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图2 干燥过程示意图
如图2所示,水分在物料表面气化,在表面附近存在一层气膜,在气膜内水蒸气分压等于物料中水分的蒸气压,水分在气相中的传质驱动力为此气膜蒸气压与气相主体中水蒸气分压之差。同时,热空气对物料加热升温,将热量传递给湿物料,驱动力是热空气与物料的温度梯度;对对流干燥,由于介质的不断流动,带走气化的水分,从而形成分压差。
干燥过程得以进行的必要条件:是被干燥物料中的水分所产生的水蒸气分压大于热空气中水蒸气分压。若二者相等,表示蒸发达到平衡,干燥停止;若热空气中水蒸气分压大,物料反而吸水。
物料的干燥过程是属于传热和传质相结合的过程:
(1)热空气对物料加热升温;
(2)物料表面液体的蒸发汽化过程;
(3)内部液体通过孔隙扩散到表面的过程。
干燥的动力学过程
干燥曲线:干燥过程中物料含水量x与干燥时间t、物料表面温度T 的关系曲线,如图3所示。
图3 干燥曲线
干燥速率曲线:物料干燥速率u与物料含水量X的关系曲线,如图4。
图4 干燥速率曲线
水分的内部扩散和表面汽化是同时进行的,但在干燥过程的不同阶段其速率不同,从而控制干燥速率的机理也不相同。干燥过程分为预热升温段AB、恒速干燥段BC和降速干燥段CDE。
(1)预热升温段AB:物料被加热升温
(2)恒速干燥阶段BC:被干燥物料表面始终保持着湿润水分进行蒸发,蒸汽中的热量被物料吸收,这些热量全部用来蒸发物料表面的水分,物料表面水分的蒸发速度与物料内部水分的扩散速度几乎相等,此时干燥速率保持稳定,呈现恒速干燥状态。
(3)第一降速阶段(CD段):物料内部水分扩散速率小于表面水分在湿球温度下的汽化速率,这时物料表面不能维持全面湿润而形成“干区”,导致干燥速率下降。
(4)第二降速阶段(DE段):水分的汽化面逐渐向物料内部移动,从而使热、质传递途径加长,阻力增大,造成干燥速率下降。
图5 极片干燥过程示意图
锂电池电极浆料成分均匀分布,随后,溶剂蒸发诱导湿涂层厚度减少,石墨颗粒逐渐彼此接近,直到形成最密集的堆积态,涂层收缩终止(图5c),随后进一步的溶剂蒸发迫使气液界面推进到孔结构内部,最终形成多孔结构干电极涂层(图5e)。大孔倾向于优先排空液相,涂层收缩过程中,表面细小孔隙内充满液相,知道涂层收缩停止(图5c),孔隙内填满溶剂。然后溶剂进一步去除,涂层中产生第一个较大尺寸的孔洞(图5d),而细小孔洞由于毛细管力作用,液相更难排空。
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