干燥部脱水原理：恒速阶段与降速阶段的机理分析

每一个烘缸都有4个不同的干燥区，如图6-45所示。在a—b贴缸干燥区，湿纸从烘缸表面吸取热量来提高湿纸的温度和蒸发水分。在b—c压纸干燥区，湿纸被干布或干网压在烘缸表面上。在这个干燥区中传热量最多。在c—d贴缸干燥区，湿纸在恒温下进行单面自由蒸发。d—e为双面自由蒸发干燥区。在这个区域，纸已离开烘缸，仅依靠本身的热量蒸发水分。同时纸的本身温度下降，需要在下一个烘缸重新升高温度。在高速纸机中，双面自由蒸发干燥区纸的温度下降4～5℃，普通低速纸机下降约12～15℃。由此可见，每个烘缸在各个干燥区的传热效率是不相同的。在d点，纸页与烘缸分离，水分在纸页两面发生闪急蒸发，消耗纸页中的热含量，纸页温度迅速下降。

图6-45 烘缸干燥区

由于a—b和c—d两个干燥区不仅很短，而且和烘缸表面贴合不太紧密，故蒸发水量较少，只占干燥部脱水量的5%～10%。b—c区蒸发水量最多，低速纸机达到80%～85%，高速纸机也有60%～65%。d—e区的蒸发量随车速而增加，可达总蒸发量的20%～30%或者更多。双面自由蒸发干燥区的干燥能力，随干燥的进行，纸的含水量逐渐减少，湿度也逐步降低。所以，愈在干燥部末端，蒸发水的能力愈小。

蒸汽分压的下降远远大于温度的降低，因此在干燥部的各个烘缸上，纸都经历升温、降温、再升温的循环过程。也正是由于蒸汽分压的下降远远大于温度的降低，而纸中水分的蒸发速度又与湿纸和外界的蒸汽分压差成正比，所以双面自由蒸发干燥区的温度下降将会降低纸机的生产能力。

双面自由蒸发干燥区中纸的温度下降，在干燥部前端最大，后端较小。另外，纸的温度下降还与纸机车速有关。单烘缸干燥，或只用一个大直径烘缸干燥时，湿纸没有降温过程，所以其干燥效率一般大于多烘缸干燥。

在干燥部纸幅受到两种干燥方式，即对流干燥与接触干燥。在烘缸间的双面自由蒸发干燥区和低温烘缸上，纸幅受到对流干燥作用。干燥过程分为恒速和降速两个阶段。湿纸经烘缸加热到外界空气的湿球温度以后，开始进入恒速干燥阶段。在恒速干燥阶段，水从纸的内部扩散到纸面的速度，大于纸面蒸发水分的速度，湿纸的温度接近于空气的湿球温度。

当湿纸水分降低到一定数值，水从内部扩散到纸面的速度小于纸面水分蒸发的速度时，降速阶段开始，这时干燥速率下降而纸的温度上升。

干燥时纸幅不断与烘缸接触、分离。纸机干燥部的主要干燥方式仍是接触干燥。纸的接触干燥过程可以分为升温、恒速和降速3个阶段。升温阶段时间很短，纸的水分变化不大，但湿纸的温度和干燥速率增长很快，如图6-46所示。恒速阶段通常占纸的全部干燥时间的50%～65%。在这一阶段，纸的温度和干燥速率基本不变。在第一临界点K₁转入降速阶段。降速阶段又分两个分段，第一分段即K₂以前的干燥速率几乎呈直线下降，纸的温度降低。到了降速阶段的第二分段K₂以后，干燥速率锐减，纸的温度又再回升，纸的内外温差接近零。(www.xing528.com)

图6-46 接触干燥过程曲线

m—干燥速率t—纸的温度K₁，K₂—第一、第二临界点（烘缸表面温度为100℃）

一般认为在恒速阶段，干燥去掉的是游离水，降速阶段第一分段除去的是毛细管水和结合水，而在第二分段中则除去的全部为结合水。

接触干燥各阶段的机理：恒速阶段的干燥速率决于外部扩散，降速阶段的干燥速率取决于内部扩散。有人研究认为在恒速阶段，湿纸接触烘缸一面首先吸热产生水的蒸发。其蒸汽压力大于纸中其他部位的平衡蒸汽压力。由于存在蒸汽压力差，因而蒸汽向湿纸的表面转移。蒸汽在转移过程中又在纸中发生冷凝。蒸汽冷凝释放出来的热量传给纸，然后通过传导作用向低温方面流动。在纸的表面，一部分热量由对流作用传入空气，其余的则用于蒸发纸面水分。

纸页两面同时蒸发，因此两面的水分随之减少，纸中出现水分梯度，导致水分别向纸的两面转移。干燥速率决定于传质和传热的复杂平衡。纸的干燥继续进行，当湿纸接触烘缸的一面变得太干，不能保证稳定的蒸发状态时，该区域内的温度降加大，传热速率降低。纸中其他部分的温度也随之下降。湿纸表面的蒸汽压力因而减小，结果造成干燥速率下降，使干燥进入降速阶段。

当湿纸接触烘缸一面的水分降到临界水分含量以下时，蒸发面开始内移，于是纸页内部的温度又重新调整。在降速阶段，水分蒸发面内移到最大含水区域为止。这时纸的含水量已经很低，不可能再有液体水的网络。剩下的水不可能依靠蒸发除掉，而需要借助蒸汽从纸内向外部扩散除去。

纸幅干燥时，既有接触干燥，又有对流干燥。每个烘缸不仅有4个不同特性的干燥区，而且整个干燥部各个烘缸的温度也不相同。另外，干燥时纸幅的两面分别与烘缸接触。这些因素使纸的干燥过程愈加复杂化。