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（guò）程中也得到（dào）長足的進步。目前已開發出（chū）的幹燥機的種類已達400多種，而（ér）且有約200多種幹燥（zào）機已應用於工業化生產，其中出現（xiàn）了許多新型幹燥機，它們有的是（shì）對（duì）普通幹燥機進行結（jié）構上的改進，有的借鑒吸收了其他幹（gàn）燥機的優點，有的完全（quán）是一種新想法。

    幹燥又是工業耗能相當（dāng）大的一個單元操作，據資料記載，發達（dá）國家工業耗能的（de）14％被用於幹燥，有些行業的幹燥耗能（néng）甚至（zhì）占到生產總耗能的35%，而且這個數字在不斷地（dì）增大。同時，運用礦（kuàng）物燃料作為熱（rè）源進行幹燥操作產生大量的二氧（yǎng）化碳等氣體。幹（gàn）燥設備的尾氣（這些氣體中夾帶一些粉（fěn）塵）對大氣環境有不良的影響（xiǎng），這對（duì）於日益（yì）引（yǐn）起全球關注的“環（huán）境（jìng）保護”是一個極大的挑戰。

    幾乎所有的工業都離不開幹燥操作，雖然正確（què）地了（le）解幹燥及幹燥設備的工作機理（lǐ）有助於成功地完成幹（gàn）燥過程，但是仍然需要我們不斷地投人人力和物力去進（jìn）一（yī）步進行（háng）幹燥技術的研究和開發，以（yǐ）使其（qí）在生產高質量產品的同時，有（yǒu）效地利用能源，減少對環境的不利影響，並且更易於實現過程操作和控製。

    一、幹燥技木的特點

    幹燥技術有很寬的應用領（lǐng）域（yù），麵對眾多的產業、理化性質各不相同的物料、產品質量及（jí）其他方（fāng）麵千差萬別的要求，幹燥技術是一門跨行（háng）業、跨（kuà）學科、具有（yǒu）實驗科學性質的技（jì）術。通常，在幹燥技術的開發及應用中需要具備三個方麵的知識和技（jì）術。第一（yī）是需要了解被幹燥（zào）物（wù）料（liào）的理化性質和產品（pǐn）的使用特點；第（dì）二是要熟悉傳遞工程（chéng）的原理，即傳質、傳熱、流體力學和空氣動（dòng）力學等能量傳遞的原（yuán）理；第三要有實（shí）施的手段，即能夠進（jìn）行幹燥流程、主要設備、電氣儀表控製等方麵（miàn）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，這三方麵的知識（shí）和技術（shù）又缺一不（bú）可。所以幹燥（zào）技術是一門跨行業、跨學科的技術。

    現代（dài）幹（gàn）燥技（jì）術雖已有（yǒu）一百多年的發展史，但至（zhì）今（jīn）還屬於實驗科學的範疇。大部分幹燥技術目（mù）前還缺乏能夠精準指導實（shí）踐的科學理論和設計方法。實（shí）際應用中，依靠經驗和小規模實驗的數據來（lái）指導工業（yè）設計還是主要的方式，造成這一局麵的原因（yīn）有以下（xià）幾方麵：

    原因之一（yī）是幹燥技（jì）術所依托的一些基礎學科，（主（zhǔ）要是隸屬於傳遞（dì）工程（chéng）範疇的學科）本身就具有實驗科學的特點。例如，空（kōng）氣動力學的（de）研究發展還要靠“風洞”實驗來推動，就說明（míng）它還（hái）沒有脫離實驗（yàn）科學的範疇，而這些基礎學（xué）科自身的發展水平直接影響和（hé）決定了幹燥（zào）技術的發展水平。

    原因之二是很多（duō）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（yīn）素多、機理複雜。例如在噴霧幹燥技術領域裏，被霧化（huà）的液滴在（zài）幹燥塔內的運行軌跡是工程設計的關鍵。液滴（dī）的軌跡與自身的體積、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（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（zài）發生著變化、而且初始狀態時，無論是液滴的大小還是熱空氣的分布都（dōu）不可能是均勻的。顯然，對於如此複雜、多變的過程（chéng）隻憑（píng）借（jiè）理論計算來（lái）進行工程設計是（shì）不可靠（kào）的。

    原因之三是被幹燥物（wù）料（liào）的種類是多種多（duō）樣的，其理化性質也是各不相同。不同的物料即使在相同的（de）幹燥條件下，其傳質、傳熱的速率（lǜ）也可能有較大的差異。如果不加以區別對待，就有可能造成不盡人意的後果。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（zài）區別就須改變幹燥條件（jiàn），否則產（chǎn）品質量就會受到影響。

    以（yǐ）上三方（fāng）麵的原因（yīn）決定了幹燥技術的開發與應用要以實驗（yàn）為基礎。但幹燥（zào）搜術的（de）這些特點往往被人有意或（huò）無意地忽視（shì）。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）經常（cháng）回避應做的幹燥實驗，而用戶由於不了解幹燥技（jì）術的（de）特（tè）點，也經常放棄進行必要實驗的要求。其結局是裝置使用效果不（bú）佳，甚至於造成方案設計（jì）失敗。在我國，這樣的事例屢見不鮮，曾有過一套（tào）價值2000萬元（yuán）人（rén）民幣的工業幹燥裝（zhuāng）置因達不到使用要求而被閑置的教訓。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、有說服力的實驗，並以實（shí）驗（yàn）結果作（zuò）為工業裝（zhuāng）置設計的（de）依據。這是幹燥技（jì）術應用的顯著（zhe）特點。

    此外，幹燥設（shè）備種類繁多、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域。在工程（chéng）實踐中，要根據具體情況選擇適用的幹燥技術種類（lèi）。這對投（tóu）資費用、操作成本、產品質量、環保要求等方都會產生重大的（de）影響。例如（rú）某一企業，在白炭黑濾餅幹燥（zào）上曾經分別選用過箱式幹燥、噴（pēn）霧幹燥、旋（xuán）轉氣流快（kuài）速幹燥三種型式。^終結果證明這三種技術各有所長。箱式幹燥生（shēng）產白炭（tàn）黑雖然生產效率低、人員勞動（dòng）強度大，但產品質量好。與橡膠混煉後所生成的製品（pǐn）扯斷強（qiáng）度值較高。旋轉氣流快速（sù）幹燥設備緊湊、投資少、生（shēng）產效率高，但（dàn）所生成的橡（xiàng）膠製品的強度指標卻是三者間^差的。噴霧幹（gàn）燥生產白炭黑，產品各項指標（biāo）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（zhě）歡迎的特點。在（zài）20世紀90年代，為白炭黑生產中采用哪種幹燥方式更為先進的問題（tí），曾在我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（xíng）要看用戶自身的條件和產品要求。不存在哪種技術更為先進的結論。類似的例子有很多（duō），都表明了幹燥（zào）設（shè）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（guò）幹燥實驗來考核技術方案也是必不可少的（de）步驟。

    二、工業幹燥裝（zhuāng）置（zhì）的發展現狀

    幹燥在（zài）許多生產中是一個十分重（chóng）要的單元操作，因（yīn）為幹燥在這（zhè）裏不僅是簡單的（de）固液分離過程，更重要（yào）的常常（cháng）是生產過（guò）程的^後一道工（gōng）序，產（chǎn）品的質量（liàng）、劑型在很大程度上取決於幹燥（zào）技（jì）術和設備（bèi）的（de）綜合運用情況。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（xiào）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選（xuǎn）型有（yǒu）非常密切的關係（xì），所以企業的（de）決策者對此曆來都比較重視。被幹燥物料的品種有（yǒu）許多（duō），它（tā）們的理化性質又有很（hěn）大差異。甚至同一品種不同的生產（chǎn）工藝（yì）、同一品種不（bú）同的產品要求，導致幹燥條件可能都（dōu）有區別，所以就決定了幹燥工程的（de）複雜性。由此可見，幹燥過程（chéng）較其他的（de）單元操作具有更高的技術性。

    我國幹燥（zào）設備（bèi）在解放前基本是空白，隻有烘房、烘箱和滾筒幹（gàn）燥機，幹燥技術落後、生產設（shè）備原始。到1957年才出現了真空耙式幹燥機，1964年以後幹燥技（jì）術有（yǒu）了較（jiào）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（dào）高級的發展階段，現在（zài）常（cháng）用於生產的幹燥設備有十（shí）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（jiù）更難於統（tǒng）計（jì），合理地選用這些幹燥設備也不是（shì）一件易事，選型的前提是了解這些設備的基本工作原理、結構（gòu）特點以及適用（yòng）物料範圍，這樣在選（xuǎn）型時（shí）才避免走彎路。

    近些年來，由於幹燥技術（shù）的發展，給篩選設備帶來了更多的複雜因素。即使是幹燥設備的（de）設計、製造或使用者（zhě）也常常弄不清如何（hé）去選擇（zé）合適的設（shè）備。由於幹燥設備的推銷者在市（shì）場上隻是對他們（men）推銷的幹燥機種類感興趣，而對其他種類則並不介（jiè）紹，這樣，用戶就隻得借助於有關的現代幹（gàn）燥技術（shù）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驗室，實驗範圍及技（jì）術經濟方（fāng）麵（miàn）的資料。因此（cǐ），就必須熟悉大多（duō）數幹燥設備，才有（yǒu）可能選出合理的設備。應該強調的是，在特（tè）定的生產運行狀態中，很有可能有很多較適用的幹燥機，但也必須知道（dào），在特定的（de）工作狀態中，沒有一個嚴格的規（guī）則規定出極^的^佳幹燥設備，每一種產品都有自己（jǐ）獨（dú）特的生產方式。影響^佳幹燥裝置選擇的因素很多，如（rú）選擇間歇幹燥（zào）還是連續幹燥、礦物燃料的消（xiāo）耗、電耗、地方環境法或噪音汙染限製等。產（chǎn）品產量對幹燥機的（de）選擇（zé）更是一個（gè）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（yè）生產中（zhōng）大量應用。多年來已有多種機型（xíng）用於工業化生產中，如氣流幹燥器、流化（huà）床幹燥器、噴霧幹燥器、滾筒幹燥機、耙式幹燥器、冷凍幹燥機、紅（hóng）外線幹燥及組合式幹燥等（děng）達幾十種之多。為什（shí）麽幹燥設備類型很多呢？這主要是由於幹燥物料型態、性質（zhì）各不相同，處理的物料有各種不同的具體要求所致。

    隨著我國各行業的生產技術的飛躍發展，國（guó）內幹燥（zào）技術和設備也得到了迅速發展。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應用和新的發展。流態化幹燥充分改善了氣（qì）固相接觸條（tiáo）件（蒸發表麵積增大（dà）），物料的劇烈攪動，大大減少了氣（qì）膜阻力，給傳熱（rè）介質創造了極（jí）為有利的條件。除了國內在幹燥技術中使用較早的氣流幹燥獲得較迅（xùn）速發展外，近年來流化幹燥設備（bèi）發展得^快。主要表現在利用流態化技術結合各種被幹燥物料特性和要求創製了很多新型高效的流態化幹燥器，分述如下。

    直管氣流幹（gàn）燥器是國內使（shǐ）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（zào）對散粒狀物料，特別是熱敏性物料的幹燥，還是比較理想的幹燥設備。它無論生產量（liàng），占地麵積等（děng）方麵（miàn）均比烘箱幹燥優越，因此目（mù）前在製（zhì）藥、塑料、食品、化肥等工業中使用的更加廣泛。但氣（qì）流幹燥還存在熱（rè）利用率較低、設備高、氣固兩相相對（duì）速度較低等缺（quē）點。近年來（lái）創製了脈衝氣流幹燥器、旋風氣流幹燥器、粉（fěn）碎氣流幹燥器等新型氣流設備，克（kè）服了直管氣流幹（gàn）燥（zào）的（de）缺點。粉碎氣流除（chú）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（kōng）氣作為幹燥介質（zhì），既降低了幹燥動（dòng）力消耗，又提高了（le）產品的產量和質量，此外還（hái）采用了多級（jí）氣流幹燥流程和組合氣流（liú）幹燥流程，在氣流幹燥器的應用上（shàng），許多工程采用了二級串聯（lián）方式，在有些（xiē）物料的幹燥上更加合（hé）理（lǐ），也提高了熱效率。直管氣流幹燥在生（shēng）產操（cāo）作方麵（miàn）已很（hěn）成熟（shú）。脈衝氣流、旋風氣流幹燥已工業化多（duō）年，操作已較（jiào）成熟，但理論設（shè）計方麵（miàn）還很缺少。在（zài）今後的實踐發展中還需進一步完善。

    大部分熱敏性較強（qiáng）和（hé）易氧化的物料，均采用氣流幹燥。一般能將初濕為10%一25％的物（wù）料幹燥至1%-0.05%，被幹燥的物料粒度一般（bān）在60-100目，產量一般在100 - 200kg/h。目（mù）前國內在（zài）製藥、食品、塑料等工業中廣泛（fàn）使用。隨著我（wǒ）國生產技術的飛速發展（zhǎn），氣流幹燥在今後的工業生產中（zhōng）必定應用得更加廣泛。

    流（liú）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（míng）它有很多優越性，能實現（xiàn）小設備大生產，由於（yú）熱容係數較大和停（tíng）留時間（jiān）可任意調節，故對含表麵水和需經過（guò）降速幹燥（zào）階段的物料均適（shì）用，特別（bié）適用於（yú）散粒物料的幹（gàn）燥。^近發展起來並已工業化的有（yǒu）下列幾種（zhǒng）型式：單層（céng）圓筒型、多層圓管型、振動流化（huà）床、臥（wò）式多室流化床幹燥器、攪拌流化床以及內藏熱管流化床等，其中以後者發展得較迅速。目前已在製藥、化肥、食品（pǐn）、塑料、石油化工等工業中廣泛使用。經過幾年的實踐，國內流化幹燥無論在操作、設備結構等方麵均已發展到較成熟階段。從（cóng）使用情況看，臥式多室流化幹燥器（qì）由於結構簡單、操作方便而穩定、物料（liào）適應性廣，既能獲得（dé）含水均勻（yún）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（jīn）後值得推廣與發展。內藏熱管是流化床對流傳熱和傳導傳熱（rè）相（xiàng）結（jié）合的產物，具有較高的熱效率，幹燥效果也（yě）效好，是近年來（lái）很受推薦的新機型。

    國內錐形流化床按操作分有三種型式：一種是濃相（xiàng）溢流出料，近年來國內（nèi）較多在流化造粒方麵（miàn）使（shǐ）用（yòng）；另一（yī）種即噴動床（chuáng）幹燥，是由床頂出料，產品在旋風分離器內收集或間歇操作床底出料。這種（zhǒng）結構比流化（huà）床結構簡單，設備小，產量（liàng）大，幹燥強度高、床層等溫性強、不發生局部過熱。過去僅適用於大顆粒物料（聚氯乙烯），近年（nián）來已發展至能應用於細粒物料的幹燥。目前在塑料、穀物、製（zhì）藥等部門使用。但因（yīn）動力消耗較大，使用受到一定限（xiàn）製。

    在溶液狀或漿狀物料的（de）幹燥方麵也獲得了較新（xīn）的發展，除使用得較多的噴（pēn）霧幹燥有了（le）新（xīn）的發展外，近年來已成（chéng）功地采用了錐形流化床進行噴霧造粒生（shēng）產並已逐步在發展和完善中。噴（pēn）霧流化造粒幹燥器首先在化肥上采用，目前已在醫（yī）藥、食品等（děng）工業中（zhōng）采用。噴霧幹燥在國內使用（yòng）已（yǐ）有（yǒu）二十幾年，在設計和（hé）操作等方麵都已較成熟。近年（nián）來噴霧幹燥有以下幾方麵的（de）進展：

    (1)幹燥室除向大型（xíng）化發展外，噴頭霧化器性能（néng）方麵有關單位也作較多的實驗研究（jiū）工作，並取得了顯著效果（guǒ）；

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

    (3）噴霧幹燥設備與其他幹燥技術結合以達到幹燥或幹燥造粒同時進（jìn）行的目的，這也是我國（guó）幹燥技術水平（píng）進一步發展的體現；

    (4)目前正（zhèng）在（zài）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體，空氣經過預先脫水幹燥，在幹燥過（guò）程中產品溫度不超過35’C，因此適用於熱敏性（xìng）物料（liào）的幹燥（zào），如醫藥、食品脫水等。