以對流干燥過程為例,坯體的干燥過程可以分為:傳熱過程、外擴散過程、內擴散過程三個同時進行又相互聯(lián)系的過程。
傳熱過程,干燥介質的熱量以對流方式傳給坯體表面,又以傳導方式從表面?zhèn)飨蚺黧w內部的過程。坯體表面的水分得到熱量而汽化,由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)。
外擴散過程:坯體表面產生的水蒸汽,通過層流底層,在濃度差的作用下,以擴散方式,由坯體表面向干燥介質中移動。
內擴散過程:由于濕坯體表面水分蒸發(fā)。使其內部產生濕度梯度,促使水分由濃度高的內層向濃度較低的外層擴散,稱濕傳導或濕擴散。
在干燥條件穩(wěn)定的情況下,坯體表面溫度、水分含量、干燥速率與時間有一定的關系,根據(jù)它們之間關系的變化特征,可以將干燥過程分為:加熱階段、等速干燥階段、降速干燥階段三個過程。
加熱階段,由于干燥介質在單位時間內傳給坯體表面的熱量大于表面水分蒸發(fā)所消耗的熱量,因此受熱表面溫度逐漸升高,直至等于干燥介質的濕球溫度,此時表面獲得熱與蒸發(fā)消耗熱達到動態(tài)平衡,溫度不變。此階段坯體水分減少,干燥速率增加。
等速干燥階段,本階段仍繼續(xù)進行非結合水排出。由于坯體含水分較高,表面蒸發(fā)了多少水量,內部就能補充多少水量,即坯體內部水分移動速度(內擴散速度)等于表面水分蒸發(fā)速度,亦等于外擴散速度,所以表面維持潮濕狀態(tài)。另外,介質傳給坯體表面的熱量等干水分汽化所需的熱量,所以坯體表面溫度不變,等于介質的濕球溫度。坯體表面的水蒸汽分壓等子表面溫度下飽和水蒸汽分壓,干燥速率穩(wěn)定,故稱等速干燥階段。本階段是排出非結合水,故坯體會產生體積收縮,收縮量與水分降低量成直線關系,若操作不當,干燥過快,坯體極容易變形,開裂,造成干燥廢品。等速干燥階段結束時,物料水分降低到臨界值。此時盡管物料內部仍是非結合水,但在表面一層內開始出現(xiàn)結合水。
降速干燥階段,這一階段中,坯體含水量減少,內擴散速度趕不上表面水分蒸發(fā)速度和外擴散速度,表面不再維持潮濕,干燥速率逐漸降低。由于表面水分蒸發(fā)所需熱量減少,物料溫度開始逐漸升高。物料表面水蒸汽分壓小于表面溫度下飽和水蒸汽分壓。此階段是排出結合水,坯體不產生體積收縮,不會產生干燥廢品。當物料排水分下降等于平衡水分時,干燥速率變?yōu)榱,干燥過程終止,即使延長干燥時間,物料水分也不再發(fā)生變化。此時物料表面溫度等于介質的干球溫度,表面水蒸汽分壓等于介質的水蒸汽分壓。降速干燥階段的干燥速度,取決于內擴散速率,故又稱內擴散控制階段,此時物料的結構、形狀、尺寸等因素影響著干燥速率。