皮革水分中所含水分的性質

幹燥是很多行業(ye) 生產(chan) 流程中重要的和不可少的一個(ge) 環節，幹燥設備的選型合理和使用好壞直接影響到產(chan) 品質量、生產(chan) 效率、生產(chan) 成本、能源消耗、人員勞動強度等指標，由於(yu) 幹燥方法和幹燥設備多種多樣，同一種物料有多種幹燥方式，可使用多種類型的幹燥設備，同一種幹燥設備又能幹燥多種物料，因此，幹燥設備的合理選型和正確使用是非常正要的。為(wei) 了便於(yu) 用戶選擇一種理想的幹燥設備，在此對一些相關(guan) 問題作個(ge) 簡要說明。 

一、幹燥方法 

幹燥就是從(cong) 各種物料中去除濕分的過程，各種物料可以是固體(ti) 、液體(ti) 或氣體(ti) ，固體(ti) 又可分大塊料、纖維料、顆粒料、細粉料等等，而濕分一般是物料中的水分，也可以是其它溶劑。在此以水分為(wei) 對象。 

幹燥方法有三類： 

（1） 機械脫水法 

機械脫水法就是通過對物料加壓的方式，將其中一部分水分擠出。常用的有壓榨、沉降、過濾、離心分離等方法。機械脫水法隻能除去物料中部分自由水分，結合水分仍殘留在物料中，因此，物料經機械脫水後物料含水率仍然很高，一般為(wei) 40～60％。但機械脫水法是一種的方法。 

（2） 加熱幹燥法 

也就是我們(men) 常說的幹燥，它利用熱能加熱物料，氣化物料中的水分。除去物料中的水分需要消耗一定的熱能。通常是利用空氣來幹燥物料，空氣預先被加熱送入幹燥器，將熱量傳(chuan) 遞給物料，氣化物料中的水分，形成水蒸汽，並隨空氣帶出幹燥器。物料經過加熱幹燥，能夠除去物料中的結合水分，達到產(chan) 品或原料所要求的含水率。 

（3） 化學除濕法 

是利用吸濕劑除去氣體(ti) 、液體(ti) 、固體(ti) 物料中的少量水分，由於(yu) 吸濕劑的除濕能力有限，僅(jin) 用於(yu) 除去物料中的微量水分。因此生產(chan) 中應用很少。 

在實際生產(chan) 過程中，對於(yu) 高濕物料一般均盡可能先用機械脫水法去除大量的自由水分，之後再采取其它幹燥方式進行幹燥。 

二、物料與(yu) 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(wei) 下列兩(liang) 種： 

（1）、非結合水分： 

非結合水分包括存在於(yu) 物料表麵的潤濕水、孔隙水等物料與(yu) 水分直接接觸時，被物料吸收的水分。由於(yu) 與(yu) 物料的結合強度小，故易於(yu) 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(wei) 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於(yu) 幹燥過程；物理化學結合水包括吸附、滲透和結構的水分，吸附水與(yu) 物料的結合zui強，水分既可被物料的外表麵吸附，也可吸附於(yu) 物料的內(nei) 部表麵，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(yu) 物料的結合是由於(yu) 物料組織壁的內(nei) 外溶解物的濃度有差異而產(chan) 生的滲透壓所造成，結合強度相對弱小，結構水分存在於(yu) 物料組織內(nei) 部，在膠體(ti) 形成時將水結合在內(nei) ，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，毛細管水分存在於(yu) 纖維或微小顆粒成團的濕物料中，它與(yu) 物料的結合強度較弱。含結合水分的物料稱為(wei) 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(jin) 含有非結合水分的物料，稱為(wei) 非吸水性物料，如鑄造用型砂、各種結晶顆粒等。就幹燥的難易來說，非吸水性物料要比吸水性物料容易幹燥得多。物料的結晶水為(wei) 化學結合水，幹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(wei) 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，這就說明幹燥所需要的熱能也不一樣。 

根據物料在一定的幹燥條件下，其水分能否用幹燥方法除處可分為(wei) 平衡水分和自由水分。在生活中，常會(hui) 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幹空氣中又會(hui) 回複其"幹燥"狀態。不管"返潮"或"幹燥"過程，進行到一定限度後，物料中的含水量必將趨於(yu) 一定值，此值即稱為(wei) 在此空氣狀態下的平衡水分。物料中所含的大於(yu) 平衡水分的那一部水分，可以在幹燥過程中從(cong) 濕物料中去除，稱之自由水分。 

三、濕物料的幹燥過程 

1、濕物料的幹燥過程 

幹燥的條件為(wei) 幹燥介質（通常為(wei) 熱空氣）的流動速度、濕度和溫度。 

當熱空氣從(cong) 濕物料表麵穩定地流過時，由於(yu) 空氣的溫度高，物料的溫度低，因此空氣與(yu) 物料之間存在著傳(chuan) 熱推動力，空氣以對流的方式把熱量傳(chuan) 遞給物料，物料接受了這項熱量，用來氣化其中的水分，並不斷地被氣流帶走，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，幹燥過程結束。 

物料幹燥過程中，存在著傳(chuan) 熱和傳(chuan) 質兩(liang) 個(ge) 相互的過程，所謂傳(chuan) 熱就是熱空氣將熱量傳(chuan) 遞給物料，用於(yu) 氣化其中的水分並加熱物料，傳(chuan) 質就是物料中的水分蒸發並遷移到熱空氣中，使物料水分逐漸降低，得到幹燥。 

2、幹燥過程的特點 

在幹燥過程中，由於(yu) 物料總是具有一定的幾何尺寸大小，即使是很細的粉料，從(cong) 微觀也可看成是有一定尺寸的顆粒，實際上上述傳(chuan) 熱傳(chuan) 質過程在熱氣流與(yu) 物料顆粒之間和物料顆粒內(nei) 部的機理是不相同的，在幹燥理論上就將傳(chuan) 熱傳(chuan) 質過程分為(wei) 熱氣流與(yu) 物料表麵的傳(chuan) 熱傳(chuan) 質過程和物料內(nei) 部的傳(chuan) 熱傳(chuan) 質過程。由於(yu) 這兩(liang) 種過程的不同而影響了物料的幹燥過程，兩(liang) 者在不同幹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幹燥時前一階段總是以較快且穩定的速度進行，而後一階段則是以越來越慢的速度進行，所以我們(men) 就將幹燥過程分為(wei) 等速幹燥階段和降速幹燥階段。 

（1） 等速幹燥階段 

在等速幹燥段內(nei) ，物料內(nei) 部水分擴散至表麵的速度，可以使物料表麵保持著充分的濕潤，即表麵的濕含量大於(yu) 幹燥介質的zui大吸濕能力，所以幹燥速度取決(jue) 於(yu) 表麵氣化速度。換句話說，等速段是受氣化控製的階段。由於(yu) 幹燥條件（氣流溫度、濕度、速度）基本保持不變，所以幹燥脫水速度也基本一致，故稱為(wei) 等速幹燥階段，此一階段熱氣流與(yu) 物料表麵之間的傳(chuan) 熱傳(chuan) 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於(yu) 提高等速階段的幹燥速度。等速階段物料吸收的熱量幾乎全部都用於(yu) 蒸發水分，物料很少升溫，故熱效率很高。可以說等速段內(nei) 的脫水是較容易的，所去除的水分，純屬非結合水分。 

（2） 降速幹燥階段 

隨著物料的水分含量不斷降低，物料內(nei) 部水分的遷移速度小於(yu) 物料表麵的氣化速度，幹燥過程受物料內(nei) 部傳(chuan) 熱傳(chuan) 質作用的製約，幹燥的速度越來越慢，此階段稱為(wei) 降速幹燥階段，有以下幾個(ge) 特點： 

降速段的幹燥速率與(yu) 物料的濕含量有關(guan) ，濕含量越低，幹燥速率越小。這是與(yu) 等速段不同的*個(ge) 特點； 

降速段的幹燥速率與(yu) 物料的厚度或直徑很有關(guan) 係，厚度越厚，幹燥速率越小。這是第二個(ge) 特點； 

當降速階段開始以後，由於(yu) 幹燥速率逐漸減小，空氣傳(chuan) 給物料的熱量，除作為(wei) 氣化水分用之外，尚有一部分將使物料的溫度升高，直至zui後接近於(yu) 空氣的溫度。這是第三個(ge) 特點； 

降速段的水分在物料內(nei) 部進行氣化，然後以蒸汽的形態擴散至表麵，所以降速階段的幹燥速率*取決(jue) 於(yu) 水分和蒸汽在物料內(nei) 部的擴散速度。因此也把降速段稱作內(nei) 部擴散控製階段。這是第四個(ge) 特點。 

在降速階段，提高幹燥速度的關(guan) 鍵不再是改善幹燥介質的條件，而是提高物料內(nei) 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(ge) 特點。 

相對等速幹燥階段，降速段的幹燥脫水要困難得多，能耗也要高得多。 

所以為(wei) 了提高幹燥速度，降低能耗，保證產(chan) 品品質，在生產(chan) 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，以有利於(yu) 幹燥過程的進行。 

四、幹燥設備選型前需要確定的條件 

由於(yu) 幹燥過程中濕物料的種類很多，幹燥特性又差別很大，所以需要不同類型的幹燥方法和設備。這樣就帶來了幹燥方法和設備的選型問題。如果選擇不當，就必然會(hui) 帶來設備投資過大，或操作費用上升，或產(chan) 品質量不符合要求，在端情況下乃至不能操作運行。所以，必須對選型問題給予足夠的重視。 

1、 物料性能及幹燥特性 

（1） 物料的形態 

大至成型的木材、陶瓷製品以及片狀、纖維狀、顆粒狀、細粉狀直至膏糊狀和液體(ti) 物料，都是工業(ye) 上需要幹燥的物料。故選擇幹燥機應先依據物料的形態。 

（2）物料的各種物理特性 

包括密度、堆密度、粒徑分布、熱容以及物料的粘附性能等。粘附性能的高低，對進出料和某些形式的幹燥機的工作有很大的影響，粘附嚴(yan) 重時幹燥過程無法進行。 

（3）物料在幹燥過程中的特性 

包括受熱的熱敏性，有些物料在受熱後會(hui) 變色和分解變質。另外，幹燥過程中物料的收縮將使成型製品開裂或變形，從(cong) 而使產(chan) 品品質降低甚至報廢。 

（4）物料與(yu) 水分結合的狀態 

它決(jue) 定了幹燥的難易程度、能量消耗水平和在幹燥機內(nei) 所需停留時間的長短，這與(yu) 選型有很大的關(guan) 係。例如，對難幹燥的物料主要是給予較長的停留時間，而不是強化幹燥的外部條件。 

2、 對幹燥產(chan) 品的要求 

（1） 對幹燥產(chan) 品形態的要求 

在某些情況下這一點顯得特別重要。如在食品幹燥中，對產(chan) 品幾何形狀的要求是能否使產(chan) 品含水率達到幹燥要求的關(guan) 鍵。再如象洗衣粉、染料等為(wei) 利於(yu) 速溶並避免粉塵飛揚，選擇幹燥機時必須應用噴霧造粒裝置。 

（2） 對幹燥均勻性的要求 

（3） 對產(chan) 品的衛生的要求 

（4） 對產(chan) 品的一些特殊要求 

如對咖啡、香菇、蔬菜等物料的幹燥，要求產(chan) 品能保持其*的香味，故不能采用高風溫的快速幹燥。 

3、 濕物料含水量的波動情況及幹燥前的脫水 

進入幹燥機的物料含水率應盡可能避免較大的波動，若含水量變大，將使幹燥機產(chan) 量下降或幹燥產(chan) 品達不到含水率要求，若含水率變小，則出口排氣溫度上升，產(chan) 品過度幹燥，不單會(hui) 使幹燥機熱效率下降，有時還會(hui) 使產(chan) 品溫度上升，從(cong) 而影響產(chan) 品質量。 

對於(yu) 高濕物料（含水率60％以上），在幹燥前應盡可能應用機械脫水（壓濾、離心脫水等）給予預脫水。機械脫水的設備費用雖較高，但其操作費用之低廉是熱風幹燥無法相比的。 

五、 幹燥機選用需注意的問題 

幹燥機選擇一般會(hui) 涉及這樣幾個(ge) 問題： 

1、 物料形態 

幹燥設備選型主要是根據被幹燥物料的形態來確定，物料形態不僅(jin) 決(jue) 定其幹燥方式，同時對幹燥機的幹燥效率、幹燥質量、幹燥均勻性及進、出料裝置等都有很大的影響，所以如工藝允許，對被幹燥的物料應盡可能采取粉碎、篩分、切短等預處理。因此幹燥設備不僅(jin) 僅(jin) 是一個(ge) 選型的問題，還應該製定科學的幹燥工藝，才能達到滿意的效果。 

2、 影響幹燥機生產(chan) 能力的因素 

由於(yu) 同種幹燥方法，幹燥脫水一公斤所消耗的熱能基本一致，而幹燥機所配套熱源（熱風爐、蒸汽散熱器等）容量也是一定的，因此幹燥機的主要技術指標--幹燥能力往往以每小時的脫水量（或zui大脫水量）為(wei) 依據。此指標是在一定條件下測定的，如濕物料種類、初始含水率、zui終含水率、熱風溫度、環境溫濕度等。其中隻要有一個(ge) 條件發生變化，對幹燥機生產(chan) 能力就都有影響，有時影響還較大。下麵分別說明。 

（1） 濕物料種類 

濕物料種類這裏是指物料與(yu) 水分的結合形式。濕物料可以分為(wei) ①毛細管多孔物料，水分主要靠毛細管力而結合在物料中，如砂子、二氧化矽、活性炭、素燒陶瓷等，水分與(yu) 物料的結合強度較小，幹燥較容易；②膠體(ti) 物料，水分與(yu) 物料的滲透結合形式占主導地位，如膠、麵粉團等，這種物料一般表現粘度大，水分與(yu) 物料的結合強度較大，幹燥較困難；③毛細管多孔膠體(ti) 物料，則具有以上兩(liang) 類物質的性質，如泥煤、粘土、木材、織物、穀物、皮革等這類物料種類zui多，但此類物料之間的水分結合形式也有差別，決(jue) 定了在同等條件下脫水的難易也不相同。 物料的形態對幹燥也有很大的影響，如顆粒物料，顆粒大比顆粒小難幹燥，而大塊料，厚度小比厚度大容易幹燥。 

（2） 濕物料含水率 

含水率（濕含量）是水分在濕物料總重中所占的百分率。 

W×100 W×100 

m = ———————— ＝ ———————— （％） 

G Go＋W 

式中：W--水分重量； 

G--濕物料重量； 

G0--幹物料重量。 

初始含水率是指進入幹燥機之前濕物料的含水量，通常是濕物料隻要能在幹燥機內(nei) 工作，初始含水率越高，幹燥機所表現出來的脫水能力就發揮得越充分。反過來說，初始含水率越高，zui終含水率一定時，幹燥機越能達到zui大脫水能力，但出幹料量反而下降。 

例如：某台幹燥機設計脫水能力為(wei) 100kg/h，當初始含水率為(wei) 40％左右時，幹料產(chan) 量為(wei) 200 kg/h。假定幹燥脫水能力保持100kg/h和幹料含水率12％不變，根據：幹燥前濕物料中幹物質重量＝幹燥後幹物料中幹物質重量，可計算出不同濕物料含水率情況下的相應幹燥產(chan) 量，列表如下： 

幹燥脫水能力初始含水率幹料含水率濕物料產(chan) 量幹料產(chan) 量 

100 kg（水）/h35％↑ 12％382.6 kg/h282.6 kg/h ↓ 

40％314.3 kg/h214.3 kg/h 

45％266.7 kg/h166.7 kg/h 

50％231.6 kg/h131.6 kg/h 

55％204.7 kg/h104.7 kg/h 

60％183.3 kg/h83.3 kg/h 

說明：上表為(wei) 某幹燥機幹燥脫水能力為(wei) 100 kg/h時，在不同初始含水率情況下的幹料產(chan) 量從(cong) 上表可以看出,濕料含水率增加，幹燥機幹燥能力（脫水能力）保持不變時,實際生產(chan) 幹料產(chan) 量會(hui) 相應下降很多，這是幹燥機選型和使用時應特別注意的。 

（3） zui終含水率 

一般幹燥後段均處於(yu) 降速幹燥階段，要求zui終含水率越低，幹燥難度就越大，所需幹燥時間越長、熱效率也越低，因此也影響產(chan) 量。 

（4） 熱風溫度 

熱風溫度或稱幹燥介質溫度，是幹燥中zui敏感的一個(ge) 條件。熱風溫度越高，則所含熱能越多，同時熱風的相對濕度也越低，吸收水分、攜帶水分的能力也越強，非常有利於(yu) 幹燥，而且幹燥熱效率也很高。在許多幹燥設備中，當其它條件不變，幹燥機的脫水能力基本與(yu) 熱風溫度的變化成正比。在選擇幹燥設備時，一定要對破壞物料的限溫度有充分的數據，在物料允許的情況下，盡量選擇高溫介質。特別應注意的是，許多種幹燥方法，特別是快速幹燥，幹燥後的物料溫度大大低於(yu) 幹燥介質溫度，例如氣流幹燥機熱風溫度雖然高達250℃以上，而出料溫度一般均在60℃以下。 

（5） 環境溫濕度 

這裏主要是指天氣的變化對幹燥的影響，一般幹燥機都是以大氣加熱作幹燥介質的，大氣的溫度越高，濕度越低，就越有利於(yu) 幹燥，而南方春夏季，天雨潮濕，空氣濕度很大，就不利於(yu) 幹燥機能力的發揮，影響產(chan) 量。 

我國幅員遼闊,南北方空氣濕度相差很大。在南方某些地方，冬季的濕度僅(jin) 為(wei) 0.008 kg水/kg幹空氣，而到春夏季，其大氣濕度卻高達0.025 kg水/kg幹空氣，是前者的三倍多，因此，在較低排氣溫度（＜90℃）下操作的熱風幹燥，在春夏季時大氣濕度增高，其幹燥速率必然下降，而所需的時間將上升。由於(yu) 大氣濕度的增高，物料的平衡水含量亦必然上升，這些因素均將使幹燥產(chan) 量下降，在某些情況下會(hui) 使產(chan) 量下降50％以上。 

3、熱源的選擇 

作為(wei) 幹燥設備配套的熱源設備很多，通常是按消耗的燃料來分類，有燃煤、燃油、燃氣、電力等，按換熱情況又可分為(wei) 幹燥介質直接加熱和間接加熱。 譬如鍋爐加熱水形成水蒸汽，水蒸汽再通過散熱器加熱幹燥介質，這就是兩(liang) 次間接加熱，這種方式總的熱效率很低，僅(jin) 40％左右，在某些工廠生產(chan) 中有多處用熱點，為(wei) 便於(yu) 集中供熱和管理，采用較多。 

燃煤熱風爐有間接加熱的和直接用燃燒煙氣作幹燥介質的（直火爐），間接加熱的熱空氣清潔幹淨，熱效率60～70％。而直接加熱的因受煙塵的汙染而影響產(chan) 品質量，但熱能利用很充分，熱效率很高，對幹燥時物料中混入少量煙塵而無影響時，可優(you) 先采用。油燃燒器目前也使用越來越多，具有操作簡便、升溫迅速、溫度穩定、控製方便的優(you) 點，且使用成本較低。 

熱源選擇合理與(yu) 否影響很大，涉及到設備的投資費用、熱風溫度、物料的幹燥質量、幹燥成本、環境保護、人員勞動強度、自動控製水平等。 

4、關(guan) 於(yu) 幹燥設備的保溫 

幹燥設備的保溫投入的費用不高，但幹燥機的熱效率一般可以提高10－30％，所以應引起足夠的重視。 

排出物料的回收 

所有的幹燥設備都有排濕口，特別是采用熱風幹燥方式，排濕口或多或少總會(hui) 夾帶一些細粉末物料。對一些價(jia) 值較高或排放量有限製的物質，物料的回收顯得格外重要。物料的回收有專(zhuan) 門的裝置，在幹燥係統中，對幹燥機的工作參數有影響，在設備選型時要一並考慮。 

幹燥設備選型前的計算 

（1）、 物料含水率 

W×100 W×100 

m = —————— ＝ —————— （％） 

G Go＋W 

式中：W--水分重量，kg； 

G--濕物料重量，kg； 

Go--幹物料重量，kg。 

（2）、 幹燥脫水量 

不計幹燥中物料的損耗（一般僅(jin) 有尾氣中帶有很微量的細粉末，可以忽略不計），則： 

幹燥前濕物料中幹物質重量＝幹燥後幹物料中幹物質重量， 

即： 

G1×（1－m1）＝ G2×（1－m2） 

式中：G1--濕物料產(chan) 量，kg/h； 

G2--幹燥後物料產(chan) 量，kg/h； 

m1--濕物料含水率； 

m2--幹燥後物料含水率； 

上式中，G2、m1、m2均為(wei) 已知，可計算得出G1，那麽(me) ： 

幹燥脫水量 

W0 ＝ G1 － G2 （kg/h） 

前麵已介紹，幹燥機的生產(chan) 能力受物料種類、形狀、初始含水率變動、熱風溫度、環境空氣溫濕度等很多因素的影響，為(wei) 了確保幹燥生產(chan) 能力穩定正常，一般應該將計算的幹燥脫水量放大20～30％來進行幹燥機選型，即： 

選用幹燥機脫水量 ＝W0 (計算幹燥脫水量)× （ 1.2 ～ 1.3 ） 

否則，因受前述因素的影響，就可能造成有時生產(chan) 能力達不到預計的產(chan) 量，而影響全生產(chan) 線的正常生產(chan) 。 

幹燥設備選型時，先應按濕物料的形態對幹燥機機型進行初選，而後根據處理量的大小計算出所需小時脫水量並放大20～30％來確定幹燥機脫水量，另外還須考慮自身生產(chan) 條件、投資大小、工人素質、衛生要求等，選擇操作方式（連續或間接）、熱源（蒸汽散熱器、熱風爐、油燃燒等）、設備材質（普通碳鋼、鋁材、不鏽鋼）等。