幹燥設備選型技術總結

同其他工業技術一樣，幹燥技術在應用過程中也得到長足的進步。目前（qián）已開（kāi）發出的幹燥機（jī）的種類已達400多種，而（ér）且有約200多種幹（gàn）燥機已應用於工業化生產，其中出現了許多新型幹（gàn）燥機，它們有的是對普通幹燥機進行結構上的改進（jìn），有的借鑒吸收了其他幹燥機的優點，有的完全是一種新想法。

    幹燥又是工業耗能相當大的一個單元操作，據資料記（jì）載，發達國家工業耗能的14％被用於幹燥，有些行業（yè）的幹燥耗能甚（shèn）至占（zhàn）到生產總耗能的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（shēng）大量的二氧化碳等氣體。幹燥設備的尾氣（這些氣體中夾帶一（yī）些粉塵）對大氣環境有不良的影（yǐng）響，這對於日益引起全球關注的“環境保護”是（shì）一個極大的挑戰。

    幾乎所有的工業都離不（bú）開幹（gàn）燥操作，雖然正確地了解幹燥及幹燥設（shè）備的工作機理（lǐ）有助於成功地完成幹燥過（guò）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幹燥技術的研究和開發，以使其在生產高質（zhì）量產品的同時，有效地利用能源，減少對（duì）環（huán）境的不（bú）利影響，並且更易於實現過程（chéng）操作和控製。

    一、幹燥技木的特點

    幹燥技術有很寬的應用領域，麵（miàn）對眾多的產業、理化性質各不相同的物料（liào）、產品質量及其他方麵千差萬別的（de）要求，幹燥技術是一門（mén）跨行業、跨學（xué）科、具有實（shí）驗科學性質的技術。通常，在幹燥技術的開發及應用中需要具備三個方麵的（de）知識（shí）和技術。第一（yī）是需要了解被幹燥物料的理化性質和產品的使用特點；第二是要熟（shú）悉傳遞工程的原理，即傳（chuán）質（zhì）、傳熱、流體力學和空氣（qì）動力學等（děng）能（néng）量傳遞的原理；第三要有實施的手段，即（jí）能夠進行幹燥流程、主要設備、電氣儀表控製等（děng）方麵的工程設計。顯然，這三方麵的知識和技術不屬於一個學（xué）科領域。而在實踐中，這三方麵（miàn）的知（zhī）識和技術（shù）又缺一不可。所以幹燥技（jì）術是一門跨行業、跨學科的技術。

    現代幹燥技術雖已有一百多年的發展史（shǐ），但（dàn）至今（jīn）還屬於（yú）實驗科學的範疇（chóu）。大部分幹（gàn）燥技術目前還缺乏能夠精準指導實踐的科學理論和設（shè）計方法。實際應用中，依靠經驗（yàn）和小（xiǎo）規模實驗的數（shù）據來指導工業設計還是主要的方（fāng）式，造成這一局（jú）麵的原因有以下幾方麵：

    原因之一是幹燥（zào）技術所（suǒ）依托的一（yī）些基礎（chǔ）學科，（主要是隸屬於傳遞工程範疇的學科）本身就具有實驗科學的特點。例如，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（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（hé）決定了幹燥技術的（de）發展水平。

    原因之二是很多幹燥過程是多種學（xué）科技術交匯（huì）進（jìn）行的過程，牽（qiān）涉麵廣、變化因素多、機理（lǐ）複雜。例如在噴霧（wù）幹燥技術領域裏，被霧（wù）化的液滴在幹燥塔內的運行軌跡（jì）是工程設計的關鍵。液滴的軌跡與（yǔ）自身的體積（jī）、質量、初始速度和方向及周圍其他液滴和熱空氣的流向、流速有關（guān）。但這些參（cān）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（shǐ）狀態時，無論是液滴的大（dà）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）程隻憑借理論（lùn）計算來進行工程（chéng）設計是不可靠的（de）。

    原因之三是被幹燥物料的（de）種類是多種（zhǒng）多（duō）樣的，其理（lǐ）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、傳熱的速率也可能有較大的差異。如果不加以區別對待，就有可能造（zào）成不盡人意的後（hòu）果。例如某些中草藥的幹（gàn）燥（zào），雖然同屬一種藥材，隻因為（wéi）藥材產地（dì）或收獲期存在區別就須改變幹燥（zào）條件，否則產品質量就會受（shòu）到影響。

    以上三方麵的原因決定了幹燥技術的（de）開發與應用（yòng）要以（yǐ）實驗為基礎。但幹燥搜術的（de）這些特點往往被人有意或無意地忽視。製造廠商由於實驗裝置缺乏或機型（xíng）不全（這在我國是一個普遍存在的現象）經（jīng）常回避應做的幹燥實驗，而用戶（hù）由於不了解幹燥技術的特（tè）點，也經常（cháng）放棄進行必要實驗的要求。其結局是裝置使用效果不佳，甚至於造成方案設計失敗（bài）。在我國（guó），這樣（yàng）的事例屢見不鮮，曾有過一套價（jià）值2000萬元人民幣（bì）的工業幹燥（zào）裝置（zhì）因達不到使用要求而被閑（xián）置的教訓。因此，建設工業幹燥（zào）裝置尤其是較大的裝置之前，一定要進行充分的、有說服力的實驗，並以實驗結果作為工業裝置設（shè）計的依（yī）據（jù）。這是幹（gàn）燥技（jì）術應（yīng）用的顯著特點。

    此外，幹燥設備種類繁（fán）多、各具（jù）用途也（yě）是（shì）幹燥技術的一個特（tè）點。每（měi）一種技術都有自己適宜應用的領（lǐng）域。在（zài）工程實踐（jiàn）中，要根據具體情況（kuàng）選擇適用（yòng）的幹燥技術種類。這對投資費用、操作成本、產品質量、環保要求等方都會產生重大的影響。例（lì）如某一企業，在白炭黑（hēi）濾餅幹燥上曾經分別選用過箱式幹燥、噴霧幹燥、旋轉氣流快速幹燥三種型式。^終結（jié）果證（zhèng）明這三種技術各有所（suǒ）長。箱式幹燥生產白炭黑雖然生產效率低、人員勞動（dòng）強（qiáng）度大，但產品質量好。與橡膠（jiāo）混煉後所生成的（de）製品扯斷強度值較高。旋轉氣流快速幹（gàn）燥設備緊湊、投資少、生產效率高，但所生成的（de）橡膠製品的強度指標卻是三者間^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，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（shēng）產中采用哪種幹燥方式更為先進的問題，曾在我國幹燥界引（yǐn）發過爭（zhēng）論。其實（shí），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結論。類（lèi）似的例子有很多，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、工業幹燥（zào）裝置的發展現（xiàn）狀

    幹燥在許多（duō）生產中是一（yī）個十分重要的單元操作（zuò），因為幹燥在（zài）這裏（lǐ）不僅是簡單的固液分離過程，更重要的常常是生產過程的^後一（yī）道工序，產品的質量、劑型（xíng）在（zài）很大程度上取（qǔ）決於幹燥（zào）技術和設備的（de）綜合運用情況。從經濟角度考慮，幹（gàn）燥器價格昂貴，工程投資較大。另一方麵，幹燥又是高耗能過程，熱效率（lǜ）在（zài）15%一80%這（zhè）樣大（dà）的（de）範圍內波動，而設備的運轉費用與幹燥（zào）器的設（shè）計選型有非常密切的關係，所以企業的決策者（zhě）對（duì）此曆來都比較重視。被幹燥物料的品種有許多，它們的理化性質（zhì）又有很（hěn）大差異（yì）。甚至同（tóng）一品（pǐn）種不同的（de）生產工藝、同一品（pǐn）種不同的產品（pǐn）要求，導致幹（gàn）燥條件可能都有區別（bié），所（suǒ）以就決定了幹燥工程的複雜性（xìng）。由此可見，幹燥過程較其他的單（dān）元操作具有更高的技術性。

    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。到1957年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。縱觀我國幹燥技術及設備的發展史，在幾十年間經曆由簡到繁、由低級（jí）到高級（jí）的發展階段，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（zhǒng），再加上專用幹燥（zào）設備就更難於統計，合理地選用這些幹（gàn）燥（zào）設備也不是一件易事，選型的（de）前提是了解這些設備（bèi）的基本工作原理、結構（gòu）特點以及適用物料範圍，這樣在選型時才避（bì）免（miǎn）走彎路。

    近些年來，由於幹（gàn）燥技（jì）術的發展（zhǎn），給篩選設備帶來了更多的複雜因素。即使是幹燥設備的設計、製造或使用者也常常弄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（shàng）隻是對他們推銷的幹燥機種（zhǒng）類感興趣，而對其他種類則並不介紹，這樣，用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（hòu）選擇。毫無疑問，用戶很需要由推銷者提供的實（shí）驗室，實驗範圍（wéi）及技術經濟方麵的資料（liào）。因此，就必須熟悉大多數幹燥設備，才（cái）有可能選出合理的設備。應該強調（diào）的是，在特定的生產運行狀態中，很（hěn）有可能有很多較適用的幹燥機，但也必須知道，在特定的工（gōng）作狀（zhuàng）態中，沒有一個嚴格的規則規定出極^的^佳幹燥設（shè）備，每一種產品（pǐn）都有自己獨特的生產方式（shì）。影響^佳幹燥（zào）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（de）消耗、電耗、地方環境法或噪音（yīn）汙染限製（zhì）等（děng）。產品產量（liàng）對幹燥機的選擇更是一（yī）個主要因素。

    三、幹燥設備使（shǐ）用概況

    前麵提到（dào），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，如氣流幹燥器、流化床幹燥器、噴（pēn）霧幹燥器、滾筒（tǒng）幹燥機、耙式幹燥器、冷凍幹燥機、紅外線（xiàn）幹燥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料型態、性質各不相同，處理的物料有各種不同的具體要求所致。

    隨著我國各（gè）行業的生產技（jì）術的飛躍發（fā）展，國內（nèi）幹燥技術和設備也得到（dào）了迅速發展（zhǎn）。在散粒狀物料的幹燥方麵，近幾年來流態化技術獲得了更加廣泛的（de）應用和新的發展（zhǎn）。流態化幹燥充分改善了氣固相接觸條（tiáo）件（蒸發表麵積增大），物料的劇（jù）烈攪動，大（dà）大減少了氣膜阻力，給傳熱介質創造了極為有利的條件。除了國內在幹燥技術中使（shǐ）用較早的（de）氣流幹燥獲得（dé）較（jiào）迅速（sù）發展外（wài），近年（nián）來流（liú）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被幹燥（zào）物料（liào）特（tè）性（xìng）和要求創製（zhì）了很多新型高效的流態化（huà）幹燥器，分述（shù）如下。

    直管氣流幹燥器是國內使用較早的流化（huà）幹（gàn）燥設備，經數年來的生產實踐認為氣流幹燥對散（sàn）粒狀物（wù）料，特（tè）別是熱敏性物料的幹燥，還是比較理想的幹燥設備（bèi）。它無論生產（chǎn）量，占地（dì）麵積等方麵均比烘箱幹燥優越，因此目前在製藥、塑料、食品、化肥等工業中使用的更加廣泛。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。近年來創製了脈衝氣流幹燥器、旋風氣流幹燥（zào）器、粉（fěn）碎氣（qì）流幹燥器等新型氣流設（shè）備，克服了直管氣流幹燥的缺點。粉（fěn）碎氣流除降低高度外，還擴大了氣流幹燥器的使用範圍，使易氧化的物料能用空氣作（zuò）為幹燥介質，既降低（dī）了幹燥動（dòng）力消耗，又提高了產品的產量和質量，此外還采（cǎi）用了多級氣流幹燥流程和組合氣流幹燥流程，在氣（qì）流幹燥（zào）器的（de）應用上（shàng），許多工（gōng）程采用了（le）二級串（chuàn）聯方式，在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（shēng）產操作方麵已很成熟。脈衝氣流、旋風氣流幹燥已（yǐ）工業化多年，操作已較成（chéng）熟，但理（lǐ）論設計方麵還（hái）很缺少。在今（jīn）後的實踐發展中還需進一步完善。

    大部分熱敏性較（jiào）強和易氧化的物料，均采用氣流幹燥。一般能（néng）將初濕（shī）為10%一25％的物料幹燥至1%-0.05%，被幹燥的物料粒度一般在60-100目，產量一般在100 - 200kg/h。目（mù）前國內（nèi）在製藥、食品、塑料等工業中廣泛（fàn）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（yè）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技術。經過生產實踐證明它有很多優越（yuè）性，能實現小設備大生產，由於（yú）熱容係數較大和（hé）停留（liú）時間可任意調節，故對（duì）含表麵水和需經過（guò）降速幹燥階段的物料均適用，特別適用於（yú）散粒物料的幹燥。^近發展起來並已工業化的（de）有下列幾種型式：單層（céng）圓筒型、多層圓管（guǎn）型（xíng）、振動（dòng）流化床、臥式多室流化床幹燥器、攪拌流化床以及內藏（cáng）熱管流化床等，其中以後（hòu）者發展得（dé）較迅速。目前已在製藥、化肥、食品、塑（sù）料、石油化工（gōng）等工業中廣泛使用（yòng）。經過幾年（nián）的實踐，國（guó）內（nèi）流化（huà）幹燥無論在操作、設備（bèi）結構等方麵均已發展到較成熟階段。從使用情（qíng）況（kuàng）看，臥式多室流化幹燥器由於結構簡（jiǎn）單、操作方便而（ér）穩（wěn）定、物料適應性廣，既（jì）能獲得含水均勻的產品，動力消耗又少，是流態化幹燥散粒狀（zhuàng）物料較理想的設（shè）備（bèi），今後值得推廣與發展。內藏熱管是流（liú）化床對流傳熱和傳導傳熱相結合的產物，具有較高的熱效率，幹燥效果也效好，是（shì）近（jìn）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（nóng）相溢流出料，近年來國內較多在流化造粒方麵使用；另一種（zhǒng）即噴（pēn）動床幹燥，是由床頂出料，產品在旋風分離器內收（shōu）集或間歇操（cāo）作床底出料。這種結構比流化床結構簡單，設備小（xiǎo），產量大，幹燥（zào）強（qiáng）度高、床層等溫（wēn）性強、不（bú）發（fā）生局部過熱。過去僅適用於（yú）大顆粒物料（聚氯乙烯），近年來已發展至能應用於細粒（lì）物料的（de）幹燥（zào）。目前在塑料、穀物、製藥等部門（mén）使用。但因（yīn）動力消耗較大，使用受到一定限製。

    在溶液狀或漿狀物料的幹燥方麵也（yě）獲得了較新的發展，除（chú）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錐形流化床進行噴霧造粒生產並已逐（zhú）步在發展和完善中。噴霧流化造粒幹燥器首先（xiān）在化（huà）肥上采用，目前已在醫藥、食品等工業（yè）中采用。噴（pēn）霧幹燥在國內使用已有二十幾（jǐ）年，在設計和操作等方麵都已較成熟。近年來（lái）噴霧幹燥有以下幾方（fāng）麵的進展：

    (1)幹（gàn）燥室除向大型化發展外，噴頭霧化器性能方麵有關單位也作較多的（de）實驗研究工作，並取得了顯著效（xiào）果；

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

    (3）噴霧幹燥設備與其他幹燥技術結（jié）合以達到幹燥或幹燥造粒同時進行的（de）目的，這也是我國幹燥技術水平（píng）進一步發展的體（tǐ）現（xiàn）；

    (4)目前（qián）正在進行低溫（wēn）噴霧（wù）幹燥的實驗，它是將（jiāng）含濕量極低而溫度不高的空氣作載體，空氣經（jīng）過預先脫水幹燥，在幹燥過程中（zhōng）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（pǐn）脫水等。