提问是一个师生设疑、释疑交互作用的动态发展过程，而不能只看成是简单的发问操作。一般说来，它包括教师的构思，初始发问，学生的反应，教师针对性的提示诱导，学生的领悟、思考与应答，师生共同评价核实问题的答案，以及在新的层次上变换发问的内容与方式等，直至达到提问目的为止的整个过程。从总体来看，一节课提问的总量不宜太多，太频繁。提问的构思还要多替答问的对象着想。......
2023-07-15
如何优化干燥过程，提高效率？
【摘要】：（二）干燥的传质水蒸气扩散到空气中的传质过程如图4-125所示。加强干燥的通风，合理设计抽风罩以提高风速，减少层流内层的厚度是很重要的。袋通风效率降低或干毯透气度降低，是造成袋区高湿度的主要原因。②与纤维的结合较牢固，在干燥过程中产生的蒸汽压低。图4-126为在干燥过程中，纸的温度t，纸内含水量W及干燥速度v与时间τ之间的关系曲线。干燥速度受内部水分扩散控制。但这样做将浪费干燥能力和增加能耗。
干燥是由于纸与烘缸表面接触，使纸受到加热，纸内水分克服摩擦阻力汽化为蒸汽进入到周围的大气中，再利用自然通风及机械通风将湿空气带走，纸即达到了干燥的目的。要使干燥得以连续进行，烘缸必须保证不断地供给热量，烘缸周围必须不断进行通风换气。
干燥过程可以分成两大部分，即：a.蒸汽传热给烘缸的同时，传热给纸幅；以及b.从纸幅蒸发出来的水分，在上下烘缸之间带纸时进入大气中。
（一）干燥的传热
烘缸传给纸的热量，用总传热方程式来表示：
Q=KAΔt
式中 K——总传热系数，J/（m2·h·℃）
A——纸与烘缸的接触面积，m2
Δt——加热蒸汽温度与纸面温度之差，℃
传热方程式中能被控制的两个参数是蒸汽温度与纸面温度之差和总传热系数。提高烘缸内部的蒸汽压力，可使温度增加。总传热系数表示式：
K=1/（1/k1+δ/λ+1/k2）
式中 k1——加热蒸汽对烘缸内壁的传热系数，J/（m2·h·K）
δ——烘缸壁厚度，m
λ——烘缸壁的热导率，J/（m·h·K）
k2——烘缸外壁对纸的传热系数，J/（m2·h·K）
在传热过程中，热量的传递路径如图4-124所示。
蒸汽冷凝膜R1→烘缸内壁垢层R2→烘缸壁R3→烘缸外壁垢层与空气R4→纸R5。
以上的热的传递过程中，只有烘缸壁R3的传热系数是已知的，R1与R2的传热系数k1决定于缸内加热蒸汽的冷凝形式，烘缸内冷凝水的排除情况，烘缸内壁的清洁及缸内是否有不凝气体存在等。但若缸内含有1%的空气，传热系数要降低60%。烘缸内冷凝水环厚度增加或者烘缸内壁产生水锈等污垢，R1及R2两层的传热阻力都会增加。R4与R5的传热系数k2随着纸的温度、紧度、定量及纸料的打浆度而变化。烘缸表面清洁，黏附纸毛、胶料及填料等，也会影响传热系数k2。纸与烘缸接触情况对k2的影响最大。纸与烘缸接触不良，在纸页和烘缸间有空气层存在，k2值显著下降。
（二）干燥的传质
水蒸气扩散到空气中的传质过程如图4-125所示。
图4-124 热量的传递过程
图4-125 水蒸气的扩散过程
干燥蒸发水分的途径主要是分子扩散和对流扩散。水蒸气是通过内流层和缓冲层才达到湍流区的。
传质的阻力集中在层流内层，内流层的厚度随空气流速的增加而减小。
加强干燥的通风，合理设计抽风罩以提高风速，减少层流内层的厚度是很重要的。
传质方程
W=K m A c（pm-pn）
K m =0.026（273+tw）/273u1/2
式中 W——被蒸发的水量，kg/L
Km——传质系数，kg/（m2·h·Pa）
Ac——干燥面积，m2
pm——纸页表面汽化的蒸汽压，Pa
pn——空气中的水蒸气分压，Pa
tw——水分汽化温度，℃
u——空气与纸页表面相对运动的速度，m/s
纸页中水分的水汽压力pm与纸页温度有关。纸页中蒸发水分时，纸页温度下降。
纸页周围空气中的水汽分压pn与空气的绝对湿度有关。烘缸袋区的高湿度提高水汽分压和降低蒸发作用。袋通风效率降低或干毯透气度降低，是造成袋区高湿度的主要原因。推荐的袋区湿度见表4-22。
表4-22 推荐的袋区湿度 单位：%
必须解决好干毯透气度与纸页稳定性之间的矛盾。高透气度干毯将大量空气吸入袋区，在高抄速下对纸页造成干扰。低透气度干毯可阻滞进入袋区的气流，但使袋区湿度增加，蒸发效率降低。
（三）干燥速度
纸是一种具有毛细管结构的孔物质，纤维本身也存在着很小的孔隙。水分就存在于这些毛细管孔隙之中以及纤维的表面上。
1.纸页水分的结合形式
一般来说存在于纸中的水分有以下两种形式：
（1）游离水分
存在于粗毛细管（r＞10-7m）中，与纸的结合力很低，比较容易除去。
（2）结合水分
①纸内含有结合水25%～30%，包括微毛细管（r＜10-7m）内的水分，纤维吸附的水分以及细胞腔内的水分。
②与纤维的结合较牢固，在干燥过程中产生的蒸汽压低。
③打浆度提高，会使结合水增加。因此，高打浆度时纸的干燥比较困难。
2.干燥阶段
干燥强度是指单位时间、单位面积纸内水分被蒸发的数量。
图4-126为在干燥过程中，纸的温度t，纸内含水量W及干燥速度v与时间τ之间的关系曲线。整个干燥过程可以分为3个阶段：
图4-126 温度、湿度和干燥速度随时间的变化图
（1）预热阶段
主要是提高纸页温度，温度从t1升到t2，纸的含水量不变，最初干燥速度也几乎不变，仅在最后迅速提高到v2。纸页预热阶段通常在第一至第四个烘缸，由纸页初温、烘缸蒸汽压力、纸页水分含量和纸页定量而定。
（2）等速阶段
等速阶段的蒸发速率很高，湿纸的温度及干燥速度不变，纸的含水量从W1降至W2。
湿纸表面被水饱和，在纸页表面汽化，除去的是游离水分。
干燥速度受表面控制，主要取决于烘缸表面温度以及空气的温度、流速、相对湿度，而与纸的结构、厚度及最初含水量无关。
（3）降速阶段
纸页温度缓慢升高，含水量继续降低，干燥速度逐渐下降。
由于纸页表面的水分减小，内部水分不能及时到达表面，汽化向中心层移动。除去的水分为结合水分。
干燥速度受内部水分扩散控制。扩散速度与纸的性质及厚度有关。
最后一小部分残存水很难除去，蒸发速率极低。如果纸页横幅水分不均，常以纸幅过度干燥来“拉平”横幅水分分布。但这样做将浪费干燥能力和增加能耗。较好的解决办法是找出横幅水分波动的原因。
图4-127为纸的实际干燥温度和速度的变化特征。可以看出纸从等速过渡到降速阶段温度下降，然后再升高。干燥速度曲线有两个临界点K1和K2。第一临界点后主要除去毛细管中水分。第二临界点后主要除去吸附水分。
实际生产中，纸的汽化温度为60～80℃。
（四）多缸干燥的特征
在多缸干燥中，纸的两面在上下排烘缸之间交替地与加热表面接触，在烘缸表面表现出不同的蒸发速度。如图4-128所示。
图4-127 纸的实际干燥温度和速度的变化
（a）纸的实际干燥曲线（b）烘缸表面温度与纸温度间的关系纸厚：1—0.16mm 2—0.22mm 3—0.43mm
图4-128 烘缸干燥区
1.多缸干燥的每一个循环周期可划分成几个区段
（1）ab段
纸页未被干网包覆，由于纸层和烘缸之间有空气，传热不良，蒸发速率低。但因纸页与先前的烘缸接触，在纸页暴露的一面仍有水分蒸发。
（2）bc段
干网包覆烘缸，由于干毯的压力，空气被挤出来，传热速度很高。
水分从纸页与烘缸的接触侧蒸发出来，蒸汽进入干毯内。
如果干毯的温度较低，蒸汽会在毯内冷凝。如果干毯温度高，可使部分水蒸发，另一部分通过干毯缸时被蒸发。如果干毯的温度足够高，蒸汽不冷凝，可直接穿过干毯进入周围的空气中。
（3）cd段
干毯离开烘缸，水分的蒸发速率又突然升高。但传热速率降低，汽化所需热量与烘缸供给热量出现不平衡。
（4）de段：称为纸页的自由段
纸页离开烘缸，纸面依靠原有的热继续蒸发，加上纸在空气中的散热损失，纸的温度降低，蒸发速度也迅速下降。
当自由段终止后，干燥过程在烘缸上重复出现。但纸页与烘缸的接触面发生交替，纸页从上烘缸出来的时候，就完成了一个干燥周期。
多缸干燥加热面的反复交替和自由段的冷却使多缸造纸机干燥强度低。烘缸之间的距离不宜过大。
2.无干毯的干燥
水分蒸发不受干毯约束，干燥速度高，同时可采取加热或通风措施，加强蒸发。
由于纸与烘缸的紧贴性差，传热速度低，干燥速度有较大的降低。
（五）干燥能耗
干燥部蒸汽使用在纸页加热、蒸发、空气加热、不凝气体排出和排汽上。
纸页温度提高到蒸发温度的热量决定于白水温度。如果进干燥部前使用喷汽器，则纸页入口温度可以高。
可利用烘缸的辐射热加热空气。烘缸罩和空气系统的状况能耗影响很大。设计不良时，其能耗可高达700kJ/kg蒸发水。
必须从系统中排出少量蒸汽以防止不凝气体的积聚。设计不好时，能耗可高到465kJ/kg蒸发水。影响因素见表4-23。
表4-23 干燥能耗的影响因素 单位：%
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