幹燥設備選型技術總結

同其他工業技術一樣（yàng），幹燥（zào）技術（shù）在應用過程（chéng）中也得到長足的進步。目（mù）前已開（kāi）發出的幹燥機的（de）種類已達400多種（zhǒng），而（ér）且有（yǒu）約200多種幹燥機（jī）已（yǐ）應用於工業化生產，其中出現了許多新型幹燥機，它們（men）有的是對普（pǔ）通幹（gàn）燥機進（jìn）行結構上的改進，有的借鑒吸收了其他幹燥機的優點，有（yǒu）的完全是一種新想法。

    幹燥又是（shì）工（gōng）業耗能相當大的一個單元操作（zuò），據資料記（jì）載（zǎi），發達國家（jiā）工業耗能的14％被（bèi）用於幹燥，有些行業的（de）幹燥耗能甚（shèn）至占到生產總耗（hào）能的35%，而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燥操作產生大量的（de）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）對大氣環境有不良（liáng）的影響，這對於日益引起全球關（guān）注的“環境保護”是一個極大的挑戰。

    幾乎所有的工業都離不開幹燥（zào）操作，雖然正確地了解幹燥及幹（gàn）燥設備的工作機理（lǐ）有助於成功地完成幹燥過程（chéng），但（dàn）是仍然需要我們不斷地投人人力和物力去進一步進行幹（gàn）燥技術的研究（jiū）和開發，以使（shǐ）其在生產高質量產品的同時，有效地利用能源，減少對環境的不利影（yǐng）響，並且更易於實現（xiàn）過程操作和控製。

    一、幹（gàn）燥技木的特（tè）點

    幹燥技術有很寬的應用領域（yù），麵對眾多的產（chǎn）業、理化性（xìng）質各不相（xiàng）同的物料、產品質量及其（qí）他方麵千差萬別的要（yào）求，幹燥技術是一門跨行業、跨學科、具有實驗科學（xué）性質的技術。通常，在幹燥技術的開發及應用（yòng）中需要具（jù）備三個方麵的知識和技術。第一是需（xū）要了解被（bèi）幹燥物料（liào）的理化性質和產品的使用特點；第二是要熟悉（xī）傳遞工程（chéng）的原（yuán）理，即傳質、傳熱、流體力學和空氣動力學等能量（liàng）傳遞的原理；第三要有實施（shī）的手（shǒu）段，即能夠進行幹燥流程、主要設備、電氣（qì）儀表控製等方麵的工程設計。顯（xiǎn）然，這三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（zhī）識和技術又缺（quē）一不可。所以幹燥技術是一門跨行業、跨（kuà）學科的技（jì）術（shù）。

    現代幹燥技（jì）術雖已有一百多年的發展史，但至（zhì）今（jīn）還屬（shǔ）於實驗科學的範疇。大（dà）部分（fèn）幹燥技術目前還（hái）缺乏能夠（gòu）精準（zhǔn）指導實踐的科學理論和設（shè）計方法（fǎ）。實（shí）際（jì）應用中，依靠經驗和小規模實驗的數據來指導工業設計還是主要的（de）方式，造成這一局麵的原因有以（yǐ）下幾方麵：

    原因之一是幹燥技術所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（shēn）就具有實驗科（kē）學的特點。例如，空氣動力學的（de）研究發展（zhǎn）還要靠“風洞”實驗來推動，就說明它還沒有脫離實（shí）驗科學的範疇（chóu），而這些基礎學科自身的發展水平直接影響和決定了幹燥（zào）技術的發展（zhǎn）水平。

    原因之二是很多幹燥過程是多種學科技術交匯進行的過程，牽涉麵廣、變化因素多、機理複雜。例如在噴（pēn）霧幹燥技（jì）術領域裏（lǐ），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（jiàn）。液滴（dī）的軌跡與自身的體積、質量、初始速度和方向及（jí）周圍其他液滴和（hé）熱空氣的流向、流速（sù）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（dī）的大小還是熱空（kōng）氣的分布都不可能是均勻的。顯然，對於如此複雜、多變的過（guò）程隻憑借理（lǐ）論（lùn）計算來進行（háng）工程設（shè）計是不可靠的。

    原（yuán）因之三是被（bèi）幹燥物料的種類是多（duō）種多樣的，其理化性質也是（shì）各不相同。不同的物料即使在相同（tóng）的幹燥條件下，其傳質、傳熱的速率也可能有較大的差異。如果不加以區別（bié）對待，就有可能造成不盡人意的（de）後果。例如某些中（zhōng）草藥（yào）的幹燥，雖然（rán）同屬一種藥材，隻因為藥材產地或收獲期存（cún）在區（qū）別就須改（gǎi）變幹燥條件，否則產品質量就會（huì）受到影（yǐng）響。

    以上三方麵的原因決定了（le）幹燥技（jì）術的開發與應用要以實（shí）驗為基礎。但幹燥搜（sōu）術的這些特點往往被人有（yǒu）意或無意地忽視。製造（zào）廠（chǎng）商由於實驗裝置缺乏或（huò）機型不全（這在我國是一個普遍存在的現（xiàn）象）經常回避應做的（de）幹燥實驗，而用戶由於不了解幹（gàn）燥技（jì）術的特點，也經常放棄進行必要實驗的要求（qiú）。其結局（jú）是（shì）裝置使用（yòng）效果不佳，甚至於造成方案設計失敗。在我國（guó），這樣的事例屢見不鮮，曾（céng）有過（guò）一套價值2000萬元人民幣的工業幹燥裝置因達（dá）不（bú）到使用要求而被閑置的（de）教訓。因此，建（jiàn）設工業幹燥裝置尤其（qí）是較大的裝置之前，一定要進（jìn）行充分的、有說（shuō）服力的實驗，並以實驗結果作為（wéi）工（gōng）業裝置設（shè）計的依據。這是幹燥（zào）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（shì）幹（gàn）燥技（jì）術的一個特點。每一種技術都有自己適宜應（yīng）用的領域。在（zài）工程實踐（jiàn）中，要根據具體情況選擇適用的幹燥技術種類。這對投資費用、操作（zuò）成本、產品質量、環保要求等（děng）方都（dōu）會產（chǎn）生重大的影響。例如某一企業（yè），在白（bái）炭黑濾餅幹燥上曾經分別（bié）選用過箱式幹（gàn）燥、噴霧幹燥、旋轉氣流（liú）快速幹燥三種型式。^終結果（guǒ）證明（míng）這三（sān）種技術各有（yǒu）所長。箱式幹燥生產白炭黑雖然生產效率低、人員勞（láo）動強度大，但產品質量好。與橡膠混煉後所生（shēng）成的製品扯斷強度值較高。旋轉氣流快速幹燥設備緊湊、投資少、生產（chǎn）效率高，但所生成的橡膠製品的強度指標卻是三者間（jiān）^差的。噴霧幹燥生（shēng）產白炭黑，產品各項指標在三者間居（jū）中，但具有產品流動性好、粉塵汙染小，深受用（yòng）戶及操作者歡迎的特點。在20世紀90年（nián）代（dài），為白炭黑生產中采用哪種幹燥（zào）方式更為先進的問題，曾在我（wǒ）國幹燥界引發過爭論。其實，三種設備各有特點，選用哪種機型要看用戶自身的條（tiáo）件和產品要求。不存在哪種技術更為先進的（de）結論。類似的（de）例子有很多，都表明了幹燥設備種類繁多、各具用途的特點。所以在應用中要仔細（xì）比較、慎重選擇技術方案，而通過幹燥實驗來考核技術方案也是必不可少的步驟。

    二、工業幹（gàn）燥（zào）裝置的發展現狀

    幹燥在許多生（shēng）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，更重要的常常是生產（chǎn）過程的^後一道（dào）工序，產品的質量、劑型在（zài）很大程度上取決於幹燥技術和設備的綜合運用（yòng）情況。從經濟角度考慮，幹燥器價格昂（áng）貴，工程投資較大。另一方麵，幹（gàn）燥（zào）又（yòu）是高耗（hào）能過程，熱效率在15%一80%這樣（yàng）大的範圍內波動（dòng），而設備的運轉費用與幹燥器的設計選型（xíng）有非常密切的關係，所以企業（yè）的（de）決策者對此曆來都比較重視。被幹燥物料（liào）的品種有許多，它（tā）們的（de）理（lǐ）化性質又有很大（dà）差異。甚至同一品種不同的生（shēng）產工（gōng）藝、同一品種不同的產品（pǐn）要求，導（dǎo）致幹燥條（tiáo）件（jiàn）可能都有區別，所以就決定了幹燥工程的複雜性。由此可見，幹燥過程較其（qí）他的單元（yuán）操作具有更高的（de）技術性。

    我國幹燥設備在解放前基本是空白，隻有烘房、烘箱和滾筒幹燥機，幹燥技術落後、生產設備原始（shǐ）。到1957年才出（chū）現了真（zhēn）空耙式幹燥機，1964年以（yǐ）後幹燥技術有了較快的（de）發展（zhǎn）。縱觀我國幹燥技術及設備的（de）發展史，在幾十年間經曆由簡到繁、由低級到高級的發（fā）展階（jiē）段，現在常用於生產的幹燥設備有十餘類三十多個係列，加上組合幹燥設備約有五十幾種，再加上專用幹燥設備就更難於統（tǒng）計，合理地選用這些幹燥設備也不是一件易事，選型的前提是了（le）解這些設備（bèi）的基本工作原理、結構特點以及適用物料範圍，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，給篩選設備帶來（lái）了更多的複雜因素。即使是幹燥設備的設計（jì）、製造或使用者（zhě）也（yě）常常弄不清如何去選（xuǎn）擇合適的設備。由於（yú）幹燥（zào）設備的推銷者（zhě）在市場上隻是對他們推銷的幹燥（zào）機種類感興趣，而對其他（tā）種類則並不介紹，這樣，用（yòng）戶就隻得借助於有關的現代幹燥技術參考資料決定對設備的^後選擇。毫無疑問，用戶很需要（yào）由推銷（xiāo）者提供的（de）實驗室，實驗範圍及技（jì）術經濟方麵的資料。因此，就必須熟悉大多（duō）數幹燥設備，才有可能選（xuǎn）出合理的設備。應該強調（diào）的是，在特定的生產運行（háng）狀態中，很有可能有很多較適用的幹燥機（jī），但也必須知（zhī）道，在特定的工（gōng）作狀態中，沒有一（yī）個嚴格的（de）規則（zé）規定出極^的^佳幹燥設備（bèi），每一種產品都有（yǒu）自己獨特的生產方式。影響^佳幹燥裝置選擇的因素很（hěn）多，如選擇間（jiān）歇幹燥（zào）還是連續幹燥、礦物燃料的（de）消耗、電耗、地（dì）方環（huán）境法或噪音汙染限製等。產品產量對幹燥機的選擇更是一個主要因素。

    三、幹燥（zào）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，如氣流（liú）幹燥器、流化床幹燥器、噴霧幹燥器、滾筒幹燥機、耙式幹燥器、冷凍幹燥機（jī）、紅外線幹燥及組合式幹燥等達幾十種（zhǒng）之多。為什（shí）麽幹燥（zào）設備類型很多（duō）呢（ne）？這主要是由於幹燥物料型（xíng）態、性質各（gè）不相同，處理的物料有各種不（bú）同的具體要求所致。

    隨著我國各行業的生產技（jì）術的飛躍發展，國內幹（gàn）燥技術和設備也得到了迅速（sù）發展。在散粒狀物料的幹燥方麵，近幾年來流態化技術獲（huò）得了更加廣（guǎng）泛（fàn）的應（yīng）用和新（xīn）的發展。流態化幹燥（zào）充分改善了氣固（gù）相接觸條（tiáo）件（蒸發表麵積增大），物料的劇烈攪動，大大減（jiǎn）少了氣（qì）膜阻力，給傳熱介質創造了極為（wéi）有利的條件。除了國內在幹燥技術中使用較早的氣流（liú）幹燥獲得較迅（xùn）速發展外，近（jìn）年來流化幹燥設備發展得^快。主要表現在利用流（liú）態化技術結合各種被幹燥物料特性和要求（qiú）創製了很多新型高效的流態化幹燥器（qì），分述如（rú）下。

    直管氣流幹燥器是（shì）國內使用較早的流化幹燥設備，經數年（nián）來的生（shēng）產實踐認為氣流幹燥對散（sàn）粒狀（zhuàng）物料，特別是熱敏性物料的幹燥，還是比較理想的幹燥設備。它（tā）無論（lùn）生產量，占地麵積等方麵均比烘箱（xiāng）幹燥優越，因此目前在製藥、塑料、食品、化肥等工業中使（shǐ）用的更加廣泛。但氣流幹燥還存在熱利用率較低、設備高、氣固兩相相對速度較低等缺點。近年來創製了脈衝（chōng）氣流幹燥器（qì）、旋風氣流幹燥器、粉碎氣流幹（gàn）燥器等新型氣流設備，克服了直管氣流幹燥的（de）缺點。粉碎氣流除降低高度外，還擴大了氣流幹燥器的使用範圍，使易氧化（huà）的物料能（néng）用（yòng）空氣作為（wéi）幹（gàn）燥介質，既降低了幹燥動力消耗，又提（tí）高了產品的產量和質量，此外還采用了多級氣流幹（gàn）燥流程和（hé）組合（hé）氣流（liú）幹燥流程，在氣流幹燥器的應用上，許多工（gōng）程采用了二（èr）級串聯方式，在有些物料的幹燥上更加合理，也提高了熱效率。直（zhí）管氣流幹燥在生產操作方麵已很（hěn）成熟。脈衝氣流、旋風氣流幹燥已工業（yè）化多（duō）年，操作已較成熟，但理論設（shè）計方麵還很缺少。在今後的實踐發展中還需進一步完善（shàn）。

    大部分熱敏性較強（qiáng）和易（yì）氧化的（de）物料，均采用（yòng）氣流幹（gàn）燥。一般能（néng）將初（chū）濕為（wéi）10%一25％的物料幹燥至1%-0.05%，被幹燥的物（wù）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（shí）品、塑料（liào）等工業中廣（guǎng）泛使用。隨著我國生產技術的飛速發展，氣流幹燥（zào）在今後的工業生產中必定應用得（dé）更加廣泛。

    流化幹燥是^近年發展起來的又一幹燥（zào）技術。經過生產實踐證明它有很多優越性，能實（shí）現小設備大生產，由於熱容係數較大和停留時間可任意（yì）調節，故對含表麵水（shuǐ）和需經過降速幹燥（zào）階段的物料均適用，特別適用於（yú）散粒物料的幹燥。^近發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（yuán）管型、振動流化（huà）床、臥式多室流化床幹燥器（qì）、攪拌流化床以及內藏熱（rè）管流化床等，其中以（yǐ）後者發展得較迅速。目前已在製藥、化肥、食品、塑料、石油化工等工（gōng）業中廣泛使用。經（jīng）過幾年的實踐，國內流（liú）化幹（gàn）燥無論在操作（zuò）、設備結構（gòu）等方麵均已發展到較成熟階段。從使用（yòng）情況看，臥式多室流化幹燥器由於結構簡單、操作方便而穩定、物料適應（yīng）性廣（guǎng），既能（néng）獲得含水均勻的產品，動力消耗又少，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導（dǎo）傳熱相結合的產物（wù），具有較高（gāo）的熱效率，幹燥效果也效（xiào）好，是近年（nián）來很受推薦的新機型。

    國內錐形流化床按操（cāo）作分有三種型式：一種是濃相溢流出料，近年（nián）來國內較多在流化（huà）造粒方（fāng）麵使用；另一種即噴動床幹燥，是由床頂出料，產品（pǐn）在（zài）旋風分離器內收集或間歇操作床底出料。這種結構（gòu）比流化床結構（gòu）簡單，設（shè）備（bèi）小，產量大，幹燥強度高、床層等溫性強、不發生局部（bù）過熱。過去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。目前在塑料、穀（gǔ）物、製（zhì）藥等部門使用。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（zhuàng）物料的幹燥方麵（miàn）也獲得了較新的發展，除使用得較多的噴霧幹燥有（yǒu）了新的發展外（wài），近年來（lái）已成功地采用了錐（zhuī）形流化床進行噴霧造粒生產並已逐步在發展和完（wán）善中。噴霧流化造粒幹燥器首（shǒu）先在化肥上采用，目前已在醫藥、食品等工業中采用。噴（pēn）霧（wù）幹燥在國內使用已（yǐ）有二十幾年，在設計和操作等方麵都已較成熟（shú）。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（xíng）化發展外，噴頭（tóu）霧化（huà）器性能方麵有關（guān）單位（wèi）也作（zuò）較（jiào）多的實驗研究工（gōng）作，並取得了顯著效果；

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

    (3）噴霧（wù）幹燥設備與其他幹燥技術結合以達到（dào）幹燥或幹燥造粒同時進行的目的，這也是我國幹燥技術（shù）水平進一步發展的體現；

    (4)目（mù）前正在進行低溫噴霧幹燥的實驗，它是將含濕量（liàng）極低而溫度不高的空氣作（zuò）載（zǎi）體，空氣經過預先脫水幹燥，在幹燥（zào）過程中產品溫度不超過（guò）35’C，因此適用（yòng）於熱敏（mǐn）性物料（liào）的幹燥，如醫藥、食品脫水等。