我国干燥设备的技术进展及未来趋势.pdf

2005 年 第 4 期20通用机械一、 前言近年来， 干燥理论的研究方面并没有突破性的进展， 干燥技术的进步主要集中在干燥设备结构的改进上， 最大限度地适应所处理物料的需要， 使应用技术更加完善， 工艺也趋于合理。经过多年的发展，我国的干燥行业已形成了一定的企业数量和生产规模。 现从事干燥设备的企业， 主要分布在制药机械、 化工机械、食品机械、农产品加工机械、矿山冶金、林产品、轻工陶瓷等设备加工行业， 这些行业的干燥设备生产企业占全行业总数的 80% 以上。 干燥设备的进步主要集中在以下几个方面 ：二、 干燥设备发展情况1 箱式干燥器箱式干燥器特别适用于多品种、 小批量生产的场合。 往往其他干燥器不能处理的物料， 箱式干燥器都能处理。 虽然箱式干燥是比较原始的设备， 但对物料状态广泛的适应性决定它仍有很强的生命力， 在可以预见的时期内， 仍不会退出应用。 目前箱式干燥器也有一定改进，箱内各点的温度控制在 2 之内，而且箱式干燥器在行业内部已形成我国干燥设备的技术进展及未来趋势沈阳化工研究院 刘广文产业与市场家 了系列化。穿流箱式干燥器 穿流式箱式干燥器不同于平行流式，其差别在于料盘底部为金属网。热风通过金属网穿过物料层， 可大大提高传热传质效率，但物料必需有一定的形状以防漏料。真空箱式干燥器 传热方式大多用间接加热、辐射加热、红外加热或感应加热等。箱体密闭在减压状态下工作，以热源和物料表面之间温差计算的面积传热系数。真空箱式干燥的运转时强制热气流均匀地穿过堆积的料层。一般物料以片状、颗粒状， 短纤维状为主。如细粉状物料则应先挤制成形后方可使用。减压后使湿分沸点降低，适用于热敏性物料的干燥。2 带式干燥机带式干燥机是成批生产用的连续式干燥设备， 用于透气性较好的片状、条状、颗粒状物料的干燥，对于脱水蔬菜、 中药饮片等类含水率高、而物料呈热敏性的尤为合适。干燥机具有干燥速度快、蒸发强度高、产品质量好的优点。对脱水滤饼类的膏状物料，需经造粒或制成棒状后亦可干燥。带式干燥机的大型化技术已有一定进展， 我国已能制造干燥面积为 2005 年 第 4 期21通用机械100设备大型化开发仍是今后的主要任务。此外， 针对化工生产中有些物料含有机溶剂， 干燥后需回收的特点， 又开发出以传导传热为主的带式干燥机， 可以连续生产并回收湿份。3 喷雾干燥器按喷雾干燥的雾化方式， 习惯上将喷雾干燥器分为转盘式、 压力式、 气流式等三种型式。 离心式喷雾干燥器的高速雾化器是关键设备， 放大问题具有很强的技术要求。 我国目前不但具备生产气流、 机械及机电一体的离心雾化器的能力， 而且可以达到每小时处理量 45t 水。 在杭州、 无锡、靖江等地有专业的雾化器制造厂。 目前离心式喷雾干燥器从每小时处理量几千克到几十吨已经形成了系列化产品。 生产制造技术基本成熟。 压力式喷雾干燥器所得产品为微粒状， 在合成洗涤剂、 染料、 水处理剂等方面都有大量应用。 目前，我国自行设计制造的压力式喷雾干燥器直径可达 8m ，总高达 50 多米， 蒸发能力达每小时几吨之多。4 流化床干燥干燥器流态化技术自 1921 年发明以来， 干燥是应用最早的领域之一。 由于适应不同物料要求及对成品的不同要求， 出现了下列几种不同型式的流化床干燥器。 大体可分为单层圆筒流化干燥器、 多层圆筒流化干燥器、卧式多室流化干燥器、喷雾流化干燥器、 惰性粒子流化干燥器和喷动床干燥器。 流化床干燥器的进步主要集中在以下几个方面 ：振动流化床干燥器 流态化干燥最重大的改进和革新，当推振动流化床的开发和应用。 目前应用最广的卧式振动流化床干燥器， 形状和基本结构与普通卧式流化床干燥器很相似。 区别在于前者整个机体通过弹簧支撑在底座上， 多孔板稍向出料端倾斜， 机体一侧或两侧装有振动电动机。 物料依靠机械振动和穿孔气流双重作用流化， 并在振动作用下向前运动。 它具有非常突出的优点 ： 在很低的气速下可获得均匀的流化， 从而大大降低了能耗、颗粒间的磨损和粉尘夹带。 物料停留时间分布均匀， 几乎可以认为是 “活塞式运动 ”， 而且停留时间易于控制，因此可获得非常理想的产品含水率。内换热的流化床干燥器 在流化床内设置换热器， 向其内通入蒸汽或其他热介质， 以传导形式供给床层所需的部分热量， 而热空气的主要作用是使床层流态化， 由于干燥所需热量主要以热传导为主， 为此可以达到明显节能目的。 有些内换热管可以旋转， 既起换热又起搅拌作用。 内换热器一般是不动的， 它不仅向床层供给热量， 而且还起内部构件的作用。 当床层需要热量很大而使床层流态化的风量又需很小时，采用内换热器的方案是最佳的选择。5 气流干燥器气流干燥器的进步主要表现在延长停留时间及提高传热效果上，同时又兼顾提高干燥的热效率。旋转气流干燥器 旋转气流干燥器由带有加热夹套的筒体和干燥室内数个环状挡板构成， 干燥室内被环状挡板分成几个小的干燥室。 热空气和湿物料从干燥器底部进入干燥室， 在与热空气传热传质的同时又受旋转气流的作用而呈螺旋上升运动，从干燥器中央开口处向干燥室上方移动。旋转气流干燥器是利用流态化结合传导传热原理， 使气体夹带物料颗粒从切线方向进入旋转干燥室， 沿热壁产生旋转运动， 使物料颗粒处于悬浮旋转运动状态， 因此既使在雷诺数较低的情况下， 颗粒周围的气体边界层处亦能呈高度湍流状态。 由于切线运动，使气固两相相对速度大大增加。此外， 由于旋转运动使颗粒粉碎、 气固相接触面积加大， 也强化了干燥过程。 国内近几年来的发展较为迅速， 尤其是在制药工业中用得较广泛。 目前干燥管直径以 300 500使用较多， 最大也有用至 900旋转气流干燥器， 也有用二级串联或旋转与直管气流组合型的。闪蒸干燥器 闪蒸干燥器国内也称旋流干燥器， 旋转快速干燥器， 是处理膏状物料的理想设备。 在 1990 年从丹麦引入我国， 最早应用在染料行业。 到目前为止， 经过广大工程技术人员的不懈努力， 已经把原来的机型改变了多种型式， 进风方式也由原来的狭缝进风增加了切线进风， 可以降低系统阻力。 加料方式也由原来的单螺旋进料增加了双螺旋进料， 同时又增加了物料的分级功能， 有效保证了产品粒度。 根据不同物料采取与其他干燥设备串联的方式， 又增加了设备的应用范围。 干燥器也已经实现了系列化， 目前干燥器的直径已放大到 1 600可以说， 目前闪蒸干燥器是发展最快， 应用最广泛的机型之一。 在染料、 农药以及其他有机化工、无机化工、矿物加工等行业都有大量应用。6 回转干燥器带水蒸气加热管的回转圆筒干燥器 这类干燥器是在普通回转圆筒干燥器的基础上发展起来的。 在回转壳体的内部， 以同心圆方式排列 24 圈的加热管， 管内通入水蒸气或其他热载体， 以热传导的方式加热被干燥物料。 在石油化工中， 干燥聚乙烯及对苯二甲酸时已成功使用。 当除掉的湿份为有机蒸汽时， 采用氮气闭路循环系统。 热量主要是由加热管供给， 故属于节能型的设备。 过去， 石油化工厂全部是进口。目前，我国已能制造此型设备，运转良好。穿流回转干燥器 穿流回转干燥器也称旋转通风式干燥产业与市场家 第 4 期22通用机械器， 按其结构特点和工作原理， 称之为卧式回转流化床也可， 说是回转干燥机也可。 它是回转干燥机和流化床干燥机相结合的产物。水平安装的长圆筒体壁上开有许多小孔， 筒体内壁沿圆周等距离装有许多抄板， 抄板端部从入口侧向出口侧倾斜。 抄板上也开有许多小孔。 筒体上装有滚轮， 分别由支承托轮支承。 电动机通过减速后由小齿轮驱动大齿轮带动筒体回转， 回转筒体与物料进口端及出口端均设置密封结构。 在回转筒体外设有外壳， 在外壳内沿着轴向设有隔板， 它将干燥器隔成几个独立的加热室。 每个室有热空气进、 出口。 并在筒体与外壳间设有动密封，防止热空气未进筒体料层而短路。在外壳下安装有细粉接收斗及螺旋输送器。由于热空气仅从滞留有物料层的部分抄板的下部吹入，故从入口直至出口的热空气全部由物料的侧下端 1/4 处吹入筒体， 装有动密封结构，热空气不会短路。 因干燥器内物料借转动向前移动， 接近活塞流， 故停留时间分布很窄。 当干燥时间需要延长时， 在干燥器内的停留时间可由出口调节挡板调节， 这时由连续出料变为间歇出料。 尾风夹带的细粉颗粒由旋风分离器捕集后，由引风机排空。回转筒体外壳沿长度方向被分成几个独立的箱形壳体，每个壳体内设置鼓风机、 空气加热器、 进气口及排气口。 物体在第 1 室进行表面脱水以及部分内部水分的脱除， 干燥后尾气的相对湿度较高， 降温也较多， 因此将尾气排弃。 而第2 室主要是脱除部分内部水分， 进行第 2 阶段的干燥， 水的蒸发量小。 因此， 尾风的温度较高，相对湿度也很低， 将这部分尾气循环使用， 以作为第 1 室的进气。 这样， 尾气排弃的热损失比一般对流式干燥器要少得多， 热效率可达 75%左右。7 传导干燥设备立式多层圆盘连续真空干燥器 一根垂直的回转轴装有径向臂和单排的耙， 以螺旋线型式输送物料， 通过静止的两种直径不同的不锈钢板。 此板下面的夹套内用液体介质或蒸汽加热。 小的板有内边圈，大的板有外边圈， 交替安置。 这种安排， 使物料从小板的外缘落到大板上， 在大板上物料被输送到内缘后落到下面一块小板上， 在小板上物料又被耙向外边缘。 每块板或每组板能各自加热或冷却， 这样可正确地控制物料温度， 可在干燥过程中调整温度的分布。 能避免热敏性物料的热分解和在干燥后可以进行冷却。 通过抽真空，把蒸发出的挥发组份从干燥器中除去， 并可用简单的冷凝可经济地回收溶剂。桨叶式干燥机 早在 20 世纪 70 年代国内就有单位进行了桨式干燥机的开发，限于当时技术条件和所设计的热轴结构过分复杂， 因此中途停止。 随着我国的改革开放， 国外设备不断引进， 国内这方面资料的不断增多， 于是国内又有单位对其进行了开发，目前已形成系列化机型。桨叶式干燥机是一种以热传导为主的卧式搅拌型干燥机。 因搅拌叶片形似船桨，故人称桨叶式干燥机，国外也称槽形干燥机或搅拌干燥机。 桨叶式干燥机国外已经开发多年， 目前这种机型以日本株式会社奈良机械制作所为代表，现已开发出双轴和四轴两种结构、 10 多个规格的系列产品。桨叶式干燥机是一种双轴（或四轴）卧式搅拌干燥设备。 最早由由前联邦德国开发成功，之后日本引进了该项技术， 并进行了改进， 开发了双轴和四轴两种结构、 十多种规格的系列产品。 该设备干燥所需热量依靠热传导间接加热，因此干燥过程不需或只需少量气体以带走湿分。 这就极大地减少了被气体带走的这部分热量损失， 提高了热量利用率，是一种节能型干燥设备。 它适合颗粒状及粉末物料的干燥，对膏状物料也能进行干燥。我国近年有许多厂掌握了制造技术并已形成系列机型。三、干燥设备的未来趋势从近年来国内外干燥设备的开发方向， 主要有以下几种趋势： 几种传热形式综合应用，使之在干燥的不同阶段发挥各种传热形式的优势，使设备用能更加合理。设备的大型化开发。 任何生产都有最佳经济规模， 干燥设备的放大技术能保证实现规模化生产，因此设备的大型化研究是今后的发展方向之一。 干燥设备专用化。 干燥设备是非标设备， 这已是人所共知的， 之所以是非标设备主要是处理的物料物性及产品要求差异很大，所以有真对性的设计干燥设备更能发挥其作用， 从技术至经济均有一定意义。 多级及组合干燥系统的开发。 不同型式