物料與水分的結合方式

　　根據物料中所含水分去除的難易程度分為下列兩種：

　　(1)、非結合水分：

　　非結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。由于與物料的結合強度小，故易于去除。

　　(2)、結合水分：

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

　　含結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。僅含有非結合水分的物料，稱為非吸水性物料，如鑄造用型砂、各種結晶顆粒等。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。物料的結晶水為化學結合水，干燥過程一般是不能去除結晶水的。不同結構的水分的結合能大約為100～3000J/mol。物料和水分的不同結合形式，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"的現象，而這些返潮的物料在干空氣中又會回復其"干燥"狀態。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(通常為熱空氣)的流動速度、濕度和溫度。

　　當熱空氣從濕物料表面穩定地流過時，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。當物料的濕含量下降到平衡水分時，干燥過程結束。

　　物料干燥過程中，存在著傳熱和傳質兩個相互的過程，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，傳質就是物料中的水分蒸發并遷移到熱空氣中，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過程在熱氣流與物料顆粒之間和物料顆粒內部的機理是不相同的，在干燥理論上就將傳熱傳質過程分為熱氣流與物料表面的傳熱傳質過程和物料內部的傳熱傳質過程。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和約束作用，這就導致了一般濕物料干燥時前一階段總是以較快且穩定的速度進行，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，物料內部水分擴散至表面的速度，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過程起著主導作用。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水分，物料很少升溫，故熱效率很高。可以說等速段內的脫水是較容易的，所去除的水分，純屬非結合水分。

　　(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，干燥過程受物料內部傳熱傳質作用的制約，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，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系，厚度越厚，干燥速率越小。這是第二個特點;

　　當降速階段開始以后，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部進行氣化，然后以蒸汽的形態擴散至表面，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部的擴散速度。因此也把降速段稱作內部擴散控制階段。這是第四個特點。

　　在降速階段，提高干燥速度的關鍵不再是改善干燥介質的條件，而是提高物料內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，保證產品品質，在生產工藝允許的情況下，應盡可能采取打散、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。