幹燥設備選型技術總結

同其他工業（yè）技術一樣（yàng），幹（gàn）燥技術在應用過（guò）程中（zhōng）也得到長足的進步。目前已開發出的幹燥機的種類已達400多（duō）種，而且有約200多種幹燥機已（yǐ）應（yīng）用於工業化生產，其中出現了許多新型幹燥（zào）機，它們有的是（shì）對普通幹（gàn）燥機進行（háng）結構（gòu）上的改進（jìn），有的（de）借鑒吸收了其他幹（gàn）燥（zào）機的優（yōu）點（diǎn），有的完全是（shì）一種新想法。

    幹燥又是（shì）工業耗能相當大的一個單元操作，據資料記載，發達國家工（gōng）業耗能的14％被用於幹（gàn）燥，有些行業的幹燥耗能甚（shèn）至占到生產總耗能的35%，而（ér）且（qiě）這個數字（zì）在不斷地增大。同時，運用礦物燃料作為熱源進行幹（gàn）燥操作產生大量的二氧化碳等氣體。幹燥設（shè）備的尾氣（這些氣體中夾帶一些粉塵）對大（dà）氣環境有不良的影響，這對於日益引起全球關注的“環境保護”是一個極大的挑戰。

    幾乎所有的工業都（dōu）離不開幹燥操作，雖然（rán）正確地（dì）了解（jiě）幹燥及幹燥設備的（de）工作（zuò）機理有助於（yú）成功地完成幹燥過程，但是仍然需要我們不斷（duàn）地投人人力和物力去進一步進行（háng）幹（gàn）燥技術的（de）研究（jiū）和開發，以使其在生（shēng）產高質量（liàng）產品的同時，有效地利用能源，減少對環（huán）境的（de）不利影響，並且（qiě）更易於實現過程（chéng）操作和控製。

    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（de）產業、理化性質各（gè）不相同的物料、產品質量及其他方麵千差萬別的要求，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，在幹燥技術的開發及應用（yòng）中需要具備三個方麵的知識和技（jì）術。第一是需要（yào）了解被幹燥物料的理化性質和產品的（de）使用特（tè）點（diǎn）；第二是要熟悉傳遞工程的原（yuán）理，即傳質、傳熱、流體力學和空氣動力學等能量傳遞的原（yuán）理；第三要有實施的手段，即能夠進行幹燥流程、主要設備、電氣儀表控製等方（fāng）麵的工程設計。顯然，這三（sān）方麵的知識和技術不屬於一個學科領域。而在實踐中，這三方麵的知識和技術又缺一不可。所以幹燥技（jì）術是一門跨行業、跨學科的技術。

    現代幹燥技（jì）術雖已（yǐ）有（yǒu）一百多年的發展史，但至今還屬（shǔ）於（yú）實驗（yàn）科學的（de）範疇（chóu）。大部分幹燥技術目前還缺乏能夠精準指導實踐的（de）科學理論和設計方法。實際應用中，依靠經驗和小規模實（shí）驗的（de）數（shù）據來指導工業設計還是（shì）主要的（de）方式，造（zào）成這一局麵的原因有以下幾方麵：

    原因之一是幹燥技術所依托的一（yī）些基礎學科，（主要（yào）是隸屬於傳遞工程（chéng）範疇的學科）本身就具有實驗科學的特點。例如（rú），空氣動力學的研究發展還要靠“風洞”實驗來推動，就說明它還沒有脫離實驗科學的範疇（chóu），而（ér）這些基礎學科自身的發展水（shuǐ）平直接影響和決定了（le）幹燥技術的發（fā）展水平。

    原因之二是很多幹燥（zào）過程是多種學科技術交匯進行的過程，牽（qiān）涉麵（miàn）廣、變（biàn）化因素多、機理複雜。例如在噴霧幹燥（zào）技術領域裏，被霧化的液滴（dī）在幹燥塔內（nèi）的運行軌（guǐ）跡是工程設計的關鍵。液滴的軌跡與自身的體（tǐ）積、質量、初始（shǐ）速（sù）度和方向及周圍其他（tā）液滴和熱空氣的流向（xiàng）、流速有關。但這些（xiē）參數由於傳質、傳熱過程的進行，無時無刻（kè）不在發生著變化、而且初始狀態時，無論是液滴的大小（xiǎo）還是熱空氣的分布都不可能是均勻的。顯然，對於如此複雜、多變的過程隻憑借理論計算來進行工程設計是不可靠的。

    原因（yīn）之三是被幹燥物料的種類是多種（zhǒng）多樣的，其理化性質也（yě）是各（gè）不相同（tóng）。不（bú）同的物料即使在相同的幹燥條件下，其傳質（zhì）、傳（chuán）熱的速率（lǜ）也可能有較大的差異。如果不加以區別對待，就有（yǒu）可能造成不盡人意的後果。例如某些中（zhōng）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（gàn）燥搜術的這些特點往往被人有（yǒu）意或無意地忽（hū）視。製造廠商由於實驗裝置缺（quē）乏或機型不全（這在我國是一個（gè）普（pǔ）遍存在的現象（xiàng））經常回避應做的幹燥實驗，而用戶（hù）由（yóu）於不了解幹燥技術的特（tè）點（diǎn），也經常放棄進（jìn）行必要（yào）實驗的（de）要求（qiú）。其結局是（shì）裝置使用效果不佳，甚至於造成方案（àn）設計失（shī）敗。在我國，這樣的事例屢（lǚ）見不鮮（xiān），曾（céng）有過一套價（jià）值2000萬元人民（mín）幣的工（gōng）業幹燥裝置（zhì）因達不到使用（yòng）要求（qiú）而被閑置的教訓。因此，建設工業幹燥裝置尤其是較大的裝置之前，一定要進行充分的、有說（shuō）服力的實驗（yàn），並以實驗結果作為工業裝（zhuāng）置設計（jì）的依據。這是幹燥技術應用（yòng）的顯著特點。

    此外，幹燥設備種（zhǒng）類繁多、各（gè）具用途（tú）也是幹燥技術的一（yī）個特點。每一種技術都有自己適宜應用的（de）領域。在工程實踐（jiàn）中，要根據具體情況（kuàng）選擇（zé）適用的幹燥技術（shù）種類。這（zhè）對投資費用、操作成本、產品質量、環保要求等（děng）方都會（huì）產生重大的影響。例如某一企業（yè），在白炭黑濾餅（bǐng）幹燥上曾經分別選用過箱式幹燥、噴霧幹燥、旋（xuán）轉氣流快速幹燥（zào）三種型式。^終結果證明這三種技術各（gè）有所長。箱式幹燥生（shēng）產白炭黑雖然生產效率低、人員勞動強度大，但產品（pǐn）質量好。與橡（xiàng）膠（jiāo）混煉後所生成的製品扯斷強度值較高。旋（xuán）轉氣流快速幹燥設備緊湊、投資少、生產效率（lǜ）高，但所生成（chéng）的橡膠製品的強度指標卻是（shì）三者間^差的。噴霧幹燥生產白炭黑，產品各項指標在三者間居中，但具有產品流動性好、粉塵汙染小（xiǎo），深受用戶及操作者歡迎的特點。在20世紀90年代，為白炭黑生產（chǎn）中采用哪種幹（gàn）燥方式更為先（xiān）進的問（wèn）題，曾（céng）在我國（guó）幹燥界引發過爭論。其（qí）實，三種設備各有特點，選用哪種機型（xíng）要看用戶自身的條件和產品要求。不存在哪種技術（shù）更為先（xiān）進（jìn）的結論。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（chóng）選擇（zé）技術方案，而通過幹燥實驗來考核技術方案也是必（bì）不可少的步驟。

    二、工業幹燥裝置的發展（zhǎn）現狀

    幹燥在許多生產中是一個（gè）十分重要的單元操作（zuò），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（cháng）是生產過程的^後一（yī）道工序（xù），產品的質量、劑型在很大程度（dù）上取決於幹燥技術和設備的綜合（hé）運用情況。從經濟角（jiǎo）度考慮，幹燥（zào）器價格（gé）昂貴，工程投資較大。另一方麵，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，而設備的運轉費用與幹燥器的設計（jì）選型有非（fēi）常密切的關係，所以企業的決策者對此曆來都比較重視。被幹燥（zào）物料的品種有許多，它們的理化性質又有很大差異。甚至（zhì）同一品種不同的生產（chǎn）工藝、同一品種不同（tóng）的產品要求，導致幹燥條件可能都有區別，所以就決定了（le）幹燥工程的複雜性。由此可見，幹燥過程較其他的單元操作具有更高的技術（shù）性。

    我國（guó）幹燥設備在解放前基本（běn）是（shì）空（kōng）白，隻有烘房、烘箱和滾筒（tǒng）幹燥機，幹燥技術（shù）落後、生產設（shè）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發展。縱觀（guān）我國（guó）幹燥技術及設備（bèi）的發展史，在幾十年間經曆由簡到繁、由（yóu）低級到高（gāo）級的發展階（jiē）段，現在常用於生產的幹燥設備有十餘類三十（shí）多個係列，加上組合幹燥設（shè）備約有五十幾種，再加上專用幹燥（zào）設備就更難於統計，合理地選用這些幹燥設備也不是一件易事，選型（xíng）的前提是了解這些設備的基本工作（zuò）原理、結構特點以（yǐ）及適用物料範圍，這樣在選型時才避免走彎路。

    近些年來，由於幹燥技術的發展，給篩（shāi）選設備帶來（lái）了更多的複雜因素。即使是幹燥設備的設計、製造或（huò）使用者也常常弄（nòng）不清如何去選擇合適的設備。由於幹燥設備的推銷者在市場上隻是對他們推銷的幹燥機種類感興趣，而對其（qí）他種類則並不介紹，這樣，用戶就隻得借助於有關的（de）現代幹（gàn）燥技（jì）術參考資料決定對設備的^後選擇。毫無疑問，用戶很需要由推銷者提供的實（shí）驗室，實驗範（fàn）圍（wéi）及技術經濟方麵的資料。因此，就必須熟悉大多數（shù）幹燥設備，才有可能選出合理的設（shè）備。應該（gāi）強調的是，在特定的生產運行狀態中，很有可能有很多較適用的幹燥機，但（dàn）也必須知道（dào），在特定的工作狀態中（zhōng），沒有一個嚴格的規則（zé）規（guī）定出極^的^佳幹燥設備，每一種產品都有自（zì）己獨特的生產方式。影響^佳幹燥裝置選擇的因素很多，如選擇間歇幹燥還是連續幹燥、礦物燃料的消耗（hào）、電耗、地方環境法或噪音汙染限製等。產品產量對幹燥（zào）機的選擇（zé）更是一個主要因素。

    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應用。多年來已有多種機型用於工業化生產（chǎn）中，如氣（qì）流幹燥器、流化床幹燥器、噴霧幹燥器、滾筒幹燥機、耙式幹燥器（qì）、冷凍幹燥機、紅外線幹燥（zào）及組合式幹燥等達幾十種之多。為什麽幹燥設備類型很多呢？這主要是由於幹燥物（wù）料型態、性質各不相同，處理的物料有各種不同的具（jù）體要（yào）求所致。

    隨著我國各行業的生產（chǎn）技術的飛躍發展，國內幹燥（zào）技術和設備（bèi）也得到了迅速發展。在散粒狀物料的幹燥（zào）方麵，近幾年來流態（tài）化技術獲得了更加廣泛的應用和新的發展。流態化幹燥充分改（gǎi）善了氣固相接觸條件（蒸發表麵積增大），物料的劇烈攪動，大大減少了氣膜阻（zǔ）力，給傳熱介質創造了極為有利的條件。除了國（guó）內在幹燥技術中使用較（jiào）早的氣流幹（gàn）燥獲得較迅速發展外，近年來流化幹燥設備發展得^快。主要表現在利用流態化技術結合各種（zhǒng）被幹燥物料特性和要求（qiú）創製了很多新（xīn）型高效的流態化幹燥器，分述如下。

    直管氣流幹燥器是國內使用較早的流化幹燥設備，經數年來的（de）生產實踐認為氣流幹燥對散粒狀物料，特別是熱敏性物料的幹燥，還是（shì）比較理想的幹燥設備。它無論生產量，占地麵積等方（fāng）麵均比（bǐ）烘箱（xiāng）幹燥優（yōu）越，因此目前在製藥、塑（sù）料、食品、化肥等工業中（zhōng）使（shǐ）用（yòng）的更加（jiā）廣泛。但氣流幹燥還存在熱利用率較低、設備高、氣（qì）固兩相相對速度較低等缺點。近年來創製了脈衝氣流幹燥器、旋風氣流幹燥器、粉碎氣（qì）流幹（gàn）燥器等新型氣流設備，克服了（le）直管（guǎn）氣流幹燥的缺點。粉碎氣流除降低高度外，還擴大了氣流幹燥（zào）器的使（shǐ）用（yòng）範圍，使易氧化的物料能（néng）用空氣作為幹燥（zào）介質，既降低了幹燥（zào）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幹燥流程和組合氣流幹燥流程（chéng），在氣流幹燥器的應用上，許多工程采用了二級串聯（lián）方式，在（zài）有（yǒu）些物料的幹燥上更加合理，也（yě）提高了熱效率。直管氣（qì）流幹燥（zào）在生產操（cāo）作方麵已（yǐ）很成熟。脈衝氣流、旋風氣流幹燥已工業化多（duō）年，操作已較成熟，但理論設（shè）計（jì）方麵還很缺（quē）少。在今後的實（shí）踐發展中還需（xū）進（jìn）一步完善。

    大部分熱敏性較強和易氧化的物（wù）料（liào），均采用氣流幹燥。一（yī）般能將初濕為（wéi）10%一25％的（de）物料幹燥至1%-0.05%，被幹燥的物料粒度一（yī）般在60-100目（mù），產（chǎn）量一般在100 - 200kg/h。目前國內在製藥、食品、塑料等工業（yè）中廣泛使用。隨（suí）著（zhe）我國生產技術的飛速發展（zhǎn），氣流幹燥在今後的工業生產中必定應用得更加廣泛。

    流化幹燥是^近年發展起來的又（yòu）一幹燥技術。經過生（shēng）產實踐證明它有很多優（yōu）越性，能實現小設備大生產，由於熱容係數較大和停留時間可（kě）任意（yì）調節，故（gù）對含表（biǎo）麵水和（hé）需經過（guò）降（jiàng）速幹燥階段的物料均適用，特別適用於散粒物料的幹燥。^近發展（zhǎn）起來並已工業化的有下（xià）列幾種型式：單層圓（yuán）筒型、多層（céng）圓管型、振動流化床、臥式多室（shì）流化床幹燥器、攪拌流（liú）化床以及內藏熱管流化床等，其中以後者發展得較迅速（sù）。目前已在製藥、化肥、食品、塑料、石油（yóu）化工等工（gōng）業中廣泛（fàn）使用。經過幾（jǐ）年的實踐，國內流化幹燥無論在操作、設備結構等（děng）方麵均已發展到較成熟階段。從（cóng）使用情況看，臥（wò）式多室流化幹燥器由於結構簡單、操（cāo）作方（fāng）便而穩定、物（wù）料（liào）適應性（xìng）廣，既能獲得含水均勻的（de）產品，動力消（xiāo）耗又（yòu）少，是流態化幹燥散粒狀物料較理想的設備，今後值得推廣與發展。內藏熱管是流化床對流傳熱和傳（chuán）導傳熱（rè）相結合的產物，具有較高的熱效率，幹燥效果也效好（hǎo），是近年來很（hěn）受推薦的新機型。

    國內錐形流化床按操作分有三種型式：一種是濃相（xiàng）溢（yì）流出料，近年來國內較多在流化造（zào）粒方麵使用（yòng）；另一種即噴動床幹（gàn）燥，是由床頂出料（liào），產品在旋（xuán）風分離器內收集或間歇（xiē）操作床底出料（liào）。這（zhè）種結構比流（liú）化床結構簡單，設備小，產量（liàng）大，幹燥強度高、床層等溫性強、不發生（shēng）局部過熱（rè）。過去（qù）僅適用於大顆粒物料（聚氯乙烯），近年來已發展至能應用於細粒物料的幹燥。目（mù）前在塑料、穀物、製藥等（děng）部門使用。但因動力消耗較（jiào）大，使用受到一定限製。

    在（zài）溶液狀或漿狀物（wù）料的幹燥方麵也獲得了較新的發展，除使用得較多的噴霧幹燥有了新的發展外，近年來已成功地采用了（le）錐形流化床進行噴霧（wù）造（zào）粒（lì）生產並已逐（zhú）步在發展和完善中。噴霧流化造粒幹燥器首（shǒu）先在化肥上采用（yòng），目前已在醫藥、食品等工業中采用（yòng）。噴霧幹燥在國內（nèi）使用已有二十幾年，在設計和操作等方麵都已較成熟。近年來噴霧（wù）幹燥有以下幾方麵的進展：

    (1)幹燥室（shì）除（chú）向大型化發（fā）展外，噴頭霧化器性能方麵有關單位也作較多（duō）的實驗研究工作，並取得了顯（xiǎn）著效果；

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

    (3）噴霧幹（gàn）燥設備（bèi）與其他幹（gàn）燥技術結合以達到幹燥或幹燥（zào）造粒同時進行的目的，這也是（shì）我國幹燥技術水平進一步發（fā）展的體現；

    (4)目前正在進行低溫（wēn）噴霧幹燥的實驗，它是將含濕量（liàng）極低而溫度不高的空氣作載體，空氣經過預先脫水幹燥，在幹燥過程（chéng）中產（chǎn）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。