向不同连续式干燥器按干燥介质与坯体的运动方向不同又分为：顺流、逆流和混流；又分为：顺流、逆流和混流；按干燥器的外形不同分为室式干燥器、隧道式干燥按干燥器的外形不同分为室式干燥器、隧
17、道式干燥器等。器等。一、建筑卫生陶瓷干燥器一、建筑卫生陶瓷干燥器恒温恒湿大空间干燥恒温恒湿大空间干燥卫卫生生洁洁具具的的坯坯体体在在微微压压之之后后水水分分为为18%左左右右，此此时时强度低，不宜搬动，一般采取就地干燥的方法。强度低，不宜搬动，一般采取就地干燥的方法。一一般般采采用用锅锅炉炉蒸蒸汽汽加加热热的的方方法法，它它的的特特点点是是燃燃料料成成本本低低，可可以以形形成成一一定定的的干干燥燥气气氛氛。缺缺点点:无无横横向向空空气气流流动动；排排湿湿功功能能差差，干干燥燥时时间间长长；无无通通风风系系统统，工工人人工工作作条条件件差差，能能源源消消耗耗大大等等。因因此此比比较较先先进进的的
18、“恒恒温温恒恒湿湿系系统统”被被采采用用。这这种种系系统统不不需需要要改改变变原原来来的的生生产产流流程程、生生产产工工艺艺，还还可可以以加速干燥速度，它的另一大特点是具有强制通风功能。加速干燥速度，它的另一大特点是具有强制通风功能。工频电干燥工频电干燥就就是是将将工工频频电电(50)通通过过坯坯体体，由由于于坯坯体体的的电电阻阻作作用用使使得得整整个个坯坯体体均均匀匀升升温温干干燥燥，达达到到了了既既升升温温又又无无温温度度梯度的目的。梯度的目的。缺缺点点是是干干燥燥前前的的准准备备工工作作很很麻麻烦烦，而而且且它它只只适适合合单单件产品干燥。件产品干燥。二、墙地砖干燥二、墙地砖干燥墙墙地地
19、砖砖的的坯坯体体从从压压机机出出来来后后一一般般都都是是由由窑窑炉炉的的余余热热来来进进行行干干燥燥，但但随随着着产产品品的的规规格格尺尺寸寸越越来来越越大大，最最大大达达1.222甚甚至至更更大大，厚厚度度越越来来越越厚厚，从从8增增大大到到60，靠靠窑窑炉炉的的余余热热已已经经不不能能满满足足干干燥燥的的要要求求。而而且且随随着着产产品品的的高高档档化化、色色彩彩多多样样化化，对对窑窑内内的的气气氛氛的的控控制制要要求求越越来来越越精精确确和和严严格格，用用余余热热来来干干燥燥坯坯体体时时，干干燥燥段段的的调调整整会会引引起起窑窑内内气气氛氛的的变变化化，甚甚至至增增加加窑窑炉炉烧烧成成燃
20、燃料料的的消消耗耗，有有的的增增加加12吨吨燃燃料料。于于是是便便出出现现了了立立式式干干燥燥器器、干干燥燥窑窑、多层干燥窑等。多层干燥窑等。干干燥燥窑窑干干燥燥窑窑是是直直接接加加在在烧烧成成窑窑之之前前，外外观观上上是是窑窑炉炉的的一一部部分分(称称为为预预热热带带)或或是是在在窑窑的的旁旁边边独独立立建建造造一一条条长长宽宽相相当当的的干干燥燥窑窑。坯坯体体从从压压机机出出来来或或施施釉釉后后出出来来直直接接进进入入干干燥燥窑窑干干燥燥，干干燥燥完完坯坯体体直直接接进进入入预预热热带带或或经经传传动动进进入入烧烧成成窑窑进进行行烧烧成成。它它由由热热风风炉炉、布布风风系系统统、窑窑体体结
21、结构构3个个部部分分组组成成，干干燥燥窑窑热热利利用用率率好好的的一一般般只只采采用用烧烧成成窑窑的的热热风风基基本本上上能能满满足足干干燥燥要要求求，有有的的差差一一点点或或要要求求干干燥燥水水分分低低一一点点的的，除除了了用用烧烧成成窑窑的的热热风风外外，还还需需要要另另外外烧烧热热风风炉炉，每每天天消消耗耗燃燃料料23。三、日用陶瓷干燥三、日用陶瓷干燥日日用用陶陶瓷瓷干干燥燥与与卫卫生生陶陶瓷瓷或或墙墙地地砖砖坯坯体体的的干干燥燥不不同同，其其特特点点是是：坯坯体体的的种种类类繁繁多多、数数量量大大、尺尺寸寸小小、形形状状复复杂杂，变变形形和和开开裂裂是是最最常常见见的的两两种种缺缺陷陷
22、；生生产产工工艺艺过过程程中中一一般般有有脱脱模模、翻翻坯坯、修修坯坯、接接把把、上上釉釉等等工工序序，多多为为流流水水作作业业。因因此此日日用用瓷瓷的的干干燥燥主主要要使使用用链链式式干干燥燥器器。根根据据链链条条的的布布置置方方式式可可分分为为:水水平平多多层层布布置置干干燥燥器器、水水平平单单层层布布置置干燥器、垂直干燥器、垂直(立式立式)布置干燥器。布置干燥器。四、远红外干燥技术四、远红外干燥技术大大部部分分物物体体吸吸收收红红外外的的波波长长范范围围都都在在远远红红外外区区，水水和和陶陶瓷瓷坯坯体体在在远远红红外外区区也也有有强强的的吸吸收收峰峰，能能够够强强烈烈地地吸吸收收远远红红
23、外外线线，产产生生激激烈烈的的共共振振现现象象，使使坯坯体体迅迅速速变变热热而而使使之之干干燥燥。且且远远红红外外对对被被照照物物体体的的穿穿透透深深度度比比近近、中中红红外外深深。因因此采用远红外干燥陶瓷更合理。此采用远红外干燥陶瓷更合理。远远红红外外干干燥燥比比一一般般的的热热风风、电电热热等等加加热热方方法法具具有有高高效效快快干干、节节约约能能源源、节节省省时时间间、使使用用方方便便、干干燥燥均均匀匀、占占地地面面积积小小等等优优点点，从从而而达达到到了了高高产产、优优质质、低低消消耗耗的的优优良良效果。效果。五、微波干燥技术五、微波干燥技术微微波波是是指指介介于于高高频频与与远远红红
24、外外线线之之间间的的电电磁磁波波，波波长长为为0.0011，频频率率为为300300000。微微波波干干燥燥是是用用微微波波照照射射湿湿坯坯体体，电电磁磁场场方方向向和和大大小小随随时时间间作作周周期期性性变变化化使使坯坯体体内内极极性性水水分分子子随随着着交交变变的的高高频频电电场场变变化化，使使分分子子产产生生剧剧烈烈的的转转动动，发发生生摩摩擦擦转转化化为为热热能能，达达到到坯坯体体整整体体均均匀匀升升温温、干干燥燥的的目目的的。微微波波的的穿穿透透能能力力比比远远红红外外线线大大得多，而且频率越小，微波的半功率深度越大。得多，而且频率越小，微波的半功率深度越大。微波干燥的特点：微波干燥
25、的特点：均匀快速。微波具有较大的穿透能力，加热表里同时进行，不管均匀快速。微波具有较大的穿透能力，加热表里同时进行，不管坯体的形状如何复杂，内部水分可以很快地被加热并直接蒸发出来，坯体的形状如何复杂，内部水分可以很快地被加热并直接蒸发出来，这使得坯体脱水快，脱模均匀，变形小，不易产生裂纹；这使得坯体脱水快，脱模均匀，变形小，不易产生裂纹；具有选择性，微波加热与物质的本身性质有关。在一定频率的微具有选择性，微波加热与物质的本身性质有关。在一定频率的微波场中，水由于其介质损耗比其它干物料大，故水分比其它物料的波场中，水由于其介质损耗比其它干物料大，故水分比其它物料的吸热量大得多；吸热量大得多；热效率高、反应灵敏，由于热量直接来自于干燥物料内部，热量热效率高、反应灵敏，由于热量直接来自于干燥物料内部，热量在周围介质中的损耗极少，加上微波加热腔本身不吸热，不吸收微在周围介质中的损耗极少，加上微波加热腔本身不吸热，不吸收微波，全部发射作用于坯体，热效率高。波，全部发射作用于坯体，热效率高。1.生生坯坯中中水水与与物物料料的的结结合合形形式式有有那那几几种种？干干燥燥阶阶段的目标。段的目标。2.干干燥燥过过程程分分几几个个阶阶段段，简简述述各各个个阶阶段段的的主主要要特特征？征？3.如何确定生坯的干燥制度？如何确定生坯的干燥制度？作业作业：