坯体的干燥docx

坯体的干燥 本部分讲授内容 3 1 概述 3 2 干燥过程 3 3 干燥制度的制定 3 4 干燥方法及设备 3 5 干燥缺陷的产生及排除 3 1 概述 干燥定义 使含水物料 如湿坯 原料 泥浆等 中的液体水汽化而 排除的过程 称为干燥 完成干燥过程的机械设备 称干燥器 一般 人们把采用热物理方法去湿的过 程称为 干燥 其特征是采用加热 降温 减压或其它能量传递的方式使物料中的湿分产生挥 发 冷凝 升华等相变过程与物体分离以达到 去湿目的 传统工业的干燥技术有 厢式干燥 隧道干燥 转筒干燥 转鼓干燥 带式干 燥 盘式干燥 浆叶式干燥 流 化床干燥 喷动床干燥 喷雾干燥 气流干燥 真空冷冻 干燥 太阳能干燥 微波干燥和高频干燥 红外热辐射干 燥等 近年来的新型干燥技术 脉冲干燥 对撞干燥 冲击 穿透干燥 声波场干燥 超临界流体干燥 过热蒸汽干燥 接触吸附干燥等 为什么要干燥 对于陶瓷坯体而言 干燥的主要目的在于 提高生坯强度 便于后续工艺的进行 提高釉浆的吸附能力 使坯体具有较小的入窑水分 提高烧成速度 减少能耗 提高产品的质量 知识延伸 干燥的地位与作用 干燥利于产品的储藏 运输和使用 干燥利于提高产品的质量和价值 减轻劳动强度 降低成本和能源消耗 发达国家的干燥的能耗占工业能耗的 14 有些行 业的干燥能耗甚至占到生产 总耗能的 35 我国 2001 年干燥设备制造业创 17 亿元的产值 相当 于 1986 年的 24 倍 出 口总值达 2000 万元人民币 干燥技术 坯体中水的类型 一定干燥条件下 物料中 的水分按能否除 可分为自由水 分和平衡水分 干燥过程中可除去部分称 为自由水分 物料中的水分是自由水与 平衡水之和 传质传热过程 干燥过程既是传热过程 又是传质过程 传热过程 通过物料表面将热传给物 料 再以传导的方式 向内部传送 物料表面水分获得热量后汽化 传质过程 物料表面的水蒸气向干燥介质中移动的气相传 质 外扩散过程 内部水向表面扩散的内部传质 内扩散过 程 3 2 干燥过程 外扩散 表面蒸发 内扩散 表面水分蒸发后 坯体内部的水分移动分为湿传导和热湿传导 湿传导 水分梯度 水分移动 热湿传导 温度梯度 水分移动 干燥过程可分为四个阶段 1 升速阶段 短时间内 坯体表面被加热到等于干燥介质湿球温度的温度 水分蒸发速度很 快增大 到 A 点后 坯体吸收的热量和蒸发水分耗去的热量相等 时间短 排 除水量不大 2 等速干燥阶段 坯体表面蒸发的水分由内部向坯体表面源不断补充 坯体表面总是保持湿润 干燥速度不变 坯体表面温度保持不变 水分自由蒸发 到 B 点后 坯体内部 水分扩散速度开始小于表面蒸发速度 坯体水分不能全部润湿表面 开始降速 阶段 体积收缩不大 B 临界水分点 3 降速干燥阶段 表面停止收缩 继续干燥仅增加坯体内部孔隙 干燥速度下降 热能消耗下降 坯体表面温度提高 4 平衡阶段 坯体表面水分达到平衡水分时 干燥速度为 0 干燥最终水分取决 与干燥介质的温度和湿度 干燥速度取决与内部扩散速度和表面汽化速度两个过程 最终含水率的影响因素 最终含水率与周围介质的温度 相对湿度和坯料组成有关 最终含水率过高 则坯体强度不够 降低窑炉 效率 过低则在干燥后坯体 会在大气中吸湿 或在 施釉过程中急剧吸水 造成坯体表面膨胀 是施釉 后 开裂的主要原因之一 3 3 干燥制度的制定 干燥制度 达到一定的干燥速度 各个干燥阶段 应选用的干燥参数 最佳干燥制度 最短时间内获得无干燥缺陷的生 坯的 制度 3 3 1 影响干燥速度的因素 1 影响内扩散的因素 内因 含水率 生坯组成 结构等 水分降低 收缩降低 内扩散速度提高 引入阳离子可提高内扩散速度 保证一 定的强度 外因 温度 温度提高 毛细管表面张力下降 内扩散速度提 高 应保证温度 梯度 湿度梯度一致 2 影响外扩散的因素 干燥介质及生坯表面蒸汽分压 干燥介质及生坯表面温度 干燥介质的流速和方 向及生坯表面粘滞气膜的厚度 热量的供给方式等 3 其他影响因素 坯体形状 尺寸 干燥器的结构类型 3 3 2确定干燥介质参数的依据 调节干燥介质温度 湿度 空气的流速 流量 1 干燥介质的温度 坯体含水量高 形状复杂 温度内外不均匀 存在 温度梯度 产生热应力 造成干燥缺陷 因此干燥温度不 应过高 坯体含水量低 形状简单 薄壁 快速干燥 温度提高 热效率下降 链式干燥与干燥介质温度 40 60 快速干燥 100 2 干燥介质的湿度 第一阶段 高湿低温预热坯体40 第二阶段 温度不太高相对湿度不过 低 不再收缩为止 最终阶段 高温低湿 15 3 干燥介质的流速流量 外扩散 空气的流速 流量 温度不宜很高 可加大 空气的流速和流量 高速均匀的热风可使干燥速度提高 回顾 1 干燥的定义 干燥是排除哪种水 2 干燥过程分为哪几个阶段 3 干燥过程既是什么过程 又是什么过程 3 4 干燥方法及设备 干燥方法 自然干燥 人工干燥 人工干燥 热空气干燥 工频电干燥 直流电干燥 辐射干燥 综合干燥 等 自然对流干燥 以空气 大气 作为干燥介质 由于空气密度不同而引起对流 进行干燥 多用 于泥料和成型后湿坯的干燥 烘干房 利用热风干燥 乡镇陶瓷厂 个体户企业 1 热空气干燥 利用热空气对流传热作用 干燥介质 热空气 将热量传给坯体 或泥浆 使坯体的水分蒸发而干燥的方法 设备简单 热源易于获得 温度和流速易于控制调节 若采用高速定位热空气 喷射 还可进行快速干燥 热空气的来源一般是利用隧道窑余热 也可用锅炉产生的水蒸汽或燃烧室产生 的烟气将冷空气加热到预定的温度 室式干燥 隧道式干燥 链式干燥 喷雾 干燥 热泵干燥等 三种基本工艺制度及其特征与适应对象 1 低湿高温干燥 整过程保持低湿高温 坯体水分蒸发快 坯体传热慢 内 外温差大 易产生缺 陷 只适应小件 薄壁和收缩小坯体 2 低湿逐渐升温干燥 始终保持较低湿 并渐升温 内外温差不大 干速较慢 较安全 缺陷少 适应广 大件 厚壁坯 3 控制湿度干燥 初期高湿 以传热 均匀加热后 适当降湿度 内外温一致 内外扩散顺利 干燥较快 可避免变形和开裂 湿度不能太低 理想安全方法 特适合大而厚坯体 2 室式干燥 将湿坯放在设有坯架和加热设备的干燥室 中进行干燥 特点 干燥缓和 间歇式操作 对不同类型 的坯体可采用不同的干燥制度 但 热效低 周期长 干燥效果不易控制 人工运输的破 损率较高 加热干燥介质的方法 地坑 暖气 热风等 对小型薄壁日用瓷坯可采用高温低湿热空气进行干燥 但对大型厚壁坯应采用 低温高湿法使坯体均匀受热升温 避免由于内外收缩不均 导致破裂 3 隧道干燥 坯体受热均匀 不易开裂 热利用率高 生产效率高 便于调节控制 干燥效 果稳定 注意 应避免干燥介质气体的出口温度过低以 致水汽冷凝在已干燥的坯体表面 造成制品缺陷 进口处的湿坯温度一定要高于气体出口处 的气体温度 占地面积大 干燥速度较慢 热量有损失 链式干燥 将湿坯放置在挠性牵引机构的吊篮上或利用链条运载坯体在弯曲的轨链 道上传 送进行干燥 对于日用瓷 可按照成型 湿坯干燥 定位脱模 再干燥 修坯 再干燥的工艺进行合理设计 借助挠性牵引机构形成自动或半自动化的成型 干 燥工艺流水线 与国外比较 国内热风链式干燥机的缺点 干燥效率不高 国内干燥机每蒸发 1kg 水所消耗的热 量为 7531 12552kJ 而 国际水平为 4184 5858kJ 国内干燥所需时间为 45 240min 所需模型数 500 1200 个 而国外为 10 20min 模型数 70 80 个 占地面积大 消耗钢材多 一台干燥机所需钢材约 18 30t 购进一台干燥 机需投资 16 25 万元 隧道窑冷却带提高的热量不足以满足坯体干燥所需 的热量 还需蒸汽补充 增加了成本 辊道传送式干燥 1984 年开始使用 主要干燥墙地砖坯体 与辊底窑合为一体 上层辊道煅烧产品 下层辊道干燥坯体 坯体均匀干燥 干燥效率高 能实现快 速干燥 干燥周期为 20 40min 干燥温度 120 160 喷雾干燥器 喷雾干燥塔 供浆系统 热风系统 除尘系统 控制系统 等静压成型 热泵干燥 节约能源 热泵干燥系统的外 形和容积没有任何限制 脱水器可随 干燥 器形状的变化而变化 比较灵活 脉冲干燥 干燥墙地砖物料 将干燥坯体两端加上电压 通过交变电流 湿坯相当于电阻并联在电路中 电流通过时 坯体内部产生热量 使水分蒸发而干燥 属内热式干燥法 加快水分内 扩散的速度而干燥坯体 将生坯放在直流电场中 使其在电场力作用下 按特定的方向析出水分 从而 改变坯体内水分的分布情况 产生较好的干燥效果 这种干燥与热效应关系不大 因 为湿坯通上直流电后 水分立即从负 极析出 并排出坯体外 由于坯体中存在溶解于水的正离子 K Na Ca2 H3O etc 在外 电场作用下 正离子带动水分子向负极移动 从而使水分析出 随着时间增加 脱水速率逐渐下降 直流电干燥的优缺点 水分以液体形式排出 坯体内水分分布均 匀 因此 内应力很少 对于形状复杂的制品 不会出现变形开裂 干燥时间短 干燥速度快 只能除去大部分水 不能完全干燥 所以 与其它方法合用 4 辐射干燥 由热源直接将电磁波辐射到湿坯上 并转化为热能 将坯体干燥 辐射器可用电加热 如红外灯泡 或镍铬发热体 也可采用金属或陶 瓷辐射 器 它们被加热至 800 850 后便发射红外光谱 辐射干燥不需要任何干燥介质 被干燥的物质吸收由热源直接辐射来的电磁 波 光 再次转变为热能进行干燥 因此 热在传递过程中无损失或者极少损耗 辐射干燥时的干燥速度可以按下式计算 一般干燥 过程 食品首先外部受热干燥 然后向内部传递 而热量传递 与水分扩散 传递的方向相反 结果 热量向内层传递愈来愈慢 水分向外层传递也愈来愈慢 微波加热 过程 内部加热 物品的最内层首先干燥 最内层水分蒸发迁 移至次内层 外层 结果 水分由内层向外层的迁移速度很快 即干燥速度比一般 的干燥速度 快很多 特别是在物料的后续干燥阶段 特点 1 加热速度快微波加热是内部加热 不靠热传导的作用 因此可以令物体内部温度迅速提高 所需加热时间短 一 般只需常规方法的 1 10 一 1 l00 的时间就可完成整个加 热过程 2 加热均匀性好微波加热是内部加热 容易达到均匀加热 的目的 避免了 表面硬化及不均匀等现象的发生 3 加热易于瞬时控制微波加热的热惯性小 可以立即发热 和升温 易于控 制 有利于配制自动化流水线 4 选择性吸收 微波吸收与物质的介电系数有关 水的介电系数 高 这有利于水分的蒸发 干 物质吸收的微波能 少 温度低 不过热 而且加热时间又短 因此 能够保持 食品的色 香 味等 5 加热效率高 由于加热作用始自加工物料本身 基本上不辐射 散热 所以 热效率高 热效率可达到 80 辐射干燥的优点 能保证坯体清洁 设备结构简单 易于实现自动化控制 干燥速度较快 干燥较均匀 很少发生变形和开裂 由于干燥时间缩短 还可节约石膏模 远红外干燥的特点 干燥速度快 辐射与干燥几乎同时开始 无 明显的预热阶段 因此效率很高 节约能源 虽然单位时间能耗较大 但单位 坯体所需能耗较小 设备小巧 造价低 占地面积小 费用低 干燥效果好 热 湿传导方向一致 坯体受热均匀 不易产生干燥缺陷 根据坯体的不同干燥阶段的特点 将几种干燥方法综合起来 取长补 短 达到 事半功倍的效果 综合干燥是一种强化干燥方法 生坯快速干燥而不致出现干燥缺陷 辐射干燥和热空气对流干燥相结合 电热干燥与红外干燥 热风干燥相结合 热风干燥 坯体表面与地面的干燥温差大 水分蒸发不均 表面易形成微裂纹 且翘曲变形大 产品合格率降低 微波干燥坯体表面也易形成微裂纹 两者干 燥时间都很长 陶瓷干燥新工艺 日本发明了一种陶瓷干燥新工艺 该工艺利用蒸汽与电介质 加热相结合的技 术 也就是将坯体置于干燥箱内密闭 在电介质 加热的同时 供入饱和蒸汽 待内部加热一定时间后 停止供入 饱和蒸汽 缓慢减压 达到所定真空度 并 保持在该真空状态下 干燥 因此可有效调节水分由坯体内部迁移至表面蒸发的 速度 大幅度缩短干燥时间 而且坯体水分蒸发程度均一 表面不会出 现微 裂纹 翘曲变形也小 产品合格率提高 有利于确保产品质 3 4 3 综合干燥 大型注浆坯 电热干燥与远红外线干燥 日用瓷 红外线与对流干燥结合 交替进行 加速内扩散和外扩散 3 5 干燥缺陷的产生及排除 高于临界含水率的生坯干燥时 收缩必不可免 收缩不均则使生坯变形 应力 过大 则会使生坯开裂 3 5 1 引起坯体内部干燥不均 应力集中或应力分布不均一的内部因素 1 坯体配方中塑性粘土含量不当 过多或不足 泥料 颗粒级配不合理 混合 不均匀 2 坯体含水量过高 或水份分布不均一 3 练泥或成型时所形成的坯体内颗粒定向排列引起干 燥收缩不均衡 4 成型时受压不均匀 坯体各部位密实程度不一致 导致坯体各部位的收缩 率也不 致 5 练泥或成型时坯体内所产生的应力未能完全 消除 在干燥中释放出来引起变形 6 泥料在练泥机处理中已发生