干燥設(shè)備選型技術(shù)總結(jié)
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2021-08-20 09:23:40
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關(guān)鍵詞：干燥設(shè)備選型技術(shù)總結(jié)
同其他工業(yè)技術(shù)一樣，干燥技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中也得到長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前已開(kāi)發(fā)出的干燥機(jī)的種類已達(dá)400多種，而且有約200多種干燥機(jī)已應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，其中出現(xiàn)了許多新型干燥機(jī)，它們有的是對(duì)普通干燥機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，有的借鑒吸收了其他干燥機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，有的完全是一種新設(shè)計(jì)。
干燥又是工業(yè)耗能相當(dāng)大的一個(gè)單元，據(jù)資料記載，發(fā)達(dá)國(guó)家工業(yè)耗能的14％被用于干燥，有些行業(yè)的干燥耗能甚至占到生產(chǎn)總耗能的35%，而且這個(gè)數(shù)字在不斷地增大。同時(shí)，運(yùn)用礦物燃料作為熱源進(jìn)行干燥操作產(chǎn)生大量的二氧化碳等氣體。干燥設(shè)備的尾氣（這些氣體中夾帶一些粉塵）對(duì)大氣環(huán)境有不良的影響，這對(duì)于日益引起全球關(guān)注的“環(huán)境保護(hù)”是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。
幾乎所有的工業(yè)都離不開(kāi)干燥操作，雖然正確地了解干燥及干燥設(shè)備的工作機(jī)理有助于成功地完成干燥過(guò)程，但是仍然需要我們不斷地投人人力和物力去進(jìn)一步進(jìn)行干燥技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，以使其在生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的同時(shí)，有效地利用能源，減少對(duì)環(huán)境的不利影響，并且更易于實(shí)現(xiàn)過(guò)程操作和控制。
一、干燥技木的特點(diǎn)
干燥技術(shù)有很寬的應(yīng)用領(lǐng)域，面對(duì)眾多的產(chǎn)業(yè)、理化性質(zhì)各不相同的物料、產(chǎn)品質(zhì)量及其他方面千差萬(wàn)別的要求，干燥技術(shù)是一門跨行業(yè)、跨學(xué)科、具有實(shí)驗(yàn)科學(xué)性質(zhì)的技術(shù)。通常，在干燥技術(shù)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用中需要具備三個(gè)方面的知識(shí)和技術(shù)。首先是需要了解被干燥物料的理化性質(zhì)和產(chǎn)品的使用特點(diǎn)；第二是要熟悉傳遞工程的原理，即傳質(zhì)、傳熱、流體力學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)等能量傳遞的原理；第三要有實(shí)施的手段，即能夠進(jìn)行干燥流程、主要設(shè)備、電氣儀表控制等方面的工程設(shè)計(jì)。顯然，這三方面的知識(shí)和技術(shù)不屬于一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。而在實(shí)踐中，這三方面的知識(shí)和技術(shù)又缺一不可。所以干燥技術(shù)是一門跨行業(yè)、跨學(xué)科的技術(shù)。
現(xiàn)代干燥技術(shù)雖已有一百多年的發(fā)展史，但至今還屬于實(shí)驗(yàn)科學(xué)的范疇。大部分干燥技術(shù)目前還缺乏能夠精準(zhǔn)指導(dǎo)實(shí)踐的科學(xué)理論和設(shè)計(jì)方法。實(shí)際應(yīng)用中，依靠經(jīng)驗(yàn)和小規(guī)模實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)工業(yè)設(shè)計(jì)還是主要的方式，造成這一局面的原因有以下幾方面：
原因之一是干燥技術(shù)所依托的一些基礎(chǔ)學(xué)科，（主要是隸屬于傳遞工程范疇的學(xué)科）本身就具有實(shí)驗(yàn)科學(xué)的特點(diǎn)。例如，空氣動(dòng)力學(xué)的研究發(fā)展還要靠“風(fēng)洞”實(shí)驗(yàn)來(lái)推動(dòng)，就說(shuō)明它還沒(méi)有脫離實(shí)驗(yàn)科學(xué)的范疇，而這些基礎(chǔ)學(xué)科自身的發(fā)展水平直接影響和決定了干燥技術(shù)的發(fā)展水平。
原因之二是很多干燥過(guò)程是多種學(xué)科技術(shù)交匯進(jìn)行的過(guò)程，牽涉面廣、變化因素多、機(jī)理復(fù)雜。例如在噴霧干燥技術(shù)領(lǐng)域里，被霧化的液滴在干燥塔內(nèi)的運(yùn)行軌跡是工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。液滴的軌跡與自身的體積、質(zhì)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)。但這些參數(shù)由于傳質(zhì)、傳熱過(guò)程的進(jìn)行，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在發(fā)生著變化、而且初始狀態(tài)時(shí)，無(wú)論是液滴的大小還是熱空氣的分布都不可能是均勻的。顯然，對(duì)于如此復(fù)雜、多變的過(guò)程只憑借理論計(jì)算來(lái)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)是不可靠的。
原因之三是被干燥物料的種類是多種多樣的，其理化性質(zhì)也是各不相同。不同的物料即使在相同的干燥條件下，其傳質(zhì)、傳熱的速率也可能有較大的差異。如果不加以區(qū)別對(duì)待，就有可能造成不盡人意的后果。例如某些中草藥的干燥，雖然同屬一種藥材，只因?yàn)樗幉漠a(chǎn)地或收獲期存在區(qū)別就須改變干燥條件，否則產(chǎn)品質(zhì)量就會(huì)受到影響。
以上三方面的原因決定了干燥技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)。但干燥搜術(shù)的這些特點(diǎn)往往被人有意或無(wú)意地忽視。制造廠商由于實(shí)驗(yàn)裝置缺乏或機(jī)型不全（這在我國(guó)是一個(gè)普遍存在的現(xiàn)象）經(jīng)?；乇軕?yīng)做的干燥實(shí)驗(yàn)，而用戶由于不了解干燥技術(shù)的特點(diǎn)，也經(jīng)常放棄進(jìn)行必要實(shí)驗(yàn)的要求。其結(jié)局是裝置使用效果不佳，甚至于造成方案設(shè)計(jì)失敗。在我國(guó)，這樣的事例屢見(jiàn)不鮮，曾有過(guò)一套價(jià)值2000萬(wàn)元人民幣的工業(yè)干燥裝置因達(dá)不到使用要求而被閑置的教訓(xùn)。因此，建設(shè)工業(yè)干燥裝置尤其是較大的裝置之前，一定要進(jìn)行充分的、有說(shuō)服力的實(shí)驗(yàn)，并以實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為工業(yè)裝置設(shè)計(jì)的依據(jù)。這是干燥技術(shù)應(yīng)用的顯著特點(diǎn)。
此外，干燥設(shè)備種類繁多、各具用途也是干燥技術(shù)的一個(gè)特點(diǎn)。每一種技術(shù)都有自己適宜應(yīng)用的領(lǐng)域。在工程實(shí)踐中，要根據(jù)具體情況選擇適用的干燥技術(shù)種類。這對(duì)投資費(fèi)用、操作成本、產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)保要求等方都會(huì)產(chǎn)生重大的影響。例如某一企業(yè)，在白炭黑濾餅干燥上曾經(jīng)分別選用過(guò)箱式干燥、噴霧干燥、旋轉(zhuǎn)氣流快速干燥三種型式。結(jié)果證明這三種技術(shù)各有所長(zhǎng)。箱式干燥生產(chǎn)白炭黑雖然生產(chǎn)效率低、人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，但產(chǎn)品質(zhì)量好。與橡膠混煉后所生成的制品扯斷強(qiáng)度值較高。旋轉(zhuǎn)氣流快速干燥設(shè)備緊湊、投資少、生產(chǎn)效率高，但所生成的橡膠制品的強(qiáng)度指標(biāo)卻是三者間墊底的。噴霧干燥生產(chǎn)白炭黑，產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)在三者間居中，但具有產(chǎn)品流動(dòng)性好、粉塵污染小，深受用戶及操作者歡迎的特點(diǎn)。在20世紀(jì)90年代，為白炭黑生產(chǎn)中采用哪種干燥方式更為先進(jìn)的問(wèn)題，曾在我國(guó)干燥界引發(fā)過(guò)爭(zhēng)論。其實(shí)，三種設(shè)備各有特點(diǎn)，選用哪種機(jī)型要看用戶自身的條件和產(chǎn)品要求。不存在哪種技術(shù)更為先進(jìn)的結(jié)論。類似的例子有很多，都表明了干燥設(shè)備種類繁多、各具用途的特點(diǎn)。所以在應(yīng)用中要仔細(xì)比較、慎重選擇技術(shù)方案，而通過(guò)干燥實(shí)驗(yàn)來(lái)考核技術(shù)方案也是必不可少的步驟。
二、工業(yè)干燥裝置的發(fā)展現(xiàn)狀
干燥在許多生產(chǎn)中是一個(gè)重要的單元操作，因?yàn)楦稍镌谶@里不僅是簡(jiǎn)單的固液分離過(guò)程，更重要的常常是生產(chǎn)過(guò)程的末尾工序，產(chǎn)品的質(zhì)量、劑型在很大程度上取決于干燥技術(shù)和設(shè)備的綜合運(yùn)用情況。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，干燥器價(jià)格昂貴，工程投資較大。另一方面，干燥又是高耗能過(guò)程，熱效率在15%一80%這樣大的范圍內(nèi)波動(dòng)，而設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用與干燥器的設(shè)計(jì)選型有非常密切的關(guān)系，所以企業(yè)的決策者對(duì)此歷來(lái)都比較重視。被干燥物料的品種有許多，它們的理化性質(zhì)又有很大差異。甚至同一品種不同的生產(chǎn)工藝、同一品種不同的產(chǎn)品要求，導(dǎo)致干燥條件可能都有區(qū)別，所以就決定了干燥工程的復(fù)雜性。由此可見(jiàn)，干燥過(guò)程較其他的單元操作具有更高的技術(shù)性。
我國(guó)干燥設(shè)備在解放前基本是空白，只有烘房、烘箱和滾筒干燥機(jī)，干燥技術(shù)落后、生產(chǎn)設(shè)備原始。到1957年才出現(xiàn)了真空耙式干燥機(jī)，1964年以后干燥技術(shù)有了較快的發(fā)展?？v觀我國(guó)干燥技術(shù)及設(shè)備的發(fā)展史，在幾十年間經(jīng)歷由簡(jiǎn)到繁、由低級(jí)到高級(jí)的發(fā)展階段，現(xiàn)在常用于生產(chǎn)的干燥設(shè)備有十余類三十多個(gè)系列，加上組合干燥設(shè)備約有五十幾種，再加上專用干燥設(shè)備就更難于統(tǒng)計(jì)，合理地選用這些干燥設(shè)備也不是一件易事，選型的前提是了解這些設(shè)備的基本工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及適用物料范圍，這樣在選型時(shí)才避免走彎路。
近些年來(lái)，由于干燥技術(shù)的發(fā)展，給篩選設(shè)備帶來(lái)了更多的復(fù)雜因素。即使是干燥設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造或使用者也常常弄不清如何去選擇合適的設(shè)備。由于干燥設(shè)備的推銷者在市場(chǎng)上只是對(duì)他們推銷的干燥機(jī)種類感興趣，而對(duì)其他種類則并不介紹，這樣，用戶就只得借助于有關(guān)的現(xiàn)代干燥技術(shù)參考資料決定對(duì)設(shè)備的理想選擇。毫無(wú)疑問(wèn)，用戶很需要由推銷者提供的實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)范圍及技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的資料。因此，就必須熟悉大多數(shù)干燥設(shè)備，才有可能選出合理的設(shè)備。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，在特定的生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)中，很有可能有很多較適用的干燥機(jī)，但也必須知道，在特定的工作狀態(tài)中，沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格的規(guī)則規(guī)定出滿分的干燥設(shè)備，每一種產(chǎn)品都有自己獨(dú)特的生產(chǎn)方式。影響^佳干燥裝置選擇的因素很多，如選擇間歇干燥還是連續(xù)干燥、礦物燃料的消耗、電耗、地方環(huán)境法或噪音污染限制等。產(chǎn)品產(chǎn)量對(duì)干燥機(jī)的選擇更是一個(gè)主要因素。
三、干燥設(shè)備使用概況
前面提到，干燥設(shè)備是在許多工業(yè)生產(chǎn)中大量應(yīng)用。多年來(lái)已有多種機(jī)型用于工業(yè)化生產(chǎn)中，如氣流干燥器、流化床干燥器、噴霧干燥器、滾筒干燥機(jī)、耙式干燥器、冷凍干燥機(jī)、紅外線干燥及組合式干燥等達(dá)幾十種之多。為什么干燥設(shè)備類型很多呢？這主要是由于干燥物料型態(tài)、性質(zhì)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(guó)各行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)的飛躍發(fā)展，國(guó)內(nèi)干燥技術(shù)和設(shè)備也得到了迅速發(fā)展。在散粒狀物料的干燥方面，近幾年來(lái)流態(tài)化技術(shù)獲得了更加廣泛的應(yīng)用和新的發(fā)展。流態(tài)化干燥充分改善了氣固相接觸條件（蒸發(fā)表面積增大），物料的劇烈攪動(dòng)，大大減少了氣膜阻力，給傳熱介質(zhì)創(chuàng)造了極為有利的條件。除了國(guó)內(nèi)在干燥技術(shù)中使用較早的氣流干燥獲得較迅速發(fā)展外，近年來(lái)流化干燥設(shè)備發(fā)展得相對(duì)較快。主要表現(xiàn)在利用流態(tài)化技術(shù)結(jié)合各種被干燥物料特性和要求創(chuàng)制了很多新型高效的流態(tài)化干燥器，分述如下。
直管氣流干燥器是國(guó)內(nèi)使用較早的流化干燥設(shè)備，經(jīng)數(shù)年來(lái)的生產(chǎn)實(shí)踐認(rèn)為氣流干燥對(duì)散粒狀物料，特別是熱敏性物料的干燥，還是比較理想的干燥設(shè)備。它無(wú)論生產(chǎn)量，占地面積等方面均比烘箱干燥優(yōu)越，因此目前在制藥、塑料、食品、化肥等工業(yè)中使用的更加廣泛。但氣流干燥還存在熱利用率較低、設(shè)備高、氣固兩相相對(duì)速度較低等缺點(diǎn)。近年來(lái)創(chuàng)制了脈沖氣流干燥器、旋風(fēng)氣流干燥器、粉碎氣流干燥器等新型氣流設(shè)備，克服了直管氣流干燥的缺點(diǎn)。粉碎氣流除降低高度外，還擴(kuò)大了氣流干燥器的使用范圍，使易氧化的物料能用空氣作為干燥介質(zhì)，既降低了干燥動(dòng)力消耗，又提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，此外還采用了多級(jí)氣流干燥流程和組合氣流干燥流程，在氣流干燥器的應(yīng)用上，許多工程采用了二級(jí)串聯(lián)方式，在有些物料的干燥上更加合理，也提高了熱效率。直管氣流干燥在生產(chǎn)操作方面已很成熟。脈沖氣流、旋風(fēng)氣流干燥已工業(yè)化多年，操作已較成熟，但理論設(shè)計(jì)方面還很缺少。在今后的實(shí)踐發(fā)展中還需進(jìn)一步完善。
大部分熱敏性較強(qiáng)和易氧化的物料，均采用氣流干燥。一般能將初濕為10%一25％的物料干燥至1%-0.05%，被干燥的物料粒度一般在60-100目，產(chǎn)量一般在100 - 200kg/h。目前國(guó)內(nèi)在制藥、食品、塑料等工業(yè)中廣泛使用。隨著我國(guó)生產(chǎn)技術(shù)的飛速發(fā)展，氣流干燥在今后的工業(yè)生產(chǎn)中必定應(yīng)用得更加廣泛。
流化干燥是近年發(fā)展起來(lái)的又一干燥技術(shù)。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐證明它有很多優(yōu)越性，能實(shí)現(xiàn)小設(shè)備大生產(chǎn)，由于熱容系數(shù)較大和停留時(shí)間可任意調(diào)節(jié)，故對(duì)含表面水和需經(jīng)過(guò)降速干燥階段的物料均適用，特別適用于散粒物料的干燥。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)并已工業(yè)化的有下列幾種型式：?jiǎn)螌訄A筒型、多層圓管型、振動(dòng)流化床、臥式多室流化床干燥器、攪拌流化床以及內(nèi)藏?zé)峁芰骰驳?，其中以后者發(fā)展得較迅速。目前已在制藥、化肥、食品、塑料、石油化工等工業(yè)中廣泛使用。經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)踐，國(guó)內(nèi)流化干燥無(wú)論在操作、設(shè)備結(jié)構(gòu)等方面均已發(fā)展到較成熟階段。從使用情況看，臥式多室流化干燥器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便而穩(wěn)定、物料適應(yīng)性廣，既能獲得含水均勻的產(chǎn)品，動(dòng)力消耗又少，是流態(tài)化干燥散粒狀物料較理想的設(shè)備，今后值得推廣與發(fā)展。內(nèi)藏?zé)峁苁橇骰矊?duì)流傳熱和傳導(dǎo)傳熱相結(jié)合的產(chǎn)物，具有較高的熱效率，干燥效果也效好，是近年來(lái)很受推薦的新機(jī)型。
國(guó)內(nèi)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(lái)國(guó)內(nèi)較多在流化造粒方面使用；另一種即噴動(dòng)床干燥，是由床頂出料，產(chǎn)品在旋風(fēng)分離器內(nèi)收集或間歇操作床底出料。這種結(jié)構(gòu)比流化床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備小，產(chǎn)量大，干燥強(qiáng)度高、床層等溫性強(qiáng)、不發(fā)生局部過(guò)熱。過(guò)去僅適用于大顆粒物料（聚氯乙烯），近年來(lái)已發(fā)展至能應(yīng)用于細(xì)粒物料的干燥。目前在塑料、谷物、制藥等部門使用。但因動(dòng)力消耗較大，使用受到一定限制。
在溶液狀或漿狀物料的干燥方面也獲得了較新的發(fā)展，除使用得較多的噴霧干燥有了新的發(fā)展外，近年來(lái)已成功地采用了錐形流化床進(jìn)行噴霧造粒生產(chǎn)并已逐步在發(fā)展和完善中。噴霧流化造粒干燥器首先在化肥上采用，目前已在醫(yī)藥、食品等工業(yè)中采用。噴霧干燥在國(guó)內(nèi)使用已有二十幾年，在設(shè)計(jì)和操作等方面都已較成熟。近年來(lái)噴霧干燥有以下幾方面的進(jìn)展：
(1)干燥室除向大型化發(fā)展外，噴頭霧化器性能方面有關(guān)單位也作較多的實(shí)驗(yàn)研究工作，并取得了顯著效果；
(2)除熱敏性溶液更加廣泛采用噴霧干燥外，近年漿液也成功地采用了噴霧干燥；
(3）噴霧干燥設(shè)備與其他干燥技術(shù)結(jié)合以達(dá)到干燥或干燥造粒同時(shí)進(jìn)行的目的，這也是我國(guó)干燥技術(shù)水平進(jìn)一步發(fā)展的體現(xiàn)；
(4)目前正在進(jìn)行低溫噴霧干燥的實(shí)驗(yàn)，它是將含濕量極低而溫度不高的空氣作載體，空氣經(jīng)過(guò)預(yù)先脫水干燥，在干燥過(guò)程中產(chǎn)品溫度不超過(guò)35度，因此適用于熱敏性物料的干燥，如醫(yī)藥、食品脫水等。
