干燥設(shè)備的適用范圍

-.z.枯燥設(shè)備的適用范圍所謂枯燥就是通過(guò)給物料施加一定的能量使?jié)穹帧餐ǔＶ杆帧称?、蒸發(fā)，從而除去濕分。干燥是一種傳熱與傳質(zhì)同時(shí)發(fā)生的別離過(guò)程。被枯燥物料及物料的狀態(tài)、物理特性各不一樣，至今還沒(méi)有能夠適應(yīng)所有物料的枯燥裝置。因此選擇枯燥裝置時(shí)重要的一點(diǎn)是要根據(jù)具體條件綜合考慮選擇相對(duì)適宜的枯燥設(shè)備，選取最有利且可行的型式與運(yùn)轉(zhuǎn)條件。目前，工業(yè)用的枯燥機(jī)按傳熱方法分類有對(duì)流、傳導(dǎo)、輻射等型式。一、對(duì)流傳熱枯燥設(shè)備的通用范圍現(xiàn)有的枯燥設(shè)備中，最多的是對(duì)流傳熱枯燥。如熱空氣枯燥，熱空氣和被枯燥物料接觸進(jìn)展熱交換以蒸發(fā)水分。對(duì)流枯燥機(jī)代表性的設(shè)備常見(jiàn)類型有空氣懸浮枯燥機(jī)，如流化床枯燥機(jī)、閃蒸干燥機(jī)、氣流枯燥機(jī)、噴霧枯燥器、通風(fēng)枯燥機(jī)、流動(dòng)枯燥機(jī)、氣旋轉(zhuǎn)枯燥機(jī)、攪拌枯燥機(jī)、平行流動(dòng)枯燥機(jī)、回轉(zhuǎn)枯燥機(jī)等。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，有單機(jī)使用，也有組合機(jī)使用，還有變形機(jī)型等。氣流枯燥機(jī)、流化床枯燥機(jī)、噴霧枯燥器等都是以熱空氣為載熱體，在枯燥的同時(shí)，也完成了物料的轉(zhuǎn)移。此類枯燥機(jī)的特征主要是沒(méi)有傳動(dòng)部件。枯燥粉、粒、片狀物料，最普通的方式就是在顆粒外表施加熱空氣或氣體流。通過(guò)的氣流對(duì)物料進(jìn)展傳熱，使水分蒸發(fā)。蒸發(fā)后的水蒸汽直接進(jìn)人空氣中被帶走，對(duì)枯燥系統(tǒng)中常用的枯燥介質(zhì)有空氣、惰性氣體、直接燃燒氣體或過(guò)熱蒸汽。該方法使熱空氣與物料直接接觸，邊加熱邊除去水分。關(guān)鍵是要提高物料與熱空氣的接觸面積，防止熱空氣偏流。恒速枯燥期間的物料溫度幾乎與熱空氣的濕球溫度一樣，所以使用高溫?zé)峥諝庖部梢钥菰餆崦粜晕锪稀＿@種枯燥方法枯燥速率高，設(shè)備投資少，但熱效率較低，下面是各類對(duì)流枯燥設(shè)備的根本情況。〔1)箱式枯燥器是最老的枯燥器之一。物料用盤盛裝，料盤擺在架車上逐層逐排放人，用蒸汽或電作為熱源，箱內(nèi)熱空氣可循環(huán)及局部排放，以使枯燥較均勻。雖熱效率低，但仍在大量的使用，也在繼續(xù)制造，原因是構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作不經(jīng)常照管也無(wú)明顯問(wèn)題。但不少物料枯燥時(shí)須翻盤、翻粉，熱敏性物料常易變色，亦不適用于帶溶媒物料的枯燥。由于物料堆積，其內(nèi)層傳熱、傳質(zhì)差，因而枯燥速率低。(2〕隧道式烘房系將料盤分置于特制小車上，可逐車間歇進(jìn)、出隧道，以增加產(chǎn)量及提高熱效率。其他構(gòu)造與箱式枯燥器相似。(3)網(wǎng)帶式枯燥機(jī)可用于枯燥玉米、谷物、蔬菜等。此機(jī)裝有不銹鋼絲網(wǎng)制的傳動(dòng)帶，物料隨帶移動(dòng)，可分段加熱。該裝置以每段1．8一2m長(zhǎng)為一單元，最長(zhǎng)可連接至40m，每小時(shí)處理量可高至4t。恒率枯燥階段熱空氣溫度可達(dá)130℃，排氣相對(duì)濕度可達(dá)85%。(4〕多層渦輪枯燥器其構(gòu)造為一立式圓筒，內(nèi)設(shè)有假設(shè)干層轉(zhuǎn)盤，物料可由頂部加人，逐層落下至底部放出。熱空氣自底部引人，由設(shè)于圓筒中心的數(shù)個(gè)鼓風(fēng)渦輪葉輪分段循環(huán)空氣，并于器內(nèi)壁相應(yīng)高度設(shè)加熱器，以補(bǔ)充空氣的熱量，提高熱效率及枯燥速率。但該設(shè)備不易清洗，對(duì)多品種生產(chǎn)及要求干凈的物料較困難。(5〕轉(zhuǎn)筒式〔或轉(zhuǎn)窯式〕枯燥器枯燥器為略帶傾斜的水平園筒，物料與熱空氣對(duì)流經(jīng)過(guò)枯燥器，是一種出現(xiàn)較早的機(jī)型。雖然構(gòu)造比擬簡(jiǎn)單，但熱效率高，允許高溫操作?，F(xiàn)礦山或無(wú)機(jī)化工行業(yè)應(yīng)用仍較多。假設(shè)干年來(lái)，對(duì)筒內(nèi)揚(yáng)料板〔抄板〕構(gòu)造的改良，增設(shè)供熱管和內(nèi)套筒等，都使這種枯燥器的性能不斷提高，應(yīng)用范圍仍有擴(kuò)大。(6〕氣流式枯燥器系將熱空氣并流攜帶顆粒，使之受熱枯燥。為使氣流與顆粒有較高相對(duì)速度，提高傳熱傳質(zhì)速率，在直管根底上增加了變徑，制成脈沖氣流枯燥器，脈沖氣流枯燥器的枯燥效率較原來(lái)直管氣流枯燥器要高一些。此外還有將枯燥空間制成夾套圓筒，于筒上部切線進(jìn)熱空氣及物料，中心管導(dǎo)出的旋風(fēng)氣流枯燥器，以在枯燥過(guò)程中持續(xù)加熱空氣及物料。現(xiàn)在有不少延長(zhǎng)停留時(shí)間的改良，如渦旋式、套管式等。這類枯燥器主要適應(yīng)散粒、帶外表水分的物料。(7〕噴霧枯燥器將料液或懸浮液經(jīng)霧化后，直接用熱空氣使液滴干成粉粒狀產(chǎn)品的裝置。霧化方法有離心式噴霧、壓力式噴霧、氣流式噴霧?？菰锸以O(shè)計(jì)中，熱空氣的引人方式對(duì)枯燥過(guò)程的影響很大。另外，進(jìn)口熱空氣的溫度與熱效率有很大關(guān)系，溫度越高，熱效率也越高。一般進(jìn)風(fēng)150℃，熱效率約為30％。(8)閃蒸枯燥機(jī)裝置系于錐形底部進(jìn)熱空氣，并設(shè)攪拌，使落下的濾餅受強(qiáng)烈攪拌而分散?？菰锖蠹?xì)粉則可隨氣流送至旋風(fēng)或袋濾器收集。適應(yīng)處理可分散濾餅或有一定黏度的顆粒物料。(9〕粉碎氣流枯燥器其原理大致一樣，錐底部系切線進(jìn)風(fēng)，筒中部加料，底部設(shè)攪拌，可不斷打散濾餅或略帶黏性的顆粒。較細(xì)的顆粒隨氣流旋上，通過(guò)器頂?shù)捏E縮口可使與氣速相應(yīng)的顆粒排出。其最大產(chǎn)量可達(dá)8t/h，據(jù)稱已廣泛應(yīng)用于顆粒至假設(shè)干濾餅狀物料的枯燥。與閃蒸枯燥器的區(qū)別主要在于底部構(gòu)造及進(jìn)風(fēng)型式?！?0〕流化床枯燥器系利用氣流在對(duì)被枯燥物料顆粒群的臨界速度與帶出速度之間作用時(shí)，使顆粒形成流化狀運(yùn)動(dòng)，從而加強(qiáng)兩者的傳熱與傳質(zhì)，常用于精細(xì)化工及醫(yī)藥產(chǎn)品?！?1)振動(dòng)流化枯燥器此裝置系對(duì)流化床枯燥器增設(shè)使空氣分布板或整機(jī)振動(dòng)功能的振動(dòng)源。由于可以降低操作氣速，特別對(duì)粒度分布不均的物料，可使枯燥速率及熱效率均有提高，現(xiàn)已大量應(yīng)用?！?2〕惰性粒子流化枯燥器系在流化床枯燥器中預(yù)先放人惰性粒子，使之流化并加熱。然后噴人料液，先以惰性粒子為載體，附于外表，經(jīng)枯燥并因粒子流化時(shí)的撞擊，而使干物料呈粉狀剝落隨氣流逸出，再由旋風(fēng)別離器或袋式過(guò)濾器捕集獲得枯燥產(chǎn)品?？梢詫⑷芤海瑧腋∫夯驖{液直接枯燥成粉。〔13〕噴動(dòng)床枯燥器系利用底部中心射人的氣流，使園筒內(nèi)中心物料隨氣流向上移動(dòng)，在離開(kāi)料面時(shí)仍有上噴作用，而周圍顆粒則相對(duì)向下移動(dòng)，形成規(guī)則的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，此類枯燥裝置首先用于谷物枯燥。其中心進(jìn)氣速度較快，可以對(duì)結(jié)團(tuán)物料有一定的撕裂、分散作用。也可隨氣流同時(shí)噴人溶液作為顆粒包衣或造粒裝置?！?4〕流化造?？菰锲飨祵⒓?xì)粉狀物料先置于流化床中，在流化時(shí)噴入料液，并散布于初置細(xì)粉的外表使之逐步干燥。霧滴與粉料的粘結(jié)逐步增大顆粒至所需直徑，這種裝置在尿素造粒等方面已工業(yè)規(guī)模應(yīng)用。二、傳導(dǎo)傳熱枯燥設(shè)備的適用范圍傳導(dǎo)枯燥也稱接觸枯燥，對(duì)于潮濕顆粒非常適應(yīng)，而傳導(dǎo)枯燥機(jī)熱效率較高。蒸發(fā)的水蒸汽或有機(jī)溶劑由真空抽出或用少量氣流排出，氣流是濕分的主要載體，對(duì)于熱敏性顆粒狀物料建議用真空操作。在傳導(dǎo)枯燥機(jī)中，槳葉枯燥機(jī)用于枯燥膏狀物料。具有內(nèi)流管的旋轉(zhuǎn)式枯燥機(jī)現(xiàn)已設(shè)計(jì)出來(lái)并已投人使用。真空枯燥的操作費(fèi)用昂貴，只是物料必須要在低溫或缺氧狀態(tài)下枯燥時(shí)，或物料在加熱介質(zhì)和高溫下枯燥會(huì)變質(zhì)時(shí)，才推薦用真空枯燥。對(duì)于一定的蒸發(fā)效率，采用高溫操作更有效，這樣可以降低氣體流速，減小設(shè)備體積。對(duì)于低溫枯燥操作，可以選擇適當(dāng)?shù)牡蜏貜U熱或太陽(yáng)能收集器作為熱源，但枯燥機(jī)的體積比擬大。冷凍枯燥是真空條件下枯燥的一個(gè)特例。在這里，溫度在水的三態(tài)點(diǎn)之下，水〔或冰〕直接升華為水蒸汽。盡管升華所需要的熱量比蒸發(fā)低幾倍，其他方面的動(dòng)力消耗較大，故真空枯燥費(fèi)用還是昂貴的。傳導(dǎo)傳熱中，由夾套、攪拌、傳熱管等將熱量供應(yīng)枯燥物料，用熱媒而不用熱空氣。代表性的設(shè)備是槽型的圓筒枯燥機(jī)。圓錐攪拌枯燥機(jī)、夾套和內(nèi)置加熱管回轉(zhuǎn)枯燥機(jī)、鼓式于燥機(jī)、耙式干燥機(jī)、真空帶式枯燥機(jī)、真空冷凍枯燥機(jī)等。在熱空氣枯燥中，恒速枯燥時(shí)期的溫度相當(dāng)于濕球溫度。而在傳導(dǎo)傳熱枯燥中，需要人為地創(chuàng)造加熱面，使傳熱面積小而傳熱系數(shù)增加。這樣，構(gòu)造就比擬復(fù)雜，設(shè)備投資比熱空氣枯燥機(jī)大。傳導(dǎo)枯燥法通過(guò)金屬等蜀面間接傳遞枯燥所需要的熱量?？菰锼俾时戎苯涌菰锓ǖ?。恒速枯燥期間產(chǎn)品溫度與加熱源的溫度沒(méi)有關(guān)系，大體與裝置內(nèi)氣體壓力的飽和溫度一樣。為了提高枯燥速率和防止枯燥不均，通常用機(jī)械攪拌或使容器本身旋轉(zhuǎn)，以增加或不斷更新物料的傳熱面，因此有必要深人研究傳熱機(jī)構(gòu)的附著問(wèn)題?？菰镅b置本身價(jià)格昂貴，但其特點(diǎn)是集塵系統(tǒng)的負(fù)荷小，熱效率高，溶劑容易回收，總的費(fèi)用比直接枯燥法廉價(jià)得多?！?)真空枯燥機(jī)真空枯燥就是在真空條件下加熱物料或給物料旋加一定的能量，使?jié)穹謨?nèi)部擴(kuò)散、內(nèi)部蒸發(fā)、升華、外表蒸發(fā)，從而進(jìn)展低溫低壓枯燥的工藝。具有加熱溫度低、抗氧化性能好，產(chǎn)品含水率均勻，質(zhì)量?jī)?yōu)越、工藝容易控制、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)。(2〕附著枯燥機(jī)附著枯燥機(jī)又稱轉(zhuǎn)鼓枯燥機(jī)。主要構(gòu)造為內(nèi)部加熱的水平轉(zhuǎn)鼓，局部浸入料槽，旋轉(zhuǎn)時(shí)借鼓壁的加熱將沾附于鼓壁的料液邊轉(zhuǎn)邊干，干物料被刮刀鏟下。其熱效率較高，也可在真空下操作，對(duì)不易破壞的、可重溶的物料比擬適宜。這種方法是使溶液、泥漿狀或糊狀物料附著在加熱的滾筒上進(jìn)展枯燥。加熱時(shí)間短，熱效率高，適合中等以下的處理量。(3〕冷凍枯燥機(jī)系將料液先冷卻凍結(jié)，隨后減壓使冰升華而獲得干物料。由于整個(gè)過(guò)程在冰點(diǎn)以下進(jìn)展，常用于熱敏物品的枯燥。因真空下對(duì)凍結(jié)物料的給熱比擬困難，以及在減壓下冷凝升華的水蒸汽需要較大的制冷系統(tǒng)，因此枯燥費(fèi)用較大。冷凍高熱敏性物料中的水分，并將在高真空下保持到冰點(diǎn)以下溫度。使水分升華而與物料別離。物料中有效成分損失少，但枯燥速率低。(4〕真空烘箱由于減壓以后，物料蒸發(fā)所含揮發(fā)物的蒸發(fā)溫度可以降低，適用于各種熱敏、易氧化物料的干燥。此裝置常為圓筒或其他可承真空操作的外殼，內(nèi)以電熱或熱水、導(dǎo)熱油通過(guò)加熱板或加熱管進(jìn)行供熱，適用于小批量間歇生產(chǎn)。(5〕雙錐形回轉(zhuǎn)真空枯燥器其器身略如橄欖狀，兩端有蓋，中間設(shè)兩軸以支承器身。器身有夾套以加熱，枯燥時(shí)器身可回轉(zhuǎn)，使物料與器壁經(jīng)常更換接觸，克制了真空烘箱中物料主要依靠加熱筒傳導(dǎo)而熱效率低的缺點(diǎn)?；剞D(zhuǎn)真空枯燥器在精細(xì)化工、醫(yī)藥等方面已應(yīng)用較廣，對(duì)黏度大或在回轉(zhuǎn)過(guò)程中附著性強(qiáng)的物料不適用。以上為假設(shè)干常見(jiàn)枯燥裝置的根本類型，還有很多變型機(jī)以及新近開(kāi)發(fā)的機(jī)型在后面的內(nèi)容中將進(jìn)一步介紹。三、輻射傳熱枯燥設(shè)備的適用范圍輻射枯燥機(jī)主要有遠(yuǎn)紅外枯燥機(jī)、高頻枯燥機(jī)、超聲波枯燥機(jī)等。各種電磁輻射源波長(zhǎng)在太陽(yáng)光譜到微波范圍內(nèi)，太陽(yáng)光輻射只能穿透物料的外表。根據(jù)太陽(yáng)輻射的波長(zhǎng)，物料只能夠吸收一局部人輻射。在粉粒包衣、片狀、膠膜等物料的枯燥中常使用紅外線輻射。盡管大多數(shù)潮濕物料在50一60Hz頻率的電流中是不良導(dǎo)體，但在高頻中阻抗會(huì)急劇下降。這種輻射可以用來(lái)加熱顆粒，減少對(duì)內(nèi)部傳熱的阻力。吸收的能量由水分子來(lái)選擇，物料的枯燥過(guò)程到達(dá)節(jié)能作用。但因這種枯燥方式運(yùn)行費(fèi)用高，所以只有貴重物料才可采用。輻射傳熱枯燥是依靠加熱板的熱輻射能量到達(dá)枯燥物料的過(guò)程。這類裝置的關(guān)鍵是輻射能強(qiáng)的輻射加熱板和選擇物料容易吸收的波長(zhǎng)。相當(dāng)一段時(shí)期，都是用3um以下的近紅外波段，但近年來(lái)，改為用有機(jī)物吸收能較高的遠(yuǎn)紅外〔大于4tm〕陶瓷加熱板。遠(yuǎn)紅外加熱外表吸收較好，所以作為涂膜的枯燥效果較好。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，離外表lmm之內(nèi)的物料可以吸收大局部遠(yuǎn)紅外能，再厚就很難做到均勻傳熱。微波枯燥近年來(lái)也得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，它是用微波作為電磁波直接進(jìn)入導(dǎo)電體內(nèi)，使物料中的極性分子和極性基團(tuán)振動(dòng)回轉(zhuǎn)，經(jīng)分子間的內(nèi)部摩擦，在內(nèi)部產(chǎn)生熱量，到達(dá)枯燥的目的。這是由電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿倪^(guò)程，熱效率可到達(dá)60%-70%。純粹用微波枯燥運(yùn)轉(zhuǎn)本錢很高，但在減速枯燥期間，當(dāng)水分很難用熱空氣枯燥和傳導(dǎo)傳熱除去時(shí)，微波枯燥可以作為輔助手段提高枯燥速率。在冷凍枯燥中，殘留的冰也可以用微波枯燥法除去?！?)遠(yuǎn)紅外枯燥機(jī)用電能產(chǎn)生的紅外線，就會(huì)產(chǎn)生從外表向內(nèi)部吸收滲透的效果。因此枯燥速率較高，熱效率也較高。但其性質(zhì)與光一樣，所以照射時(shí)不能留有陰影。(2〕高頻枯燥機(jī)物料置于高頻高電壓的電場(chǎng)時(shí)就會(huì)隨著水分子運(yùn)動(dòng)在物料內(nèi)部產(chǎn)生均勻摩擦熱。這種方法適用于厚板及導(dǎo)熱性能差的物料，主要用于木材加工業(yè)。(3)超聲波枯燥機(jī)以適當(dāng)頻率的聲波撞擊物料，隨著劇烈的分子運(yùn)動(dòng)使空穴作用得以充分發(fā)揮，加快了枯燥速率，適用于不耐熱物料的枯燥。四、組合枯燥設(shè)備的適用范圍組合枯燥機(jī)是兩種或兩種以上枯燥形式的組合，對(duì)物料而言，主要以串聯(lián)為主，也就是工作時(shí)物料先后通過(guò)枯燥機(jī)兩臺(tái)或兩臺(tái)以上枯燥機(jī)，組合枯燥主要是滿足*種枯燥工藝的需要。眾所周知，每種枯燥器都存在一定缺乏之處，通過(guò)同種或兩種以上機(jī)型串聯(lián)工作，利用各自的優(yōu)點(diǎn)，常會(huì)起到單臺(tái)設(shè)備所不能實(shí)現(xiàn)的目的。最近廣泛采用不同枯燥方法、不同枯燥原理的組合，能發(fā)揮各自特長(zhǎng)而彌補(bǔ)各自缺點(diǎn)的枯燥裝置。例如直接枯燥與間接枯燥法并用，用間接枯燥法提供枯燥所需要的絕大局部熱量。這樣就可以提高枯燥速率，得到裝置體積小，熱效率高的直接與間接枯燥法并用的枯燥裝置。組合式枯燥機(jī)使用也越來(lái)越廣泛，如噴霧枯燥器和振動(dòng)流化床枯燥機(jī)的組合，耙式枯燥機(jī)和振動(dòng)流化床枯燥機(jī)相結(jié)合，回轉(zhuǎn)攪拌枯燥機(jī)、傳導(dǎo)攪拌枯燥機(jī)、氣流枯燥機(jī)和流化床枯燥機(jī)相結(jié)合，目的是獲得較低的水分。單用噴霧枯燥器可以獲得1％一3%水分含量的產(chǎn)品，如要求水分含量在0.3%以下，排氣溫度往往需要120℃含量低于0.1%，則排氣溫度要求在130℃以上。為了節(jié)省熱能，在設(shè)計(jì)上，一般用90℃排氣溫度的噴霧枯燥器，使水分到達(dá)2%，熱回收產(chǎn)生的60℃熱空氣可以用于串聯(lián)的臥式流化床枯燥機(jī)，最終水分可以到達(dá)0.1%以下，而熱能可以節(jié)約20%。五、不同加熱方法的枯燥設(shè)備的適用范圍使微量熱空氣通過(guò)攪拌型間接枯燥機(jī)與物料劇烈接觸，所需熱量的90%用間接枯燥法提供。該方法適合大批量處理熱敏性物料。利用直接枯燥法的流化床枯燥機(jī)設(shè)有間接的熱交換