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耐火砖坯体的干燥
镐铪耐火 2018-01-15

    干燥是从湿物料中排除其所含水分的过程。潮湿物料或半成品在有热源存在的情况下,只要其表面的水蒸气分压大于周围介质中水蒸气的分压,物料表面的水蒸气就会向介质中扩散,这个过程称为外扩散。在物体表面的水蒸气扩散后,表面的水分又被气化,同时吸收热量。与此同时,固体内部的水分在浓度差的推动下移至表面,此过程称为内扩散。因此,整个干燥过程中由蒸发、内扩散和外扩散所组成,它包括了热量与物质的传递,是一个传热、传质的综合过程。

    物料的干燥方法分为两种:自然干燥和人工干燥。自然干燥是将物料堆放在棚屋或室外晒场上,利用大气为介质,在自然条件下的干燥。此方法的特点是不需专门的设备,也不消耗动力和燃料。但是干燥速度慢,产量低,劳动强度高,操作条件差,且受气候影响较大。人工干燥就是将湿物料放在专门的干燥设备中,在特定的干燥介质中进行干燥。其特点是速度快,产量高,能人为控制干燥条件,便于实现自动化,但要消耗动力和燃料。

    研究耐火砖干燥过程的目的,一定要在保证干燥质量的前提下,强化干燥过程,尽可能提高干燥速度;二是在保证质量、产量的前提下尽可能降低能耗。而物料的干燥过程与物料中水的存在形式有关,下面主要介绍物料中水的存在形式、物料的干燥过程、影响干燥的因素等。

物料中的水分

    物料中的水分按照不同的分类方法,其名称不同。分类方法主要包括:水在物料中的存在形式、水与物料结合的强弱以及物料在干燥过程中水分排除的难易和限度等。

A水分与物料的结合方式

    按照水和物料的结合方式可将所含水分分为化学结合水、物理化学结合水以及机械结合水。

(1)化学结合水。化学结合水通常以结晶水的形态存在于物料的矿物分子组成中,如高岭土中的结晶水等。化学结合水与物料结合得最牢固,一般需要较高的温度才能排除,如高岭土中的结晶水需在400-500℃时才能被分解出来,这已不属于干燥范围,所以在干燥中可以不考虑。

(2)物理化学结合水。物理化学结合水包括物理表面吸附作用形成的水膜及水与物料颗粒形成的多分子和单分子吸附层水膜,统称为吸附水;通过细胞半透壁的渗透水;微孔(半径小于10-5cm)毛细管水等。物理化学结合水中以吸附水与物料的结合最强,吸附水中又以单分子水膜与物料结合的最牢固,其次是多分子水膜和表面吸附水膜。干物料在吸收吸附水时呈放热效应,借此现象可用实验方法测定物料吸附水的含量。

    渗透水是由于物料组织壁内外间水分浓度差产生的渗透压造成的,如纤维皮、壁所含水分。微毛细管水与物料结合的牢固程度随毛细管半径的减小而加强,因毛细血管力的作用,重力不能使微毛细管水运动。

    物理化学结合水与物料结合的牢固程度较化学结合水弱,在干燥过程中可以排除,所以又可称为大气吸附水。物理化学结合水产生的蒸汽压小于同温度下自由液面的饱和蒸汽压。

(3)机械结合水。机械结合水包括物料的润湿水、空隙水及粗孔(半径大于10-5cm)毛细管水等。这类水基本上与物料呈机械混合状态,结合牢固性最弱,在干燥过程中首先被排除。机械结合水在蒸发时,物料表面的水蒸气分压等于同温度下饱和水蒸汽压。机械结合水中的空隙水和粗孔毛细管水排除后,物料颗粒互相靠拢,体积收缩,产生收缩应力,故这部分水又称收缩水。

    物料中含水形式的种类与物料的性质和结构有关。有的物料,如黏土、高岭土等,上述三种形式的水都存在。而有些物料,如沙子等,仅含一种或两种形式的水分。

B平衡水分与自由水分

    根据在一定干燥条件下,物料中的水分能否用干燥方法去除,可将物料中的水分分为平衡水分与自由水分。

A平衡水分

    湿物料在干燥过程中,在一定温度下,其表面的水蒸气分压与干燥介质中的水蒸气分压达到动态平衡时,物料中的水分就不会因时间延长发生变化,而是维持一定值。这时物料中的水分称为该物料在此干燥条件下的平衡水分。它是在该条件下物料干燥不能排除的极限水分,与干燥时间无关。显然,平衡水分不是一定值,它与干燥介质的状态及物料的性质有关。当干燥介质状态相同,多孔吸湿物料,如木材,其平衡水分较高;不吸湿物料如黄砂,其平衡水分较低。同一物料,平衡水分与干燥介质的温度及相对湿度有关。介质的温度一定时,仅与相对湿度有关。相对湿度越低时物料的平衡水分亦低。物料的平衡水分与干燥介质相对湿度之间的关系曲线称为平衡水分曲线,可由实验测得。

B自由水分

    物料中高于平衡水分的那部分水分称为自由水分,它是在一定干燥条件下可以通过干燥方法去除的水分。物料中的水为平衡水与自由水之和。

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