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幹(gàn)燥設備選(xuǎn)型技術概述

2024-03-25 219

  同其他工業技術一樣,幹燥技術在應用過(guò)程中也得到長足的進步,目前已開發(fā)出的(de)幹燥機的種類已達400多種,而且約(yuē)200多(duō)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,它們有的是對普通幹燥機進(jìn)行結構上的改進,有的借鑒(jiàn)吸(xī)收了其他幹燥機(jī)的優(yōu)點,有的完全是一種新想法。
   幹燥(zào)又是工業耗能相當大的一個單元操作,據資料(liào)記載,發達工業(yè)耗能(néng)的(de)14%被用於幹燥,有些行業的幹燥耗能甚至占到生產總耗能的(de)35%,而且這個數字在不斷地增大。同時,運用礦物燃料作為熱源進行幹燥操作產生大量的二氧化碳等(děng)氣體。幹燥(zào)設備的(de)尾氣(這些(xiē)氣(qì)體中夾帶一些粉塵)對大氣環境有不良的影響,這對於日益引起全球關注的(de)“環境保護”是一(yī)個極大的挑戰(zhàn)。
   幾乎所有的工業都離(lí)不開幹燥操作,雖然正確地了解幹燥及幹燥設備的工作機(jī)理有助於成功(gōng)地完成(chéng)幹燥過程,但(dàn)是仍然需要99国产精一区二区不斷地投入(rù)人力和物力(lì)進一步進行幹燥技術的研究和開發,以使其在生產高質量產品(pǐn)的同時,有效地利用能源,減少(shǎo)對環(huán)境(jìng)的不利影響,並且更(gèng)易於實現過程操作和(hé)控製。
  一、幹燥技術的特點
  幹燥技術(shù)有很寬(kuān)的應用領域,麵對眾多的產業、理化性質各不相同的物料、產品質量及其他方麵千差萬別的要(yào)求(qiú),幹燥技術是(shì)一六跨行業、跨學科、具有實驗(yàn)科學性質的技術。通常,在幹燥技術的開發及(jí)應用中(zhōng)需要(yào)具備三個方麵的知識和技術。是需要(yào)了解被幹燥物料的理(lǐ)化性質和產品的(de)使用特(tè)點;第二是(shì)要(yào)熟悉傳遞工程的原理,即傳質、傳熱、流體力學和空(kōng)氣動力學等能量(liàng)傳(chuán)遞的原理;第三要(yào)有實施的手段,即能夠進行(háng)幹燥流程、主要(yào)設(shè)備、電氣儀表控製等方麵的工程設計(jì)。顯然,這三方麵的知識和技術不屬於一個學科領域。而在(zài)實踐中,這(zhè)三(sān)方麵的知(zhī)識和技術又缺一不可。所以幹燥技術是一門跨行業、跨學科的技術。
現代幹燥技術雖已(yǐ)有一百多年的發展(zhǎn)史,但至今還屬於(yú)實驗科學的範(fàn)疇。大部(bù)分幹燥技術目前還缺(quē)乏能夠指導實踐(jiàn)的(de)科學理(lǐ)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(dǎo)工業設計還是主要(yào)的方式,造成這一局麵的原因(yīn)有以下(xià)幾方麵(miàn):
  原因之一是幹燥技術所依托的一些基礎學科,(主要是隸屬於傳遞工(gōng)程範疇的學科)本身就具有實驗科(kē)學的特點。例如,空氣動力學的研究發展還要靠“風洞”實驗來推動,就(jiù)說明它還沒有(yǒu)脫離實驗科學的範疇,而(ér)這些基礎(chǔ)學科自身(shēn)的(de)發展水平直接影響和決定了幹燥技術的(de)發展水平。
  原因之二是很多幹(gàn)燥過程是多(duō)種學科技術交匯進行的過(guò)程,牽涉麵廣、變化(huà)因素多、機理複雜。例如在噴霧幹燥技術領(lǐng)域裏,被霧化的液滴在幹燥(zào)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(kōng)氣的流向(xiàng)、流速有關(guān)。但這些參數由於傳質、傳熱過(guò)程的(de)進行(háng),無時無刻不在發生著變化、而且初始(shǐ)狀態時,無論是液滴的(de)大小還是熱空氣(qì)的分布都不可(kě)能是均勻的。顯然,對於如(rú)此複雜、多變的過程(chéng)隻憑借理論計算來進行工程設計是不可靠的。
  原因之(zhī)三是被幹燥(zào)物料的種類(lèi)是多種多樣的(de),其理化性質也是(shì)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(de)速率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(de)後果。例如某些(xiē)中草藥的幹燥,雖然(rán)同屬一種藥材,隻因為藥材產地(dì)或收獲期存在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(de)原因決定了幹燥技術的開發與應(yīng)用要以實驗為基(jī)礎。但幹(gàn)燥(zào)搜術的這些特點往往被人有意或無意地忽視。製造廠商由於實驗裝置缺乏或機型不(bú)全(這在我國是一個普通存在的現象)經常回(huí)避應做的幹燥實驗,而用戶由於不了解幹燥技術的特點,也經常放棄進行必要實驗的要求。其結局是裝置(zhì)使(shǐ)用效(xiào)果不佳,甚至於造成方案設計失敗。在我國,這樣的事例(lì)屢見不鮮,曾有過一套價值2000萬元人民幣(bì)的工業幹燥裝置因達不到使用要求而被閑置(zhì)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(yàn),並以(yǐ)實驗結果作為工業裝置(zhì)設計的依據。這是幹燥(zào)應用(yòng)的顯著特點。
  此外,幹燥設備種類繁多、各具用途也是幹燥技術(shù)的一個特點。每一種技術都有自己適(shì)宜(yí)應用的領域。在工程實踐中,要根據具體情況選擇適用的幹燥(zào)技術(shù)種類。這對投資費用、操(cāo)作成本、產品質量、環保要求等方(fāng)都會產生重大(dà)的影響。例如(rú)某一企(qǐ)業,在白炭黑濾餅幹(gàn)燥上曾經(jīng)分別選用過箱式(shì)幹(gàn)燥、噴霧幹燥、旋轉氣流快(kuài)速幹燥三種型式。終(zhōng)結果證明這三種技術各有所長。箱式幹燥生產白炭黑雖然生產效率低、人員勞動強度大,但(dàn)產品質量好。與橡膠混煉後所生(shēng)成的製呂扯斷強度值較高。旋轉氣流快速(sù)幹燥設備(bèi)緊湊、投資少、生產(chǎn)效率高,但所生成的橡膠製品的強(qiáng)度指標卻是三者間差(chà)的。噴霧幹燥(zào)生產白炭黑,產品各項指標在三者間居中,但(dàn)具有產品流動(dòng)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,為白炭黑生產(chǎn)中采用(yòng)哪種幹燥方式更(gèng)為先進的問題,曾在我國幹燥界引發過爭(zhēng)論。其實,三種設備各有特(tè)點(diǎn),選用哪種機型要看(kàn)用戶自身的條件和產品要求(qiú)。不存在哪種技術更為先(xiān)進的結論。類(lèi)似的例子有很多,都表明了幹燥設備種(zhǒng)類繁多、各具用途的特點。所以在(zài)應用中要仔細比較、慎重選擇技術方案,而通過幹燥實(shí)驗來考核技術方案也是必不可少的步驟。
  二、工業幹燥裝置的發展現狀
  幹燥在許多生產中(zhōng)是一個十分重要的單元操作,因為幹燥在這裏(lǐ)不僅是簡單的固液分享過程,更重要的常常是生產過程的一道工序(xù),產品的質量、劑型在很大程度上取決於幹燥技術和設備的綜合運用情況。從經濟角度(dù)考慮,幹(gàn)燥器價格昂貴,工程投資較大。另一(yī)方麵,幹(gàn)燥又是高耗能(néng)過程,熱(rè)效率在15%-18%這樣大的範圍內波動,而設備的運轉費用與幹燥器的設計造型有非常(cháng)密切的關係,所以企業的決策者對此曆來(lái)都比較(jiào)重視。被幹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(de)生產工藝(yì)、同一品種不同的產品要求,導致幹燥條件可能(néng)都(dōu)有區別,所以就決定了幹燥工程的複雜性。由(yóu)此可見,幹燥(zào)過程較其他的單元操作具有更高的技術性。
  我國幹燥設備在解放前基本是空白,隻有烘房、烘箱和(hé)滾筒(tǒng)幹燥(zào)機,幹燥技術落後、生產設備(bèi)原始。到1957年才出現了真空耙式幹燥機,1964年以後(hòu)幹燥技術有了較(jiào)快的發展。縱觀我國幹燥技術及設備的(de)發展史,在幾十年間經曆(lì)由簡(jiǎn)到繁、中低級(jí)到的發展階段,現在常用於(yú)生產的幹燥設備有(yǒu)十餘類三十多個係列,加上組合幹燥設備約有五十幾種,再加上專用幹燥設備就更難(nán)於統計,合理地選用這些幹燥設備也不是一件易事,選(xuǎn)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(liào)範圍,這樣在選型時才避免走彎路。
  近些年來(lái),由於幹燥技術(shù)的發展,給篩選設備帶(dài)來了更多的複雜因素。即使(shǐ)是幹燥設備(bèi)的設計、製造或使用者也常常弄不清如何(hé)去(qù)選擇合適的設備。由於幹燥(zào)設備的推銷者在市場(chǎng)上(shàng)隻是(shì)對他(tā)們推銷的幹燥(zào)機種類(lèi)感(gǎn)興趣,而對其他(tā)種類則(zé)並不介紹,這樣,用戶就隻得借助於有關的現代幹燥技術(shù)參考資(zī)料決定對設備的選擇。毫無疑問,用戶很需要由推銷者提供的實驗室,實驗範圍及技術經濟方麵的資(zī)料。因此(cǐ),就(jiù)必須熟悉大(dà)多數(shù)幹燥設備,才有可能選出合理的設備。應該強調的是,在特定的生產運行狀態中,很有可能有很多較適用(yòng)的幹燥機,但也必須知道,在(zài)特(tè)定的工作狀態(tài)中,沒有一個嚴(yán)格的規則規定出(chū)極的幹燥設備,每一種產品都有(yǒu)自己獨特的生產方式(shì)。影(yǐng)響幹燥裝置選(xuǎn)擇的因素很多,如選擇間歇(xiē)幹燥還是連續(xù)幹燥、礦物燃料(liào)的消耗、電耗、地方環境法或噪音(yīn)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、幹燥設備使用概況
  前麵提到,幹燥設備是在許多工業生產中大量應用。多年來已有多種機(jī)型用於(yú)工業生產中,如氣流(liú)幹燥器、流化床幹燥器(qì)、噴霧幹燥器、滾筒幹燥機、耙式幹燥器、冷凍幹燥器、紅外線幹燥及組合式幹燥等達幾十種之多。為什麽幹燥設(shè)備類型很多呢?這主要是由(yóu)於幹燥物料型態、性質各不相同,處理的物料有各種不(bú)同的具體要求所致。
  隨著我國各行業的生產技術(shù)的飛躍發(fā)展,國內幹燥技術和設備也得到了迅速發展。在散粒(lì)狀物料的幹燥(zào)方麵,近幾年來流態化技術獲(huò)得了更加廣泛的應用(yòng)和新的發展。液態化幹燥充分(fèn)改善了(le)氣固相接(jiē)觸條件(蒸發表麵積增大(dà)),物料的劇烈攪動,大大減少了氣(qì)膜(mó)阻力,給傳熱介質創造了極為有利的(de)條件。除(chú)了國內(nèi)幹燥技術中使用(yòng)較早的氣流幹燥獲(huò)得較迅速發展外(wài),近年來流(liú)化幹燥設備發展得快。主要表現在利用流態(tài)化技術結(jié)合各(gè)種被幹燥物料特性和要求創製了很多(duō)新型高效的(de)流態化(huà)幹燥器,分述如下。
  直管氣流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,還是比較理想的幹燥(zào)設備。它無論生產(chǎn)量,占(zhàn)地麵積等方麵均比(bǐ)烘箱幹燥優越,因此(cǐ)目前在製藥、塑料、食品、化肥等工業中使用的更加廣泛(fàn)。但氣流幹燥還存在(zài)熱利用(yòng)率較低、設備高、氣固兩相相對速度較低等缺點。近年來創製了脈衝氣流幹燥器、旋風氣流幹燥器、粉碎氣流幹燥器等新型氣流設備(bèi),克服(fú)了直管氣流幹燥的缺點。粉碎氣流除降低高(gāo)度外(wài),還擴大了氣流幹燥器的使用範圍,使易氧化的物料能(néng)用(yòng)空(kōng)氣作為幹燥介質(zhì),既降低了幹燥動力消耗,又提高(gāo)了產品的產量和質量,此外還(hái)采用了多(duō)級氣流幹燥(zào)流程和組合(hé)氣流幹燥流程,在氣流幹燥器的應用上,許多工程(chéng)采用了二級串聯方式,在有些物料的幹(gàn)燥上更(gèng)加合理,也提高了熱效率。直管氣流幹燥在(zài)生產操作方麵已(yǐ)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,但理論設計方麵還很缺少。在(zài)今後(hòu)的實踐發展中還需進一步完美。
  大部分熱敏性較強和易氧化的物料,均采用氣(qì)流幹(gàn)燥,一般能將初濕為(wéi)10%-15%的物料幹燥(zào)至1%-0.5%,被幹燥的物料粒度(dù)一般在60-100目(mù),產量一般在100-200%kg/h。目前(qián)國內在(zài)製藥、食品、塑料等工業中廣泛使用。隨著我國生產(chǎn)技術的飛速發展,氣流幹燥在今後的工業生(shēng)產(chǎn)中必定應用得更加(jiā)廣泛。
  流化幹燥是近年發展起來的(de)又一幹燥(zào)技術。經(jīng)過生產實踐證明它有很多優越性,能實現小設備大生產,由於熱容係數(shù)較大(dà)和停留時間可任意調節,故對含表麵水和需經過降速幹燥階段的物料均(jun1)適用,特(tè)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種型式:單層圓筒型、多層圓管型、振動流化床、臥式多室流化幹燥器(qì)由於結構(gòu)簡單、操作方便而穩定(dìng)、物料適應性廣,既能獲得含水均勻的產品,動力(lì)消耗又少,是流態化(huà)幹燥散粒狀(zhuàng)物(wù)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合的產物,具有較(jiào)高的(de)熱效率,幹燥效(xiào)果也效好,是近年來很受推薦(jiàn)的新機型。
  國內錐形流化床按操作分有(yǒu)三種型式:一種是(shì)濃(nóng)相溢流出(chū)料,近年來國內較多在流化造(zào)粒方麵使用;另一種即(jí)噴(pēn)動(dòng)床幹燥,是由床頂出料,產品在旋風分(fèn)離器內收集或間歇操作床底(dǐ)出料。這種結構比流化床結構簡單,設備小,產量(liàng)大,幹燥強度高(gāo)、床層等溫性強、不發生局部過熱。過(guò)去僅適(shì)用於大顆粒物料(聚氯乙烯),近年來已發展至能應用(yòng)於細粒物料的幹燥。目前在塑料、穀物、製藥等部門使用。但因動力消耗較大,使用受到一定限製。
  在溶液狀或(huò)漿狀物料的幹燥方麵也獲得了較(jiào)新(xīn)的發展,除使用(yòng)得較多的噴霧幹燥有了新的發展外,近年來已成功地(dì)采用(yòng)了錐形流化床進行噴(pēn)霧造粒生產並已逐步在發展和完善中。噴霧流化造粒幹燥器首先在化肥上采用,目前已在醫藥、食品等工業中(zhōng)采用。噴霧幹燥(zào)在國內使用已有二(èr)十幾年,在設計和操作等方麵都已較成熟。近年來噴霧(wù)幹燥有以下幾方麵的進展:
   (1)幹燥室除向大型化發展外,噴頭(tóu)霧化器性能方麵有關單位也作較多的實驗研究工作,並取得了顯著(zhe)效果;
   (2)除熱敏性(xìng)溶液更加廣泛(fàn)采用噴霧幹燥(zào)外(wài),近年(nián)漿液也成功地采用了噴霧幹燥;
   (3)噴霧幹燥與其他幹燥技術結合以達到幹燥(zào)或幹燥造粒同時進行的目(mù)的,這也是我國幹燥技術水平進一步發展的體現(xiàn);
   (4)目前正在進行低溫噴霧(wù)幹燥的實驗,它是將含濕量極低(dī)而溫度不高的空氣作(zuò)載體,空氣經過預先脫水幹燥,在幹燥過程中產品溫度不超過35℃,因此適用於熱(rè)敏性物(wù)料的幹燥,如醫藥、食品脫水等。

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