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干燥

2023-03-23 21:06自然百科人已围观

[拼音]：ganzao

[外文]：drying

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。

原理

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）。

将湿物料置于温度、湿度和气速都恒定的气流中，物料中的水分将逐渐降低。由实验可测得干燥速率 N与物料含水量x的关系曲线(图2)，此曲线称为干燥速率曲线。干燥速率为单位时间内单位物料表面汽化的水量，即：

式中G为绝对干物料的质量；A为暴露于气流中的物料表面积；x为物料的含水量；τ为干燥时间。从图示的干燥速率曲线可知：湿物料的干燥过程分为恒速干燥和降速干燥两个阶段，分界点的含水量称为临界含水量x_c。临界含水量不仅取决于物料的性质和结构，还与气速、温度和湿度以及干燥器的类型有关。在恒速干燥阶段，物料的含水量大于临界含水量，物料表面布满非结合水分。若热量的供应仅来自热气体，则物料的表面温度等于气体的湿球温度。此阶段的干燥速率与物料的性质和含水量无关，仅取决于干燥器的结构以及气体的流速和性质。恒速干燥阶段所汽化的水分，全部为非结合水分。在降速干燥阶段，物料的含水量低于临界含水量，干燥速率的变化规律与物料的性质和结构尤其是水分的存在方式有关。这时水分在固体物料内部的扩散起重要作用。减薄物料的厚度或减小其粒度，能够有效地提高干燥速率。降速干燥阶段汽化除去的水分包括剩余的非结合水分和部分结合水分。物料的温度在干燥过程中逐渐升高。

分类

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。

操作评价

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。

参考文章