幹燥（zào）設備選型技術總結

同其他工業技（jì）術一樣，幹燥技（jì）術在（zài）應用過程中也得到長足的進步。目前已開發出的幹燥機的（de）種類已達400多種，而且有約200多種幹燥機已應用於工業化生產，其中出現了許多新型幹燥機，它（tā）們有（yǒu）的是對普通幹燥機進（jìn）行結構（gòu）上的改進，有的借鑒吸收了其他幹燥機的優點，有的完全（quán）是一種新想法（fǎ）。

    幹燥又是工業耗能相當大的一個單元操作，據資料記載，發達國家工業耗能的14％被用於（yú）幹燥，有些行業的幹燥耗能甚至占到生產總耗能的35%，而且這個數字在不（bú）斷地增（zēng）大。同時，運用礦物燃料作為熱源進行（háng）幹燥操作產生（shēng）大量的二氧化碳等氣體（tǐ）。幹燥設備的尾氣（qì）（這些氣（qì）體中夾帶（dài）一些粉塵）對（duì）大氣環（huán）境有不良的影響，這對於日益引起全球關注的“環境保護”是一個（gè）極大的挑戰。

    幾乎（hū）所有的工（gōng）業都離（lí）不開幹燥（zào）操作，雖（suī）然正確地了（le）解幹燥及幹燥設（shè）備的工作機理有（yǒu）助於成功地完成幹燥過程，但是仍然需要我們不斷地投人人力和物力去進一步進行（háng）幹燥技術的（de）研究和開發，以使其在生產高質量產品的同（tóng）時，有效地利用能源，減少對環境的不利影響，並且更易（yì）於（yú）實現過（guò）程操作（zuò）和控製。

    一、幹燥技木的（de）特點（diǎn）

    幹燥技術有很寬的應（yīng）用領域，麵對眾多（duō）的產業、理（lǐ）化性（xìng）質各不相同的物料、產品質量及其他方麵千差萬（wàn）別的要求（qiú），幹燥技術是一門跨行業、跨學（xué）科、具有實驗（yàn）科學性質的技術。通常，在（zài）幹燥技術的開發及應用中需要具備三個方麵的（de）知（zhī）識和技術。第一（yī）是（shì）需要了解被幹燥物料的理化性質和產品的（de）使用特點；第二是要熟悉傳遞工程的原理，即傳質、傳熱、流（liú）體（tǐ）力學和空氣動力學等能量傳遞的原理；第三要有（yǒu）實施的手段，即能夠進（jìn）行幹燥流程、主要設備、電（diàn）氣儀表控製等方麵的工程設計。顯然，這三方麵的知識和技術不屬於一個學科領域。而在實踐中，這三方麵的知識和技術又缺一不可。所（suǒ）以幹燥技術是一門跨行業、跨學科的技術。

    現代（dài）幹燥技術雖已（yǐ）有一百多年的發展史，但至今還屬於實驗科（kē）學的範疇。大部分幹燥技術目前（qián）還缺乏能夠（gòu）精準指導（dǎo）實（shí）踐的科學理論和設計方法。實際應用中，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方式，造成這一局麵的原因有以下幾方麵：

    原因之一是幹（gàn）燥技（jì）術所依托的一些基礎學科，（主要是隸屬於傳遞工程範疇（chóu）的學科）本身就具有實驗科學的特點（diǎn）。例如，空氣動力學的研究發（fā）展還要靠“風（fēng）洞”實驗來推動，就說明它還沒有脫離實驗（yàn）科學的範疇，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（fā）展水平。

    原因（yīn）之二是很（hěn）多幹燥過程是（shì）多種學科技術交匯進行的過程，牽涉麵廣、變化因素（sù）多、機理複（fù）雜。例如在噴霧幹燥技術領域裏，被霧化的液滴在幹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（xiàng）及周圍其他液滴和熱空氣的流向、流速有關。但這些參數由於（yú）傳質、傳熱過程的進行（háng），無時無刻不在發生著變化、而（ér）且初始狀態時，無論是（shì）液滴的大小（xiǎo）還是熱空氣的分布都不（bú）可能是均勻的（de）。顯然，對於如此（cǐ）複雜、多變的過程隻憑借理論計算來進行（háng）工程設計是（shì）不可靠（kào）的。

    原（yuán）因（yīn）之（zhī）三是被幹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（wù）料即使在相同的（de）幹燥條（tiáo）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（jiù）有可能造成不（bú）盡人意（yì）的後果。例如某些中草藥的幹燥，雖然同屬一種藥（yào）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，否則產品質量就會受到影響。

    以上三方麵的原（yuán）因決定了幹燥技術的開發與應用要以實驗為基礎。但（dàn）幹（gàn）燥搜術的這些特點往往被人有意或（huò）無意地忽視。製造廠商由於實驗裝置缺乏或機型不全（這在我國是（shì）一個普遍存在的現象）經常回避應做的幹燥實驗，而用戶由於不了解幹燥技術的（de）特點，也經常（cháng）放棄進行必要（yào）實驗的要（yào）求。其結局是裝置使用（yòng）效果不佳，甚至於造成方（fāng）案設計失敗。在（zài）我國，這樣的事例屢見不鮮，曾有過一（yī）套價（jià）值2000萬元人（rén）民幣的工業幹燥裝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（qián），一定要進行充分的、有（yǒu）說服力的實驗，並以實驗結果作為工業裝置設計的依據。這是幹燥技術應用的（de）顯著特（tè）點。

    此外，幹燥設備種類繁多、各具用途也是幹燥技術的一個特點。每一種技（jì）術都有自己適宜應用的領域。在工程實踐中，要根據具體情況選擇適用的幹（gàn）燥技術種類（lèi）。這對投資（zī）費用、操作成本、產（chǎn）品質量、環保要求等方都會產生重大的影響。例如某一企業，在白炭黑濾餅幹燥上曾經分（fèn）別選用過箱式幹燥、噴霧幹燥、旋轉氣（qì）流快速幹燥三種型式。^終結果證明這三種技術（shù）各有所長。箱式幹（gàn）燥生產白炭黑雖然生產效率低、人員勞動強度大，但產品質量好（hǎo）。與橡膠混煉後所生成的製品（pǐn）扯斷強度值較高。旋轉氣流快（kuài）速幹燥設備緊湊、投資少、生產效（xiào）率高，但所生成（chéng）的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（xiàng）指標在三者間居中（zhōng），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（hēi）生產中采用哪種幹燥方式（shì）更（gèng）為先進的問題，曾在（zài）我國幹燥界（jiè）引發過爭（zhēng）論。其實，三種設備各有特點，選用哪種（zhǒng）機型要看用戶自身的條件和（hé）產品要求。不存在哪種技（jì）術更為先進的結論。類似的例子有很多，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（yào）仔細比（bǐ）較、慎重選擇（zé）技（jì）術方案，而（ér）通過幹燥實驗來考核技術方案也是必不可少的步驟。

    二（èr）、工業幹燥裝置的發展現狀（zhuàng）

    幹燥在許多生產中是一個（gè）十分重要的單元操作，因為幹燥在這裏不僅是簡單（dān）的固液分離過程，更重要的常常是生產過程的^後一道工序，產品的質量、劑型在很大程度上取決於（yú）幹燥技術和設備的綜合運用情況。從經濟（jì）角度考慮，幹燥器價格昂貴，工（gōng）程投資較大。另一方麵，幹（gàn）燥又是高耗能過程，熱效率在（zài）15%一80%這樣大的範圍（wéi）內波動，而設備（bèi）的運轉費用與（yǔ）幹燥器的設計選型有非常密切的關係，所以企業的決策者對此曆來都比較重視。被幹燥物料（liào）的品（pǐn）種有許多，它們（men）的理化性質又有（yǒu）很大差異（yì）。甚至同（tóng）一品種不（bú）同的生產工藝、同一品種不同的產品要求，導致幹（gàn）燥條件可能都有區別，所以就決定了幹（gàn）燥工程的複雜性。由此可見，幹燥過程較其他的單元操作具（jù）有更高的技術性。

    我國幹燥設（shè）備在解放前基本是（shì）空白，隻有（yǒu）烘（hōng）房、烘箱和滾筒幹燥機，幹燥技術落後、生（shēng）產設備原始。到1957年才出現了真空耙式幹燥機，1964年以後幹（gàn）燥技術有了（le）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、由低級到高級（jí）的發展階段，現在常用於生產的幹燥設備（bèi）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（jiā）上專（zhuān）用幹燥設備就（jiù）更難於統計，合理地選用這些幹燥設備也不是一件易事，選型的前提是了解這些設備的基本工作原理、結（jié）構（gòu）特點以及適用物料範圍，這樣在選型時才（cái）避免走彎路（lù）。

    近些年來，由於幹燥技術（shù）的發展（zhǎn），給篩（shāi）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（yòng）者也常常弄不清如何去選擇合適的設備。由於幹燥設（shè）備的推銷者在市場上隻（zhī）是對他們推銷的幹（gàn）燥機種（zhǒng）類感興趣，而對其他種類則（zé）並不介紹，這樣，用（yòng）戶就隻得借助（zhù）於有關的現代（dài）幹燥技術參考資料決定對設備的^後選擇。毫無（wú）疑問，用戶很需要（yào）由推銷者提供的實驗室，實驗範圍（wéi）及技術經濟方麵的資料。因（yīn）此，就必須熟悉大多數幹燥設備，才有可能選（xuǎn）出合理的（de）設備。應該強調的是，在（zài）特（tè）定的生產運行狀態（tài）中（zhōng），很有可能有很多較適用的（de）幹（gàn）燥機，但也必須知道，在特（tè）定的工作狀態中，沒有一個嚴格的規則規定出極^的^佳幹燥設備，每一種產品都有自己獨特的（de）生產方式。影響^佳幹燥裝置選（xuǎn）擇的因（yīn）素（sù）很多，如（rú）選擇間（jiān）歇幹燥還是（shì）連（lián）續幹燥、礦物（wù）燃料的（de）消耗、電耗、地方環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（zào）設備（bèi）是（shì）在許多工業生產中大量應用。多年來已有多種機型用於工（gōng）業化生產中，如氣流幹燥器、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、紅外線幹燥及組合式幹燥等達幾十種（zhǒng）之多。為什（shí）麽幹燥設備類（lèi）型很多呢？這主（zhǔ）要是由於幹燥物（wù）料型態（tài）、性質各不相同，處理的物料有（yǒu）各種不（bú）同的具體要求所致。

    隨著我（wǒ）國各行業的生（shēng）產（chǎn）技術的（de）飛躍發展，國內幹燥技術和設備也（yě）得到了迅速發（fā）展。在散粒狀物料的幹燥方麵（miàn），近幾年來流態化技術獲得了更加廣泛的（de）應用和新的發（fā）展。流（liú）態（tài）化幹燥充分改善（shàn）了氣固相接觸條件（蒸（zhēng）發表麵積增大），物料的劇烈攪（jiǎo）動，大大減少了氣膜阻力，給傳熱介質創造了極為有利（lì）的（de）條件。除了國內在幹燥技術中使用較早的氣流幹燥（zào）獲得較迅速發展外，近年（nián）來流化幹燥設備發展得^快（kuài）。主要表現在利用流態化技術結（jié）合各（gè）種被幹燥物料特性和要求創製了很（hěn）多新型高效的流態化幹燥器，分述如下。

    直管氣流（liú）幹燥器是國內使用較早的流化幹燥設備，經數年來（lái）的生產實踐（jiàn）認為氣流幹燥對散粒狀物料，特別是熱敏性物料的幹燥，還是（shì）比較理想的幹燥設（shè）備。它無論生產量，占地麵積等方（fāng）麵均比烘箱幹（gàn）燥優越（yuè），因（yīn）此目前在製藥（yào）、塑料、食品、化肥等工業中（zhōng）使用的更加廣泛。但氣流幹燥還存在熱利（lì）用率（lǜ）較低、設備高、氣固兩相相對速度較（jiào）低等缺（quē）點。近年來（lái）創製了脈（mò）衝氣流幹燥器、旋風氣流幹燥器（qì）、粉碎（suì）氣流幹燥器（qì）等新型氣流設備，克服了（le）直管氣流（liú）幹燥（zào）的缺點。粉碎氣流除降低高度外，還擴大了氣流幹燥（zào）器的使用範圍，使易氧化的物料能用空氣（qì）作為幹燥（zào）介質，既降低了（le）幹燥動力消耗，又提高了產品的產量（liàng）和質量，此外還采用了多級氣流幹（gàn）燥流程和組（zǔ）合氣流幹燥流（liú）程，在氣流幹燥器的應（yīng）用上，許多工程采用了二級串聯方式，在有些物料的幹燥上更加（jiā）合理（lǐ），也提高了熱效率。直管氣流幹燥在生產操作方麵已很成（chéng）熟。脈衝氣流、旋風氣流幹燥已工業化多年，操作已較成熟，但理（lǐ）論設計方麵還很缺少（shǎo）。在（zài）今後的實踐（jiàn）發展（zhǎn）中還（hái）需進（jìn）一步完善。

    大部分熱敏性較強和（hé）易氧化的物料，均采用氣流幹燥。一般能將初濕為10%一25％的物料幹燥至1%-0.05%，被幹燥的（de）物料（liào）粒度一般（bān）在60-100目，產量一般在100 - 200kg/h。目前國（guó）內（nèi）在製藥、食品、塑料等工業中廣泛使用。隨著我國生產技術的飛速發展，氣流幹燥在今後的工業生產（chǎn）中必定應用得更加廣泛。

    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（hěn）多優越性，能實（shí）現小設備大生產，由於熱容係數較大和停（tíng）留時（shí）間可任意調節，故對含表麵水和需經過降速幹燥（zào）階段的物料均適用，特別適用於散粒物料的幹燥。^近發展起來並（bìng）已工業化的有下列幾（jǐ）種型式：單層圓筒型、多層圓管型、振動流化床、臥式多室流化（huà）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（fā）展得（dé）較迅速。目前已在製藥、化肥、食品、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（zài）操（cāo）作、設備結構等方麵均已發展（zhǎn）到較成熟階段。從使（shǐ）用情況看，臥式多室流化幹（gàn）燥器由（yóu）於結構簡單、操（cāo）作方便而穩定、物（wù）料適應性廣，既能獲得含水均勻的（de）產（chǎn）品，動力消耗（hào）又少，是流（liú）態化幹燥散粒狀（zhuàng）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傳熱相結（jié）合的產物（wù），具有較（jiào）高的熱效率，幹燥（zào）效果也（yě）效好，是近年來很受推薦的新機型。

    國內（nèi）錐形流化床按操（cāo）作分有三種型式：一種是濃相溢流出料，近年來國內較多在流化造粒方麵使用；另一種即噴動床幹燥，是由床頂出料，產品在旋風分離器內（nèi）收集或間歇操作床底出料。這種結（jié）構比流化床結（jié）構簡單，設備小，產量大，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），近年來已（yǐ）發展（zhǎn）至能應用於細粒物料的幹燥。目前在（zài）塑料、穀物、製藥等部門（mén）使用。但因動力消耗較大，使（shǐ）用受到一定（dìng）限製。

    在溶液狀或漿（jiāng）狀物料的幹燥方麵也獲得了較新的發展，除使用得較多的（de）噴霧幹燥有了新的（de）發展外，近年來已成（chéng）功地（dì）采用了錐形流化（huà）床（chuáng）進行噴霧造粒生產並已（yǐ）逐步在發展和完善中。噴霧流化造（zào）粒幹燥器首先在化肥（féi）上采用，目前已在醫藥、食（shí）品等工（gōng）業（yè）中采用。噴霧幹燥在國內使用已有二十幾（jǐ）年，在設計和操作等方（fāng）麵都已較成熟。近年來噴霧幹燥有以下幾方麵的進展：

    (1)幹燥室（shì）除向大型化發展（zhǎn）外，噴頭霧化器性能方麵有（yǒu）關單位（wèi）也作較多的實驗研究工作，並取得了顯著效果；

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

    (3）噴霧幹燥（zào）設（shè）備與其他幹燥技術結合以達（dá）到幹燥或幹燥造粒同時進行的目的，這也是我國幹燥技（jì）術（shù）水平進一步發（fā）展的體現；

    (4)目前正在（zài）進行低溫噴霧幹燥的實驗，它是將（jiāng）含濕量極低而溫度不高的空氣作（zuò）載體，空氣經過（guò）預先脫水幹燥，在（zài）幹燥過程中產品溫度不超過35’C，因此（cǐ）適用於熱敏性物料的幹燥，如醫（yī）藥、食品脫水等（děng）。