干燥設備選型技術總結
同其他工業(yè)技術一樣，干燥技術在應用過程中也得到長足的進步。目前已開發(fā)出的干燥機的種類已達400多種，而且有約200多種干燥機已應用于工業(yè)化生產(chǎn)，其中出現(xiàn)了許多新型干燥機，它們有的是對普通干燥機進行結構上的改進，有的借鑒吸收了其他干燥機的優(yōu)點，有的完全是一種新想法。
干燥又是工業(yè)耗能相當大的一個單元操作，據(jù)資料記載，發(fā)達國家工業(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%，而且這個數(shù)字在不斷地增大。同時，運用礦物燃料作為熱源進行干燥操作產(chǎn)生大量的二氧化碳等氣體。干燥設備的尾氣（這些氣體中夾帶一些粉塵）對大氣環(huán)境有不良的影響，這對于日益引起全球關注的“環(huán)境保護”是一個極大的挑戰(zhàn)。
幾乎所有的工業(yè)都離不開干燥操作，雖然正確地了解干燥及干燥設備的工作機理有助于成功地完成干燥過程，但是仍然需要我們不斷地投人人力和物力去進一步進行干燥技術的研究和開發(fā)，以使其在生產(chǎn)高質量產(chǎn)品的同時，有效地利用能源，減少對環(huán)境的不利影響，并且更易于實現(xiàn)過程操作和控制。
一、干燥技木的特點
干燥技術有很寬的應用領域，面對眾多的產(chǎn)業(yè)、理化性質各不相同的物料、產(chǎn)品質量及其他方面千差萬別的要求，干燥技術是一門跨行業(yè)、跨學科、具有實驗科學性質的技術。通常，在干燥技術的開發(fā)及應用中需要具備三個方面的知識和技術。第一是需要了解被干燥物料的理化性質和產(chǎn)品的使用特點；第二是要熟悉傳遞工程的原理，即傳質、傳熱、流體力學和空氣動力學等能量傳遞的原理；第三要有實施的手段，即能夠進行干燥流程、主要設備、電氣儀表控制等方面的工程設計。顯然，這三方面的知識和技術不屬于一個學科領域。而在實踐中，這三方面的知識和技術又缺一不可。所以干燥技術是一門跨行業(yè)、跨學科的技術。
現(xiàn)代干燥技術雖已有一百多年的發(fā)展史，但至今還屬于實驗科學的范疇。大部分干燥技術目前還缺乏能夠精準指導實踐的科學理論和設計方法。實際應用中，依靠經(jīng)驗和小規(guī)模實驗的數(shù)據(jù)來指導工業(yè)設計還是主要的方式，造成這一局面的原因有以下幾方面：
原因之一是干燥技術所依托的一些基礎學科，（主要是隸屬于傳遞工程范疇的學科）本身就具有實驗科學的特點。例如，空氣動力學的研究發(fā)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范疇，而這些基礎學科自身的發(fā)展水平直接影響和決定了干燥技術的發(fā)展水平。
原因之二是很多干燥過程是多種學科技術交匯進行的過程，牽涉面廣、變化因素多、機理復雜。例如在噴霧干燥技術領域里，被霧化的液滴在干燥塔內的運行軌跡是工程設計的關鍵。液滴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、流速有關。但這些參數(shù)由于傳質、傳熱過程的進行，無時無刻不在發(fā)生著變化、而且初始狀態(tài)時，無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，對于如此復雜、多變的過程只憑借理論計算來進行工程設計是不可靠的。
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、傳熱的速率也可能有較大的差異。如果不加以區(qū)別對待，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，只因為藥材產(chǎn)地或收獲期存在區(qū)別就須改變干燥條件，否則產(chǎn)品質量就會受到影響。
以上三方面的原因決定了干燥技術的開發(fā)與應用要以實驗為基礎。但干燥搜術的這些特點往往被人有意或無意地忽視。制造廠商由于實驗裝置缺乏或機型不全（這在我國是一個普遍存在的現(xiàn)象）經(jīng)?；乇軕龅母稍飳嶒?，而用戶由于不了解干燥技術的特點，也經(jīng)常放棄進行必要實驗的要求。其結局是裝置使用效果不佳，甚至于造成方案設計失敗。在我國，這樣的事例屢見不鮮，曾有過一套價值2000萬元人民幣的工業(yè)干燥裝置因達不到使用要求而被閑置的教訓。因此，建設工業(yè)干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，并以實驗結果作為工業(yè)裝置設計的依據(jù)。這是干燥技術應用的顯著特點。
此外，干燥設備種類繁多、各具用途也是干燥技術的一個特點。每一種技術都有自己適宜應用的領域。在工程實踐中，要根據(jù)具體情況選擇適用的干燥技術種類。這對投資費用、操作成本、產(chǎn)品質量、環(huán)保要求等方都會產(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)分別選用過箱式干燥、噴霧干燥、旋轉氣流快速干燥三種型式。^終結果證明這三種技術各有所長。箱式干燥生產(chǎn)白炭黑雖然生產(chǎn)效率低、人員勞動強度大，但產(chǎn)品質量好。與橡膠混煉后所生成的制品扯斷強度值較高。旋轉氣流快速干燥設備緊湊、投資少、生產(chǎn)效率高，但所生成的橡膠制品的強度指標卻是三者間^差的。噴霧干燥生產(chǎn)白炭黑，產(chǎn)品各項指標在三者間居中，但具有產(chǎn)品流動性好、粉塵污染小，深受用戶及操作者歡迎的特點。在20世紀90年代，為白炭黑生產(chǎn)中采用哪種干燥方式更為先進的問題，曾在我國干燥界引發(fā)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件和產(chǎn)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，都表明了干燥設備種類繁多、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，而通過干燥實驗來考核技術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^重要的單元操作，因為干燥在這里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^后一道工序，產(chǎn)品的質量、劑型在很大程度上取決于干燥技術和設備的綜合運用情況。從經(jīng)濟角度考慮，干燥器價格昂貴，工程投資較大。另一方面，干燥又是高耗能過程，熱效率在15%一80%這樣大的范圍內波動，而設備的運轉費用與干燥器的設計選型有非常密切的關系，所以企業(yè)的決策者對此歷來都比較重視。被干燥物料的品種有許多，它們的理化性質又有很大差異。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，導致干燥條件可能都有區(qū)別，所以就決定了干燥工程的復雜性。由此可見，干燥過程較其他的單元操作具有更高的技術性。
我國干燥設備在解放前基本是空白，只有烘房、烘箱和滾筒干燥機，干燥技術落后、生產(chǎn)設備原始。到1957年才出現(xiàn)了真空耙式干燥機，1964年以后干燥技術有了較快的發(fā)展。縱觀我國干燥技術及設備的發(fā)展史，在幾十年間經(jīng)歷由簡到繁、由低級到高級的發(fā)展階段，現(xiàn)在常用于生產(chǎn)的干燥設備有十余類三十多個系列，加上組合干燥設備約有五十幾種，再加上專用干燥設備就更難于統(tǒng)計，合理地選用這些干燥設備也不是一件易事，選型的前提是了解這些設備的基本工作原理、結構特點以及適用物料范圍，這樣在選型時才避免走彎路。
近些年來，由于干燥技術的發(fā)展，給篩選設備帶來了更多的復雜因素。即使是干燥設備的設計、制造或使用者也常常弄不清如何去選擇合適的設備。由于干燥設備的推銷者在市場上只是對他們推銷的干燥機種類感興趣，而對其他種類則并不介紹，這樣，用戶就只得借助于有關的現(xiàn)代干燥技術參考資料決定對設備的^后選擇。毫無疑問，用戶很需要由推銷者提供的實驗室，實驗范圍及技術經(jīng)濟方面的資料。因此，就必須熟悉大多數(shù)干燥設備，才有可能選出合理的設備。應該強調的是，在特定的生產(chǎn)運行狀態(tài)中，很有可能有很多較適用的干燥機，但也必須知道，在特定的工作狀態(tài)中，沒有一個嚴格的規(guī)則規(guī)定出極^的^佳干燥設備，每一種產(chǎn)品都有自己獨特的生產(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)量對干燥機的選擇更是一個主要因素。
三、干燥設備使用概況
前面提到，干燥設備是在許多工業(yè)生產(chǎn)中大量應用。多年來已有多種機型用于工業(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、耙式干燥器、冷凍干燥機、紅外線干燥及組合式干燥等達幾十種之多。為什么干燥設備類型很多呢？這主要是由于干燥物料型態(tài)、性質各不相同，處理的物料有各種不同的具體要求所致。
隨著我國各行業(yè)的生產(chǎn)技術的飛躍發(fā)展，國內干燥技術和設備也得到了迅速發(fā)展。在散粒狀物料的干燥方面，近幾年來流態(tài)化技術獲得了更加廣泛的應用和新的發(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，大大減少了氣膜阻力，給傳熱介質創(chuàng)造了極為有利的條件。除了國內在干燥技術中使用較早的氣流干燥獲得較迅速發(fā)展外，近年來流化干燥設備發(fā)展得^快。主要表現(xiàn)在利用流態(tài)化技術結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內使用較早的流化干燥設備，經(jīng)數(shù)年來的生產(chǎn)實踐認為氣流干燥對散粒狀物料，特別是熱敏性物料的干燥，還是比較理想的干燥設備。它無論生產(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、設備高、氣固兩相相對速度較低等缺點。近年來創(chuàng)制了脈沖氣流干燥器、旋風氣流干燥器、粉碎氣流干燥器等新型氣流設備，克服了直管氣流干燥的缺點。粉碎氣流除降低高度外，還擴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，既降低了干燥動力消耗，又提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質量，此外還采用了多級氣流干燥流程和組合氣流干燥流程，在氣流干燥器的應用上，許多工程采用了二級串聯(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、旋風氣流干燥已工業(yè)化多年，操作已較成熟，但理論設計方面還很缺少。在今后的實踐發(fā)展中還需進一步完善。
大部分熱敏性較強和易氧化的物料，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。目前國內在制藥、食品、塑料等工業(yè)中廣泛使用。隨著我國生產(chǎn)技術的飛速發(fā)展，氣流干燥在今后的工業(yè)生產(chǎn)中必定應用得更加廣泛。
流化干燥是^近年發(fā)展起來的又一干燥技術。經(jīng)過生產(chǎn)實踐證明它有很多優(yōu)越性，能實現(xiàn)小設備大生產(chǎn)，由于熱容系數(shù)較大和停留時間可任意調節(jié)，故對含表面水和需經(jīng)過降速干燥階段的物料均適用，特別適用于散粒物料的干燥。^近發(fā)展起來并已工業(yè)化的有下列幾種型式：單層圓筒型、多層圓管型、振動流化床、臥式多室流化床干燥器、攪拌流化床以及內藏熱管流化床等，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)過幾年的實踐，國內流化干燥無論在操作、設備結構等方面均已發(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構簡單、操作方便而穩(wěn)定、物料適應性廣，既能獲得含水均勻的產(chǎn)品，動力消耗又少，是流態(tài)化干燥散粒狀物料較理想的設備，今后值得推廣與發(fā)展。內藏熱管是流化床對流傳熱和傳導傳熱相結合的產(chǎn)物，具有較高的熱效率，干燥效果也效好，是近年來很受推薦的新機型。
國內錐形流化床按操作分有三種型式：一種是濃相溢流出料，近年來國內較多在流化造粒方面使用；另一種即噴動床干燥，是由床頂出料，產(chǎn)品在旋風分離器內收集或間歇操作床底出料。這種結構比流化床結構簡單，設備小，產(chǎn)量大，干燥強度高、床層等溫性強、不發(fā)生局部過熱。過去僅適用于大顆粒物料（聚氯乙烯），近年來已發(fā)展至能應用于細粒物料的干燥。目前在塑料、谷物、制藥等部門使用。但因動力消耗較大，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，近年來已成功地采用了錐形流化床進行噴霧造粒生產(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。噴霧干燥在國內使用已有二十幾年，在設計和操作等方面都已較成熟。近年來噴霧干燥有以下幾方面的進展：
(1)干燥室除向大型化發(fā)展外，噴頭霧化器性能方面有關單位也作較多的實驗研究工作，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）噴霧干燥設備與其他干燥技術結合以達到干燥或干燥造粒同時進行的目的，這也是我國干燥技術水平進一步發(fā)展的體現(xiàn)；
(4)目前正在進行低溫噴霧干燥的實驗，它是將含濕量極低而溫度不高的空氣作載體，空氣經(jīng)過預先脫水干燥，在干燥過程中產(chǎn)品溫度不超過35’C，因此適用于熱敏性物料的干燥，如醫(yī)藥、食品脫水等。