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干燥

泛指从湿物料中除去水分或其他湿分的各种操作。如在日常生活中将潮湿物料置于阳光下曝晒以除去水分,工业上用硅胶、石灰、浓硫酸等除去空气、工业气体或有机液体中的水分(见减湿)。在化工生产中,干燥通常指用热空气、烟道气以及红外线等加热湿固体物料,使其中所含的水分或溶剂汽化而除去,是一种属于热质传递过程的单元操作。干燥的目的是使物料便于贮存、运输和使用,或满足进一步加工的需要。例如谷物、蔬菜经干燥后可长期贮存;合成树脂干燥后用于加工,可防止塑料制品中出现气泡或云纹;纸张经干燥后便于使用和贮存。干燥操作广泛应用于化工、食品、轻工、纺织、煤炭、农林产品加工和建材等各部门。

在一定温度下,任何含水的湿物料都有一定的蒸气压,当此蒸气压大于周围气体中的水汽分压时,水分将汽化。汽化所需热量,或来自周围热气体,或由其他热源通过辐射、热传导提供。含水物料的蒸气压与水分在物料中存在的方式有关。物料所含的水分,通常分为非结合水和结合水。非结合水是附着在固体表面和孔隙中的水分,它的蒸气压与纯水相同;结合水则与固体间存在某种物理的或化学的作用力,汽化时不但要克服水分子间的作用力,还需克服水分子与固体间结合的作用力,其蒸气压低于纯水,且与水分含量有关。在一定温度下,物料的水分蒸气压p同物料含水量x(每千克绝对干物料所含水分的千克数)间的关系曲线称为平衡蒸气压曲线(图1),一般由实验测定。当湿物料与同温度的气流接触时,物料的含水量和蒸气压下降,系统达到平衡时,物料所含的水分蒸气压与气体中的水汽分压相等,相应的物料含水量x*称为平衡水分。平衡水分取决于物料性质、结构以及与之接触的气体的温度和湿度。胶体和细胞质物料的平衡水分一般较高,通过干燥操作能除去的水分,称为自由水分(即物料初始含水量x1与x*之差)。

根据热量的供应方式,有多种干燥类型:

①对流干燥

使热空气或烟道气与湿物料直接接触,依靠对流传热向物料供热,水汽则由气流带走。对流干燥在生产中应用最广,它包括气流干燥、喷雾干燥、流化干燥、回转圆筒干燥和厢式干燥等。

②传导干燥

湿物料与加热壁面直接接触,热量靠热传导由壁面传给湿物料,水汽靠抽气装置排出。它包括滚筒干燥、冷冻干燥、真空耙式干燥等。

③辐射干燥

热量以辐射传热方式投射到湿物料表面,被吸收后转化为热能,水汽靠抽气装置排出,如红外线干燥。

④介电加热干燥

将湿物料置于高频电场内,依靠电能加热而使水分汽化,包括高频干燥、微波干燥。在传导、辐射和介电加热这三类干燥方法中,物料受热与带走水汽的气流无关,必要时物料可不与空气接触。

评价干燥操作的指标,主要是干燥产品质量和干燥操作的经济性。干燥产品的质量指标,不仅是产品的含水量,还有各种工艺要求。例如:蔬菜的干燥要求不破坏营养成分,并保持原来的多孔结构;木材的干燥要求产品不扭曲燥裂;热敏物料的干燥则要求不变质等。干燥是能量消耗很大的操作,单位产品所消耗的能量,是衡量经济性的一个指标。对于对流干燥,热量的利用通常用热效率来衡量。干燥操作的热效率,是指用于水分汽化和物料升温所耗的热量占干燥总热耗的分率。提高热效率的途径,除了减少设备热损失外,主要是降低废气带走的热量。为此应尽量降低气流的出口温度,或设置中间加热器以减少气体的用量。衡量干燥操作经济性的另一指标是干燥器的生产强度(单位干燥器体积或单位干燥面积所汽化的水量或生产的产品量)。为此应设法提高干燥速率

干燥操作的成功与否,主要取决于干燥方法和干燥器的选择是否适当。要根据湿物料的性质、结构以及对干燥产品的质量要求,比较各种干燥方法和设备的特性,并参照工业实践的经验,才能做出正确的决定。

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