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1、第五章 干 燥 干燥是陶瓷生产工艺中非常重要的工序之一，不但关系着陶瓷的产品质量及成品率，而且影响陶瓷企业的整体能耗。据统计，干燥过程中的能耗占燃料总消耗的15%，故干燥过程的节能是关系到企业节能的大事。 陶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。,第一节 干燥原理和干燥过程一、坯体中水的结合形式 物理水：结合水与非结合水分为 化学水：包括结构水和结晶水 干燥过程只涉及物理水,1. 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。坯体中非结
2、合水的蒸发就像自由液面上水的蒸发一样，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。,2. 物理化学结合水 存在于坯体微毛细管(直径小于0.1)内及胶体颗粒表面的水，与坯体结合比较牢固，结合水排出时，坯体表面水蒸汽的分压小于坯体表面温度下的饱和水蒸汽分压力。 平衡水：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即为平衡水，平衡水是结合水的一部分，它的多少取决于干燥介质的温度和相对湿度。,以对流干燥过程为例，坯体的干燥过程可
3、以分为：传热过程、外扩散过程、内扩散过程，3个过程同时进行又相互联系。 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。 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，促使水分由浓度高的内层向浓度较低的外层扩散，称湿传导或湿扩散。,二、干燥过程,在干燥条件稳定的情况下，假定干燥过程中坯体不发生化学反应，干燥介质恒温恒湿，则坯体表面温度、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
4、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（见下图）。,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： 由于坏体含水分较高，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等于表面水分蒸发速度，所以表面维持潮湿状态。 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
5、等速干燥阶段。 本阶段排出非结合水，故坯体产生体积收缩，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。,降速干燥阶段： 由于坯体含水量减少，内扩散速度赶不上外扩散速度，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衡水分时，干燥速率变为零，干燥过程终止。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
6、燥速度，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。,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。（一）加快传热速率 提高干燥介质温度，如提高干燥窑中的热气体温度，增加热风炉等，但不能使坯体表面温度升高太快，避免开裂； 增加传热面积；如改单面干燥为双面干燥，分层码坯或减少码坯层数，增加与热气体接触面； 提高对流传热系数。,（二）影响内扩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。 1. 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。 2. 湿传导：由于水分浓度差（湿度差）而引
7、起的水分传导，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： 组成坯体物料的性质； 生坯温度； 坯体表面与内部的湿度差。 热湿传导与湿传导两者方向一致时，则热湿传导起加速的作用，则内扩散速度加快：反之热湿传导起阻碍作用，降低内扩散速度。,（三）影响外扩散的因素 当干燥处于等速干燥阶段时，外扩散阻力成为左右整个干燥速率的主要矛盾。 V=c(C表-C介)=p(P表-P介)=(T介-T表)/c-扩散速度系数 从空气给蒸发表面上的给热系数p蒸发系数 在T表时蒸发1Kg水分所需的热量 增大介质流速，减薄边界层厚度等，提高对流传热系数，也可提高对流传质系数；降低介质的水蒸汽浓度，增加传质面积
8、。,（四）其它影响因素1. 干燥方式：热分红外线干燥；微波真空干燥等2. 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,四、干燥制度的确定 干燥制度：根据产品的品质要求来确定干燥方法及其干燥过程中各阶段的干燥速度。（即干燥介质的种类、温度、湿度、流量与流速等）1. 干燥介质的温度与湿度 坯体的性质2. 干燥介质的流速与流量 520m/s,第二节 干燥方法,按干燥方法不同进行分类，可分为： 对流干燥，其特点是利用气体作为干燥介质,以一定的速度吹拂坯体表面，使坯体得以干燥。 辐射干燥，其特点是利用红外线、微波炉等电磁波的辐射能，照射被干燥的坯体使其得以干燥。 联合干燥，其特点
9、是综合利用2种以上干燥方法发挥它们各自的特长，优势互补，往往可以得到更理想的干燥效果。,按干燥制度是否连续分为：间歇式干燥器和连续式干燥器。 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； 按干燥器的外形不同分为室式干燥器、隧道式干燥器等。,一、建筑卫生陶瓷干燥器 恒温恒湿大空间干燥 卫生洁具的坯体在微压之后水分为18%左右，此时强度低，不宜搬动，一般采取就地干燥的方法。 一般采用锅炉蒸汽加热的方法，它的特点是燃料成本低，可以形成一定的干燥气氛。缺点:无横向空气流动；排湿功能差，干燥时间长；无通风系统，工人工作条件差，能源消耗大等。因此比较先进的“恒温恒湿系统”被采用。这
10、种系统不需要改变原来的生产流程、生产工艺，还可以加速干燥速度，它的另一大特点是具有强制通风功能。,工频电干燥 就是将工频电(50)通过坯体，由于坯体的电阻作用使得整个坯体均匀升温干燥，达到了既升温又无温度梯度的目的。 缺点是干燥前的准备工作很麻烦，而且它只适合单件产品干燥。,二、墙地砖干燥 墙地砖的坯体从压机出来后一般都是由窑炉的余热来进行干燥，但随着产品的规格尺寸越来越大，最大达1.222甚至更大，厚度越来越厚，从8增大到60，靠窑炉的余热已经不能满足干燥的要求。而且随着产品的高档化、色彩多样化，对窑内的气氛的控制要求越来越精确和严格，用余热来干燥坯体时，干燥段的调整会引起窑内气氛的变化，甚
11、至增加窑炉烧成燃料的消耗，有的增加12吨燃料。于是便出现了立式干燥器、干燥窑、多层干燥窑等。,干 燥 窑 干燥窑是直接加在烧成窑之前，外观上是窑炉的一部分(称为预热带)或是在窑的旁边独立建造一条长宽相当的干燥窑。坯体从压机出来或施釉后出来直接进入干燥窑干燥，干燥完坯体直接进入预热带或经传动进入烧成窑进行烧成。它由热风炉、布风系统、窑体结构3个部分组成，干燥窑热利用率好的一般只采用烧成窑的热风基本上能满足干燥要求，有的差一点或要求干燥水分低一点的，除了用烧成窑的热风外，还需要另外烧热风炉，每天消耗燃料23。,三、日用陶瓷干燥 日用陶瓷干燥与卫生陶瓷或墙地砖坯体的干燥不同，其特点是：坯体的种类繁多
12、、数量大、尺寸小、形状复杂，变形和开裂是最常见的两种缺陷；生产工艺过程中一般有脱模、翻坯、修坯、接把、上釉等工序，多为流水作业。因此日用瓷的干燥主要使用链式干燥器。根据链条的布置方式可分为:水平多层布置干燥器、水平单层布置干燥器、垂直(立式)布置干燥器。,四、远红外干燥技术 大部分物体吸收红外的波长范围都在远红外区，水和陶瓷坯体在远红外区也有强的吸收峰，能够强烈地吸收远红外线，产生激烈的共振现象，使坯体迅速变热而使之干燥。且远红外对被照物体的穿透深度比近、中红外深。因此采用远红外干燥陶瓷更合理。 远红外干燥比一般的热风、电热等加热方法具有高效快干、节约能源、节省时间、使用方便、干燥均匀、占地面
13、积小等优点，从而达到了高产、优质、低消耗的优良效果。,五、微波干燥技术 微波是指介于高频与远红外线之间的电磁波，波长为0.0011，频率为300300000。微波干燥是用微波照射湿坯体，电磁场方向和大小随时间作周期性变化使坯体内极性水分子随着交变的高频电场变化，使分子产生剧烈的转动，发生摩擦转化为热能，达到坯体整体均匀升温、干燥的目的。微波的穿透能力比远红外线大得多，而且频率越小，微波的半功率深度越大。,微波干燥的特点： 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，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； 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，不吸收微波，全部发射作用于坯体，热效率高。,1. 生坯中水与物料的结合形式有那几种？干燥阶段的目标。 2. 干燥过程分几个阶段，简述各个阶段的主要特征？ 3. 如何确定生坯的干燥制度？,作业：,
