物料與水分的結(jié)合方式

　　根據(jù)物料中所含水分去除的難易程度分為下列兩種：

　　(1)、非結(jié)合水分：

　　非結(jié)合水分包括存在于物料表面的潤濕水、孔隙水等物料與水分直接接觸時，被物料吸收的水分。由于與物料的結(jié)合強度小，故易于去除。

　　(2)、結(jié)合水分：

　　包括物料細(xì)胞或纖維管璧及毛細(xì)管中所含的水分。這種水分又可細(xì)分為化學(xué)結(jié)合水、物理化學(xué)結(jié)合水和機械結(jié)合水。其中，化學(xué)結(jié)合水主要包括結(jié)晶水，結(jié)合強度大，故難以去除，脫去結(jié)晶水的過程不屬于干燥過程;物理化學(xué)結(jié)合水包括吸附、滲透和結(jié)構(gòu)的水分，吸附水與物料的結(jié)合最強，水分既可被物料的外表面吸附，也可吸附于物料的內(nèi)部表面，在吸附水分結(jié)合時有熱量放出，脫去時則需吸收熱量，滲透水分與物料的結(jié)合是由于物料組織壁的內(nèi)外溶解物的濃度有差異而產(chǎn)生的滲透壓所造成，結(jié)合強度相對弱小，結(jié)構(gòu)水分存在于物料組織內(nèi)部，在膠體形成時將水結(jié)合在內(nèi)，此類水分的離解可由蒸發(fā)、外壓或組織的破壞;機械結(jié)合水分包括有毛細(xì)管水分等，毛細(xì)管水分存在于纖維或微小顆粒成團的濕物料中，它與物料的結(jié)合強度較弱。

　　含結(jié)合水分的物料稱為吸水物料，如：木材、糧食、皮革、纖維及其織物、紙張、合成樹脂顆粒等。僅含有非結(jié)合水分的物料，稱為非吸水性物料，如鑄造用型砂、各種結(jié)晶顆粒等。就干燥的難易來說，非吸水性物料要比吸水性物料容易干燥得多。物料的結(jié)晶水為化學(xué)結(jié)合水，干燥過程一般是不能去除結(jié)晶水的。不同結(jié)構(gòu)的水分的結(jié)合能大約為100～3000J/mol。物料和水分的不同結(jié)合形式，使排除水分耗費的能量不同，這就說明干燥所需要的熱能也不一樣。

　　根據(jù)物料在一定的烘干條件下，其水分能否用干燥方法除處可分為平衡水分和自由水分。在生活中，常會遇到一些物料在濕度較大的空氣中"返潮"的現(xiàn)象，而這些返潮的物料在干空氣中又會回復(fù)其"干燥"狀態(tài)。不管"返潮"或"干燥"過程，進行到一定限度后，物料中的含水量必將趨于一定值，此值即稱為在此空氣狀態(tài)下的平衡水分。物料中所含的大于平衡水分的那一部水分，可以在干燥過程中從濕物料中去除，稱之自由水分。

　　濕物料的干燥過程

　　1、濕物料的干燥過程

　　干燥的條件為干燥介質(zhì)(通常為熱空氣)的流動速度、濕度和溫度。

　　當(dāng)熱空氣從濕物料表面穩(wěn)定地流過時，由于空氣的溫度高，物料的溫度低，因此空氣與物料之間存在著傳熱推動力，空氣以對流的方式把熱量傳遞給物料，物料接受了這項熱量，用來氣化其中的水分，并不斷地被氣流帶走，而物料的濕含量不斷下降。當(dāng)物料的濕含量下降到平衡水分時，干燥過程結(jié)束。

　　物料干燥過程中，存在著傳熱和傳質(zhì)兩個相互的過程，所謂傳熱就是熱空氣將熱量傳遞給物料，用于氣化其中的水分并加熱物料，傳質(zhì)就是物料中的水分蒸發(fā)并遷移到熱空氣中，使物料水分逐漸降低，得到干燥。

　　2、干燥過程的特點：

　　在干燥過程中，由于物料總是具有一定的幾何尺寸大小，即使是很細(xì)的粉料，從微觀也可看成是有一定尺寸的顆粒，實際上上述傳熱傳質(zhì)過程在熱氣流與物料顆粒之間和物料顆粒內(nèi)部的機理是不相同的，在干燥理論上就將傳熱傳質(zhì)過程分為熱氣流與物料表面的傳熱傳質(zhì)過程和物料內(nèi)部的傳熱傳質(zhì)過程。由于這兩種過程的不同而影響了物料的干燥過程，兩者在不同干燥階段起著不同的主導(dǎo)和約束作用，這就導(dǎo)致了一般濕物料干燥時前一階段總是以較快且穩(wěn)定的速度進行，而后一階段則是以越來越慢的速度進行，所以我們就將干燥過程分為等速干燥階段和降速干燥階段。

　　(1) 等速干燥階段

　　在等速干燥段內(nèi)，物料內(nèi)部水分?jǐn)U散至表面的速度，可以使物料表面保持著充分的濕潤，即表面的濕含量大于干燥介質(zhì)的最大吸濕能力，所以干燥速度取決于表面氣化速度。換句話說，等速段是受氣化控制的階段。由于干燥條件(氣流溫度、濕度、速度)基本保持不變，所以干燥脫水速度也基本一致，故稱為等速干燥階段，此一階段熱氣流與物料表面之間的傳熱傳質(zhì)過程起著主導(dǎo)作用。因此，提高氣流速度和溫度，降低空氣濕度就都有利于提高等速階段的干燥速度。等速階段物料吸收的熱量幾乎全部都用于蒸發(fā)水分，物料很少升溫，故熱效率很高?？梢哉f等速段內(nèi)的脫水是較容易的，所去除的水分，純屬非結(jié)合水分。

　　(2) 降速干燥階段

　　隨著物料的水分含量不斷降低，物料內(nèi)部水分的遷移速度小于物料表面的氣化速度，干燥過程受物料內(nèi)部傳熱傳質(zhì)作用的制約，干燥的速度越來越慢，此階段稱為降速干燥階段，有以下幾個特點：

　　降速段的干燥速率與物料的濕含量有關(guān)，濕含量越低，干燥速率越小。這是與等速段不同的第一個特點;

　　降速段的干燥速率與物料的厚度或直徑很有關(guān)系，厚度越厚，干燥速率越小。這是第二個特點;

　　當(dāng)降速階段開始以后，由于干燥速率逐漸減小，空氣傳給物料的熱量，除作為氣化水分用之外，尚有一部分將使物料的溫度升高，直至最后接近于空氣的溫度。這是第三個特點;

　　降速段的水分在物料內(nèi)部進行氣化，然后以蒸汽的形態(tài)擴散至表面，所以降速階段的干燥速率完全取決于水分和蒸汽在物料內(nèi)部的擴散速度。因此也把降速段稱作內(nèi)部擴散控制階段。這是第四個特點。

　　在降速階段，提高干燥速度的關(guān)鍵不再是改善干燥介質(zhì)的條件，而是提高物料內(nèi)部濕份擴散速度的問題。提高物料的溫度，減小物料的厚度都是很有效的辦法。這是第五個特點。

　　相對等速干燥階段，降速段的干燥脫水要困難得多，能耗也要高得多。所以為了提高干燥速度，降低能耗，保證產(chǎn)品品質(zhì)，在生產(chǎn)工藝允許的情況下，應(yīng)盡可能采取打散、破碎、切短等方法減小物料的幾何尺寸，以有利于干燥過程的進行。