幹燥設備選型技術總結

同其他工業（yè）技術一樣，幹燥技術在應用過程中也得到長足的進步。目（mù）前已開發出的幹燥機（jī）的種類已（yǐ）達400多種，而且有約200多種幹燥機已應（yīng）用於工（gōng）業化生產，其中出現了許多新型幹燥（zào）機，它們有的是對普通幹燥機進行結構上的改（gǎi）進，有的借鑒吸收了其他幹燥機的優點，有的完全是（shì）一種新想法。

    幹（gàn）燥又是工業耗能（néng）相當大的一個單（dān）元操作，據（jù）資料記載，發達國（guó）家工業耗能的14％被（bèi）用於（yú）幹燥，有些行業的幹燥耗能甚至占（zhàn）到生產總（zǒng）耗能的35%，而（ér）且這個數字在不斷地增大。同時，運用礦物燃料作為熱源進行幹（gàn）燥操作產生大（dà）量的二氧化碳等氣體。幹燥設備（bèi）的尾氣（這些氣體中夾帶（dài）一些粉塵）對大氣環境有不良（liáng）的影響（xiǎng），這對於日益引起全球（qiú）關注的“環境保護（hù）”是一個極大的挑戰。

    幾乎所有的工業都離不開幹燥操（cāo）作，雖然（rán）正（zhèng）確地了解（jiě）幹燥及幹燥（zào）設備的（de）工作機理有助於成功地完成幹燥過程，但是仍然需要我們不斷地投人人力和物力去進一步進行（háng）幹（gàn）燥技術的研究和開發，以使其在（zài）生產高質量產品的同（tóng）時，有效地利用能源，減少對（duì）環境的不利影響，並且更易於實現過程操（cāo）作和（hé）控製（zhì）。

    一（yī）、幹燥技木的特點

    幹燥技術有很寬的應用領域，麵對眾多的產業、理化性質各不相同的物料、產（chǎn）品質（zhì）量及其他方麵千（qiān）差萬別的要求，幹燥技術是一門跨行業、跨學科、具有實驗科學性質的技術。通常，在（zài）幹燥（zào）技術的開發及應用中需要具備三個方麵的知識和技術。第一是需（xū）要了解被幹（gàn）燥物料的理化性質和產品的使（shǐ）用特（tè）點；第二是要熟悉（xī）傳遞工程的原（yuán）理，即傳質、傳熱、流體（tǐ）力學和空氣動力學等能量傳遞的原理；第三要有（yǒu）實施的手段，即能夠進行幹燥流程、主要設備、電氣儀表控製等方麵的工程設計。顯然，這三方麵的（de）知識和技（jì）術不屬於一個（gè）學科領域。而在實（shí）踐中，這（zhè）三方麵的知識和技術又缺（quē）一不可。所以（yǐ）幹（gàn）燥技術是一門跨行（háng）業、跨學科的技術。

    現代幹燥技術雖已（yǐ）有一百（bǎi）多年的發展史，但至今（jīn）還屬於實驗科學的範疇。大部分幹燥技術目前還缺乏能夠精準（zhǔn）指導實踐的科學（xué）理論和設計方法。實際應用中，依靠經驗和小規模實（shí）驗的數據來指導工業設計還是主要的方式，造成這（zhè）一（yī）局麵的原因有以下幾方麵：

    原因（yīn）之一是幹燥（zào）技（jì）術所（suǒ）依托的一些基礎學科，（主要是隸屬於傳遞工程範疇的學科）本身就具（jù）有實驗科學的特點。例如，空氣動力學的（de）研（yán）究發展還要靠“風洞”實驗來推動，就（jiù）說明它還沒有脫（tuō）離實驗科學的範疇，而這些基礎學科自身的發展水平直接影響和決定了幹燥技術（shù）的發展水平。

    原因之（zhī）二是很多幹燥過程是多種學科技（jì）術交匯進行的過程（chéng），牽涉麵廣（guǎng）、變化因素多、機（jī）理（lǐ）複雜（zá）。例如在（zài）噴霧幹燥技術領域裏，被（bèi）霧化的液滴在幹燥塔內的運行軌跡是工程設計的關鍵。液滴的軌跡與（yǔ）自身的體積、質量、初始速度和（hé）方向及（jí）周圍其他液滴和熱空氣的流（liú）向、流（liú）速有關。但這些參數由於傳質、傳熱過程的進行，無時無刻不在發生著變化、而且初始狀態時，無論是液滴的大小（xiǎo）還（hái）是熱空氣（qì）的分布都不可能是均勻的。顯然，對於（yú）如此複雜、多變的過程隻憑借理論（lùn）計算來進行工程設計（jì）是不可靠的。

    原（yuán）因之三是被幹燥物料的種類（lèi）是多種多樣的，其理化性質也是各不相同。不同的物料即使在相同的幹燥條件下，其傳質、傳熱的速率（lǜ）也可能有較大的差異（yì）。如果不加以區（qū）別對待，就有可能造成不（bú）盡人意的後（hòu）果（guǒ）。例如某些中草藥的幹燥，雖然同屬一種藥材，隻因為藥材產地或收獲期存在區別就須改變幹燥條件，否則產品質量就（jiù）會受到影響。

    以上三方麵的原因決定了幹燥技術的開發與應用要以實驗為基礎。但幹燥搜術的這些特點往往被人有意或無意地忽視（shì）。製造廠商由於實驗裝置缺乏或機（jī）型（xíng）不全（這在我國是一個普遍存（cún）在的現象）經常回避應做的幹燥（zào）實驗，而用戶由於不了（le）解幹燥技術的（de）特點，也經常放棄進行（háng）必要實驗的要求（qiú）。其結局是裝置使用效果不佳，甚至於造成方案設計失敗。在我國，這樣的事例屢見不鮮，曾（céng）有過一套價值（zhí）2000萬元人民幣的工業幹燥裝置（zhì）因達不到使用要求而被閑置（zhì）的教訓。因此，建設工業幹燥裝置尤（yóu）其（qí）是較大的裝置之前，一定要進行充分的、有說服力的實驗，並以實驗結（jié）果作為工（gōng）業（yè）裝置設計的依據。這是幹燥技術應用的顯著特點。

    此外，幹燥設備種（zhǒng）類繁多、各具用途也是幹燥技術的一個特點。每一種技術都有自己適宜應用的領（lǐng）域。在工程實踐中（zhōng），要根（gēn）據（jù）具體情況選擇適用的幹燥技術種類。這對投資費用、操作成本、產品質量、環（huán）保要（yào）求等（děng）方（fāng）都會（huì）產生重大的影響。例如某（mǒu）一企業，在（zài）白（bái）炭黑（hēi）濾餅幹燥上曾經分別選用過（guò）箱式幹燥、噴霧幹燥（zào）、旋轉氣流快速幹燥三種型式。^終結果證（zhèng）明這三種技術（shù）各有所長。箱（xiāng）式幹燥生產白（bái）炭黑雖然生產效率低、人員勞動強度大，但產品質量好。與橡膠混煉後所生成的（de）製品（pǐn）扯斷強度值較高。旋轉（zhuǎn）氣流快速幹燥設備緊湊、投資少、生產效率高，但所生成的橡膠製品的強度指標卻是三（sān）者間^差的。噴霧（wù）幹燥（zào）生產白炭黑，產品各（gè）項指標在三者間居中，但具有產（chǎn）品流動（dòng）性好、粉塵汙（wū）染小，深（shēn）受用（yòng）戶及操作者歡（huān）迎的特點。在20世紀90年代，為白炭黑生產中采用（yòng）哪種幹燥方式更為先進的問題，曾在我國幹燥界引發過爭論。其實，三種設備各有特（tè）點，選用哪種機型要看用戶（hù）自身的條件和產品要求。不存在哪種技術更為先進的結（jié）論。類似的例子有很多，都表明了幹（gàn）燥設備種類繁多、各具用途的特點。所以在應用中要仔細比較、慎重選擇技術（shù）方案，而通過幹燥實驗來考（kǎo）核技術方案（àn）也是必不可少（shǎo）的步驟。

    二、工業幹燥裝置的發展（zhǎn）現狀

    幹燥（zào）在許多生產中是一個十分重要的單元操作，因為幹燥在這裏不僅是簡單的固液分離過程，更重要的常常是生（shēng）產過（guò）程的^後一道工序，產品的質量、劑（jì）型在（zài）很大程度上取決於幹（gàn）燥技術和（hé）設備的綜合運用情況（kuàng）。從經濟角度考慮，幹燥器價格昂貴，工程投資較大。另一方麵（miàn），幹燥又是高耗能過程，熱效率在15%一80%這樣大的範圍內波動（dòng），而設備的運轉費用（yòng）與幹燥器（qì）的設計選型有非常密切的關係，所以企業的決策者對此曆來都比較重（chóng）視（shì）。被幹燥物料的品種有許多（duō），它們的理（lǐ）化性（xìng）質又有很大差異。甚至同一品種不同的生產工（gōng）藝、同一品種不同的產品要求，導致（zhì）幹（gàn）燥條（tiáo）件（jiàn）可能都有區別，所以就（jiù）決定了（le）幹燥工程的複雜性。由此可見（jiàn），幹燥過（guò）程較其他（tā）的單元操作具有更高的技術性。

    我國幹燥設備（bèi）在解放前基本（běn）是空白，隻（zhī）有烘房、烘箱和滾筒幹燥機，幹燥技（jì）術落後、生產設備原始。到1957年（nián）才出現了真空耙式幹燥機，1964年以後幹燥技術有了較快的（de）發展。縱觀我國幹燥技術及設（shè）備的發展史，在幾十年間經曆由簡到繁、由低級到高級的發展階段，現在常用（yòng）於生產的幹燥設備有十餘類三十多個係（xì）列，加（jiā）上（shàng）組合幹燥設備約有五十幾種，再加上專用幹燥設備就更（gèng）難於統計，合（hé）理地選用這些幹燥設備也不是一件易事，選（xuǎn）型的（de）前提是了解這些（xiē）設備的（de）基本工作原理、結（jié）構特點以及適用物料範圍，這樣在選型時才避免走（zǒu）彎路。

    近些年來，由於幹燥技術的發展，給篩選（xuǎn）設備帶來了更多的複雜（zá）因素。即使是幹燥設備的（de）設計、製造或使用者也常常弄不清如何去選擇合（hé）適的（de）設備。由於幹燥設備（bèi）的（de）推銷者在市場上隻（zhī）是對他們推銷的幹燥機種類感興趣，而（ér）對其他種類則並不介紹，這樣（yàng），用戶（hù）就隻（zhī）得借助於有關的現代幹燥技（jì）術參考資料決定對設備的（de）^後選擇。毫無疑問，用（yòng）戶很需要由推銷者提供的實驗室，實驗範（fàn）圍及技（jì）術經濟方麵的資料。因此（cǐ），就必須熟悉大多（duō）數幹燥設備，才有可能選（xuǎn）出合理（lǐ）的設備。應該強調的是，在特定的生產運行狀態中，很有可（kě）能有很多較適用的幹燥機，但也必須知道，在（zài）特定的工（gōng）作狀態中，沒有一個嚴格的規則規（guī）定（dìng）出極^的^佳幹燥設備，每一種產品（pǐn）都有自（zì）己獨特的生產方式（shì）。影響^佳幹燥裝置選擇的因素很多，如選擇間歇（xiē）幹燥還是連（lián）續（xù）幹燥（zào）、礦物燃料的消耗、電耗、地方環境法或噪音汙染限製等。產品產量對幹（gàn）燥機（jī）的選擇更是一個主要因（yīn）素。

    三、幹燥設備使用概況

    前麵提到，幹燥設備是在許多工業生產中大量（liàng）應用。多年來已（yǐ）有多（duō）種機型用於工業化生產中，如氣流幹燥器、流化床幹燥器、噴霧幹燥（zào）器、滾筒幹燥機、耙式幹燥器、冷凍幹燥機、紅外線幹燥及組合（hé）式幹燥等達幾十種之多。為什麽幹（gàn）燥（zào）設備類型很多呢？這主要是（shì）由於幹燥物料型態、性質各不相（xiàng）同，處理的物料有各種不（bú）同的具體（tǐ）要（yào）求（qiú）所致。

    隨著我國各行業的生產技術的飛躍發展，國內幹燥技術和設備也得（dé）到了迅速發展。在散粒狀物料的幹燥方麵，近幾年來（lái）流態化技術獲得了（le）更（gèng）加廣（guǎng）泛的應用和新的（de）發展。流態化幹燥充分改善了氣固（gù）相接（jiē）觸條件（jiàn）（蒸發表麵（miàn）積增大），物料的劇烈攪動（dòng），大大減（jiǎn）少了氣（qì）膜阻力，給（gěi）傳熱介質創造了極為有利的條件（jiàn）。除了國內在幹燥技術中使用較早的氣流幹燥獲得較迅速發展外，近年來流化幹燥設備發展得^快。主要表現在利用（yòng）流態化技術結合各種被幹燥物料特性和要求創製了很多（duō）新型高效的流態化幹燥器，分述如下（xià）。

    直管氣流幹燥（zào）器是國內使用較早的流化幹燥設備，經數年來的生產實踐認為氣流幹燥對散粒狀物料，特（tè）別是熱敏性物料的幹燥（zào），還是比較理想的幹（gàn）燥設備。它無論生（shēng）產量，占地麵積等方麵均比烘箱幹燥（zào）優越，因此目前在製藥、塑料、食品、化肥等工（gōng）業中使用的更加廣泛。但氣流幹燥還存在熱利用（yòng）率較低、設備高、氣固兩相相對速度較低等缺（quē）點。近年來創製了脈（mò）衝氣（qì）流幹燥器、旋風氣流幹燥器、粉碎氣流幹燥器等新型氣流設備，克服了直管氣流幹燥的缺點。粉（fěn）碎氣流除降低高度外，還擴大了（le）氣流幹燥器的（de）使用範圍（wéi），使易氧化的物料能（néng）用空氣作為幹燥介質，既降低了幹燥動力消耗，又提高了產品的產量和質量，此外還采用了多級氣流（liú）幹燥流（liú）程和組合氣流幹燥流程，在（zài）氣流（liú）幹燥器的應用上（shàng），許多（duō）工程采用了二級（jí）串聯方式，在（zài）有些物料的幹燥上更加合理，也提高了熱效率。直管氣流幹燥在生產操作方麵已很成熟。脈衝氣流、旋風氣流幹燥已工業化多年，操作已較成熟，但（dàn）理論設計方麵（miàn）還很缺少。在今後的實（shí）踐發展中還（hái）需進一步完善。

    大部分熱敏性較強和易氧化的物料，均采用氣流幹燥。一（yī）般能將初濕為10%一（yī）25％的物料幹燥至1%-0.05%，被幹燥的物料（liào）粒度一般在60-100目，產量一般在100 - 200kg/h。目前國內在製藥、食品、塑料等工業（yè）中（zhōng）廣泛使用。隨著我國生產技術的飛速（sù）發展，氣流幹燥在（zài）今後的工（gōng）業生（shēng）產中必（bì）定應用得更加廣泛。

    流化（huà）幹燥是^近（jìn）年發展起來的又一幹燥技術。經過生產實踐證明它有很多優越性（xìng），能（néng）實現小設備大生產，由於熱容係數較大和停留時間可任意調（diào）節，故對含表麵水和需經過降速幹燥階段的物料均適用，特別適用於散粒物（wù）料的幹燥。^近發（fā）展起來並已工業化的有下列幾種型式：單層圓筒（tǒng）型、多層圓管型（xíng）、振動流化床、臥式多室流化床幹燥器、攪拌（bàn）流（liú）化床以及內藏（cáng）熱管流化床等，其中以後者發（fā）展得較迅速。目前已在製（zhì）藥、化肥、食品、塑料、石油（yóu）化工（gōng）等工業中廣泛使用。經過幾年的實踐，國內流（liú）化（huà）幹（gàn）燥無論（lùn）在操作、設備（bèi）結構等方麵均已發展到較成熟階段。從使用情況看，臥（wò）式多（duō）室流化幹燥器由於結構簡（jiǎn）單（dān）、操作方便而穩定、物料適應性廣，既能獲得含水（shuǐ）均勻的產（chǎn）品，動（dòng）力消耗又少，是流態化幹燥散粒狀物料較（jiào）理想的設備，今後值得推廣與發展。內藏熱管是流化床對流傳熱和傳（chuán）導傳（chuán）熱相結合的產物，具有較高的（de）熱（rè）效率，幹燥效果（guǒ）也效好，是近年來很受（shòu）推薦的新機型。

    國內錐形流化床按操作分有三種型式：一種是濃相溢流出料，近年來國內較多在流化造粒方麵使用；另一種即噴動床幹燥，是由床頂出料，產品在旋風分離（lí）器內收集或（huò）間（jiān）歇操作床底出料。這種結構比流化床結構（gòu）簡單，設備小，產量大，幹燥強度高、床層等溫（wēn）性強、不發（fā）生局部（bù）過熱。過去僅適用（yòng）於大顆粒（lì）物料（聚氯乙烯），近年來已發展至（zhì）能應（yīng）用（yòng）於細粒物料的幹燥（zào）。目前在塑（sù）料、穀物、製（zhì）藥等部門使（shǐ）用。但因動力（lì）消耗（hào）較大，使用受到一定限製。

    在溶液狀或（huò）漿狀物料（liào）的（de）幹燥方麵（miàn）也獲得了較新的（de）發展，除（chú）使用（yòng）得較多的噴霧幹燥有（yǒu）了新（xīn）的發展外，近年來已成功地采用了錐形（xíng）流化床進行噴霧造粒生（shēng）產並已（yǐ）逐步在發展和完善中。噴霧流化造（zào）粒幹燥（zào）器首先在化肥上采用，目前已（yǐ）在（zài）醫藥、食品等（děng）工業（yè）中（zhōng）采用。噴霧幹（gàn）燥在國內使用已有二十幾年，在設計（jì）和操作等方麵都已較成（chéng）熟。近年來噴霧幹燥有以下幾方麵的進展：

    (1)幹燥室除向大（dà）型化發展外，噴頭（tóu）霧（wù）化器性能方麵有關單位也作較多的實驗研究工作，並取得了顯（xiǎn）著效果；

    (2)除熱敏性溶液更加廣泛采用噴霧幹燥外，近年漿液也成功地采用了噴霧（wù）幹燥；

    (3）噴霧幹燥設備與其（qí）他幹燥技術結合（hé）以達到幹燥或幹燥（zào）造（zào）粒同（tóng）時進行的目的，這也是我國幹燥技術水平進一步發展（zhǎn）的體現；

    (4)目前正在進行低溫噴霧幹燥的實驗，它是將含濕量極低而溫度不高的空氣作載（zǎi）體，空氣經（jīng）過（guò）預先脫水幹燥，在幹燥過程中產品溫度不超過35’C，因此適用於熱敏性物料的幹燥，如醫藥、食品脫水等。