7第七章 催化剂干燥技术,杨肖嵘,01201308170622

1、第七章第七章催化剂干燥技术催化剂干燥技术干燥操作是催化剂制备不可缺少的步骤。干燥操作是催化剂制备不可缺少的步骤。在催化剂生产中，沉淀物（水凝胶）要干燥，成型后物料和浸在催化剂生产中，沉淀物（水凝胶）要干燥，成型后物料和浸渍后产品也需要干燥。干燥属于去湿操作。渍后产品也需要干燥。干燥属于去湿操作。按照原理，去湿方法有机械去湿和热能去湿法。按照原理，去湿方法有机械去湿和热能去湿法。机械去湿方法有压榨、过滤、离心分离，机械去湿能耗减小。机械去湿方法有压榨、过滤、离心分离，机械去湿能耗减小。热能去湿法是借助热量使物料中的水分气化，并将产生的蒸汽热能去湿法是借助热量使物料中的水分气化，并将产生的蒸汽排除

2、，称为干燥。排除，称为干燥。 7.1 7.1 干燥的基本原理干燥的基本原理干燥(Drying)是利用热能除去目标产物的浓缩悬浮液或结晶是利用热能除去目标产物的浓缩悬浮液或结晶( (沉淀沉淀) )产品中湿分产品中湿分( (水分或有机溶剂水分或有机溶剂) )的单元操作。的单元操作。作用作用( (目的目的) )：脱除水分，在脱除水分，在60200 oC60200 oC空气中进行操作。空气中进行操作。对某些催化剂活性组分起在分配作用。对某些催化剂活性组分起在分配作用。干燥过程是一个传热、传质过程。干燥过程是一个传热、传质过程。推动力：湿物料表面的水蒸气分压超过干燥介质（热空气）中水蒸推动力：湿物料表面

3、的水蒸气分压超过干燥介质（热空气）中水蒸气分压，基于这一压差使湿物料表面水蒸气向干燥介质中扩散，湿气分压，基于这一压差使湿物料表面水蒸气向干燥介质中扩散，湿物料内部的水蒸气向表面扩散，再被气化。物料内部的水蒸气向表面扩散，再被气化。1.1.物料中所含水分的性质物料中所含水分的性质平衡水分与自由水分平衡水分与自由水分一定的温度、湿度的条件下，空气中的水分与物料中的一定的温度、湿度的条件下，空气中的水分与物料中的水分达到平衡所含的水为水分达到平衡所含的水为平衡水分平衡水分。物料中的平衡水分。物料中的平衡水分随物质的性质、温度而异，平衡水分代表在一定的温度随物质的性质、温度而异，平衡水分代表在一定的

4、温度的气氛下，可以干燥的限度。的气氛下，可以干燥的限度。在干燥过程中能除去的水分，只是物料中超出平衡水分在干燥过程中能除去的水分，只是物料中超出平衡水分的那部分，称为的那部分，称为自由水分自由水分。物料中所含的总水分为自由水分与平衡水分之和。物料中所含的总水分为自由水分与平衡水分之和。结合水分与非结合水分物料中所含的水分，依据其除去的难易分为结合水与非缔物料中所含的水分，依据其除去的难易分为结合水与非缔合水。合水。结合水：它们与物料间有结合力，很难除去。结合水：它们与物料间有结合力，很难除去。非结合水的蒸汽压等于同温度下纯水的蒸汽压，这部分水以机械非结合水的蒸汽压等于同温度下纯水的蒸汽压，这部

5、分水以机械方式与物料结合，故易于除去。方式与物料结合，故易于除去。结合水分与非结合水分，其区别取决于物料本身的性质。结合水分与非结合水分，其区别取决于物料本身的性质。平衡水分与自由水分取决于干燥介质的情况。平衡水分与自由水分取决于干燥介质的情况。 物料的总水分、平衡水分、自由水分、结合水物料的总水分、平衡水分、自由水分、结合水分、非结合水分之间的关系见图示。分、非结合水分之间的关系见图示。水分与物料的结合方式 水分与物料的结合方式对干燥的速度有明显的影响。水分与物料的结合方式对干燥的速度有明显的影响。除去物料中所含水分的难易，主要取决于水分与物除去物料中所含水分的难易，主要取决于水分与物料的结

6、合方式：料的结合方式：除去结合水不属于干燥过程的范围。除去结合水不属于干燥过程的范围。1.1.化学结合水化学结合水( (结晶水结晶水) )2.2.吸附水（毛细管水分）吸附水（毛细管水分）3.3.机械结合水机械结合水( (自由水、附着水自由水、附着水) ) 根据物料中水分被除去的难易程度，可将物料中根据物料中水分被除去的难易程度，可将物料中水分分为水分分为1.1.结合水：包括物料细孔壁内的水分、物料内毛结合水：包括物料细孔壁内的水分、物料内毛细管中的水分、及以结晶水的形态，存在于固体细管中的水分、及以结晶水的形态，存在于固体物料之中的水分等。物料之中的水分等。 特点：籍化学力或物理化学力与物料相

7、结合的，特点：籍化学力或物理化学力与物料相结合的，由于结合力强，其蒸汽压低于同温度下纯水的饱由于结合力强，其蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压，致使干燥过程的传质推动力降低，故和蒸汽压，致使干燥过程的传质推动力降低，故除去结合水分较困难。除去结合水分较困难。 如结晶水和吸附水如结晶水和吸附水2 2非结合水：机械结合水非结合水：机械结合水包括机械地附着于固体表面的水分，包括机械地附着于固体表面的水分，如物料表面的吸附水分、较大孔隙中如物料表面的吸附水分、较大孔隙中的水分等。的水分等。特点：物料中非结合水分与物料的结合特点：物料中非结合水分与物料的结合力弱，其蒸汽压与同温度下纯水的饱和力弱，其蒸汽

8、压与同温度下纯水的饱和蒸汽压相同，干燥过程中除去非结合水蒸汽压相同，干燥过程中除去非结合水分较容易。分较容易。 附着水分：物料表面上机械附着的水分，其特征是在任何温附着水分：物料表面上机械附着的水分，其特征是在任何温度下，湿物料表面附着水分的蒸汽压等于纯水在同温度下的度下，湿物料表面附着水分的蒸汽压等于纯水在同温度下的蒸汽压。蒸汽压。毛细管水分：湿物料内毛细管中所含的水分，称为毛细管水毛细管水分：湿物料内毛细管中所含的水分，称为毛细管水分。毛细孔存在于由颗粒或纤维所组成的多孔性、复杂的网分。毛细孔存在于由颗粒或纤维所组成的多孔性、复杂的网状结构的物料中。在这种物料中，孔道大小不一，其截面相状结

9、构的物料中。在这种物料中，孔道大小不一，其截面相差颇大，孔道在物料表面上开口也大不相同。直径小于差颇大，孔道在物料表面上开口也大不相同。直径小于1um1um的毛细孔中所含的水分，由于表面曲率的影响，其饱和蒸汽的毛细孔中所含的水分，由于表面曲率的影响，其饱和蒸汽压低于纯水的蒸汽压。直径较大的孔道中所含的水如同附着压低于纯水的蒸汽压。直径较大的孔道中所含的水如同附着水一样。水一样。 强调：物料的结合水分和非结合水分的划分只取决于物料本身的性质，物料的结合水分和非结合水分的划分只取决于物料本身的性质，而与干燥介质的状态无关；而与干燥介质的状态无关；平衡水分与自由水分则还取决于干燥介质的状态。干燥介质

10、状态平衡水分与自由水分则还取决于干燥介质的状态。干燥介质状态改变时，平衡水分和自由水分的数值将随之改变。改变时，平衡水分和自由水分的数值将随之改变。6.26.2干燥过程与原理干燥过程与原理6.2.16.2.1干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算1.1.物料含水量的表示方法物料含水量的表示方法湿基含水量湿基含水量w w以湿物料为计算基准的物料中水分的质量分以湿物料为计算基准的物料中水分的质量分率或质量百分数率或质量百分数wswwmmmmm湿物料的总质量湿物料中水分的质量w干基含水量干基含水量x： 不含水分的物料通常称为绝对干物料或称干不含水分的物料通常称为绝对干物料或称干料。以绝对干物料为基准的

11、湿物料中含水量，料。以绝对干物料为基准的湿物料中含水量，称为干基含水量，亦即湿物料中水分质量与称为干基含水量，亦即湿物料中水分质量与绝对干料的质量之比，单位为绝对干料的质量之比，单位为kgkg水分水分/kg/kg绝干绝干料。料。 wwswmmmmmx量湿物料中绝对干料的质湿物料中水分的质量X两种含水量之间的换算关系为xx11x含水量的测定测量含水量的方法很多测量含水量的方法很多: :常用的直接测法是物料加热烘干法，烘干温度取常用的直接测法是物料加热烘干法，烘干温度取决于物料的耐热性能，保证物料不发生化学变化。决于物料的耐热性能，保证物料不发生化学变化。对于耐热的物料可在微波炉中加热，以缩短干燥

12、对于耐热的物料可在微波炉中加热，以缩短干燥时间。时间。对于热敏性物料，则需要在真空干燥箱中低温加对于热敏性物料，则需要在真空干燥箱中低温加热真空脱水。热真空脱水。2.2.水分蒸发量水分蒸发量m1，m2分别为物料进出干燥器时的质量w1、w2物料进出干燥器时的湿基含水量)1 ()1 (221121wmwmmWmms6.2.2干燥过程干燥过程可分为三个阶段干燥过程可分为三个阶段预热段(Pre-heat period)：初始含水量初始含水量 X X1 1 和温度和温度 t t1 1 变为变为 X X 和和 t tw w。物料。物料吸热升温以提高汽化速率，但湿含量变化不吸热升温以提高汽化速率，但湿含量变

13、化不大。大。恒速干燥段(Constant-rate period)：物料温度恒定在物料温度恒定在 t tw w ，Xt Xt 变化呈直线关系，变化呈直线关系，气体传给物料的热量全部用于湿份汽化。气体传给物料的热量全部用于湿份汽化。降速干燥段 (Falling-rate period)：物料开始升温，物料开始升温，X X 变化减慢，气体传给物料变化减慢，气体传给物料的热量仅部分用于湿份汽化，其余用于物料的热量仅部分用于湿份汽化，其余用于物料升温，当升温，当 X = XX = X* * ，T T = t= t。干燥曲线：物料含水量 X 与干燥时间T的关系曲线根据上述干燥过程，湿物料的水分蒸发分两步

14、进行：第一步内扩散：水分由湿物料内部移至表面第二部外扩散：表面的水分蒸发故总干燥的速度取决于内扩散及外扩散的速度。1渗透推动力和渗透时间当多孔的固体物质与液体接触时，由于毛细管的作用力，使当多孔的固体物质与液体接触时，由于毛细管的作用力，使液体被吸引到固体物质的孔内部，这种作用力相当大，压力液体被吸引到固体物质的孔内部，这种作用力相当大，压力通常为通常为10106 6PaPa10107 7PaPa。对于圆柱截面的毛细管，其毛细管压力为浸渍液向孔内渗透对于圆柱截面的毛细管，其毛细管压力为浸渍液向孔内渗透的推动力：的推动力：式中：式中：r r为毛细管半径；为毛细管半径； 为表面张力为表面张力平均孔

15、径平均孔径rrPcap222ggSVr2当浸渍液体积量很少时，容易造成浸渍液分布不当浸渍液体积量很少时，容易造成浸渍液分布不均匀，即浸渍液在小孔中分配比大孔中多。均匀，即浸渍液在小孔中分配比大孔中多。毛细渗透的推动力实际上是表面张力，它的反向毛细渗透的推动力实际上是表面张力，它的反向力就是滞留，当把两个等同起来时，就给出了渗力就是滞留，当把两个等同起来时，就给出了渗透时间：透时间：式中：式中： 粘度系数，粘度系数，X X在在t t时间内渗透距离，毛细时间内渗透距离，毛细管的有效长度通常管的有效长度通常X X比直径大比直径大 倍，倍， 为扭曲因为扭曲因子。子。 rXt22 222 干燥过程中溶质

16、的迁移 载体或催化剂多数是多孔的物质，孔径大小不等。图为三载体或催化剂多数是多孔的物质，孔径大小不等。图为三个相连而孔径大小不等的微孔结构。个相连而孔径大小不等的微孔结构。干燥前半径不同的三个孔全部被流体充满，干燥处理过程干燥前半径不同的三个孔全部被流体充满，干燥处理过程中，最大的孔中液体全部蒸发，变成空的，中等孔部分变中，最大的孔中液体全部蒸发，变成空的，中等孔部分变成空的，最小的孔中还被液体充满。成空的，最小的孔中还被液体充满。缓慢干燥时，大孔中液面蒸汽压较大，优先蒸发，小孔中液面蒸汽缓慢干燥时，大孔中液面蒸汽压较大，优先蒸发，小孔中液面蒸汽压小，蒸发缓慢。由于小孔毛细压力大于大孔毛细压力

17、，小孔蒸发压小，蒸发缓慢。由于小孔毛细压力大于大孔毛细压力，小孔蒸发减少的液体可以从大孔中补充。所以，大孔蒸干时，小孔中仍有液减少的液体可以从大孔中补充。所以，大孔蒸干时，小孔中仍有液体。体。如果非饱和溶液，在干燥初始时，只有溶液蒸发，溶质不会沉如果非饱和溶液，在干燥初始时，只有溶液蒸发，溶质不会沉积出来，随着干燥的进行，溶液不断由大孔向小孔迁移。与此积出来，随着干燥的进行，溶液不断由大孔向小孔迁移。与此同时溶剂不断蒸发，致使溶液不断达到饱和，致使溶质分布不同时溶剂不断蒸发，致使溶液不断达到饱和，致使溶质分布不均匀。均匀。载体对活性物质吸附愈弱，溶液浓度愈小，干燥速度越慢，溶质迁移载体对活性物

18、质吸附愈弱，溶液浓度愈小，干燥速度越慢，溶质迁移现象越严重。现象越严重。载体对溶质吸附很强时，载体孔中只有溶剂蒸发，干燥过程不载体对溶质吸附很强时，载体孔中只有溶剂蒸发，干燥过程不会影响溶质的分布。会影响溶质的分布。如果干燥过程中吸附溶质性质有明显变化，如加热分解成非吸如果干燥过程中吸附溶质性质有明显变化，如加热分解成非吸附物质的水溶液，则会有迁移现象发生。附物质的水溶液，则会有迁移现象发生。如果能瞬间干燥，也能基本上消除迁移现象。如果能瞬间干燥，也能基本上消除迁移现象。另一种可能的现象：干燥时，热量从颗粒外部传到内部，颗粒外部温度大于颗粒干燥时，热量从颗粒外部传到内部，颗粒外部温度大于颗粒内

19、部温度，蒸发过程先从外部和孔口开始，随着颗粒外部溶内部温度，蒸发过程先从外部和孔口开始，随着颗粒外部溶剂的蒸发，内部溶质随同溶剂一起向颗粒外部迁移。当溶液剂的蒸发，内部溶质随同溶剂一起向颗粒外部迁移。当溶液达到饱和时，在颗粒外部或孔口处开始沉淀析出溶质，溶剂达到饱和时，在颗粒外部或孔口处开始沉淀析出溶质，溶剂不断蒸发，溶质不断析出沉淀。因此，颗粒外部的溶质（活不断蒸发，溶质不断析出沉淀。因此，颗粒外部的溶质（活性组分）含量高于颗粒内部，严重的可在外部结块，大大的性组分）含量高于颗粒内部，严重的可在外部结块，大大的影响活性组分在载体上分布的均匀性。影响活性组分在载体上分布的均匀性。因此，活性物质

20、在载体上的迁移和分布与载体对活性物质的因此，活性物质在载体上的迁移和分布与载体对活性物质的吸附强度有关，当为弱吸附时，干燥过程强烈影响干燥效果，吸附强度有关，当为弱吸附时，干燥过程强烈影响干燥效果，当为强吸附时，在干燥过程中活性物质的分布不大可能变化，当为强吸附时，在干燥过程中活性物质的分布不大可能变化，其分布主要由浸渍过程决定。其分布主要由浸渍过程决定。6.2.36.2.3干燥原理干燥原理多孔物料和非多孔物料的干燥机理不同。多孔物料和非多孔物料的干燥机理不同。1 1、毛细管流动模型、毛细管流动模型颗粒状多孔性的物料，如硅胶、铝胶、硅铝胶，常用颗粒状多孔性的物料，如硅胶、铝胶、硅铝胶，常用毛细

21、管理论解释。毛细管理论解释。含有复杂的网状结构，结构中孔道相互连接，孔含有复杂的网状结构，结构中孔道相互连接，孔道口与截面大小参差不齐。道口与截面大小参差不齐。1、毛细管流动模型干燥时，水分最初是因毛细管作用向表面移动，并维持表面干燥时，水分最初是因毛细管作用向表面移动，并维持表面完全润湿，而大孔中的水分由于蒸汽压较大，首先开始蒸发。完全润湿，而大孔中的水分由于蒸汽压较大，首先开始蒸发。当较小的孔中水分开始蒸发时，由于毛细管作用，所减少的当较小的孔中水分开始蒸发时，由于毛细管作用，所减少的水分从大孔中吸过来而得到补充。水分从大孔中吸过来而得到补充。干燥过程中，大孔中的水分总是先减少，大孔中没有

22、水分时，较小干燥过程中，大孔中的水分总是先减少，大孔中没有水分时，较小的孔中可能还会存在水分。的孔中可能还会存在水分。此时，若采用较高的温度下快速干燥，常会导致孔壁产生裂此时，若采用较高的温度下快速干燥，常会导致孔壁产生裂缝缝, ,颗粒强度下降。颗粒强度下降。要求干燥逐渐提高温度，逐渐降低周围的温度（升温缓慢，要求干燥逐渐提高温度，逐渐降低周围的温度（升温缓慢，温度降小）条件下，用较长的时间完成温度降小）条件下，用较长的时间完成, ,湿物料不断翻滚。湿物料不断翻滚。2、扩散模型明胶及塑性粘土之类非多孔性物料，基本上由固明胶及塑性粘土之类非多孔性物料，基本上由固体与水形成胶体。干燥机理可用扩散机

23、理解释。体与水形成胶体。干燥机理可用扩散机理解释。水水分子分子的运动是由于液体水的扩散，扩散是由的运动是由于液体水的扩散，扩散是由于物料厚度上各处存在水分浓度梯度所致。而于物料厚度上各处存在水分浓度梯度所致。而浓度梯度又是由于物料厚度上各处存在水分浓浓度梯度又是由于物料厚度上各处存在水分浓度梯度所致。因干燥气化物料表面上水度梯度所致。因干燥气化物料表面上水份份浓度浓度而低于内部浓度所产生。而低于内部浓度所产生。从传热角度，热量从颗粒外面传到内部去，所从传热角度，热量从颗粒外面传到内部去，所以颗粒处外部总是先达到液体蒸发温度。以颗粒处外部总是先达到液体蒸发温度。一些非多孔胶体的物料干燥脱水时，常

24、因体积收缩而一些非多孔胶体的物料干燥脱水时，常因体积收缩而发生龟裂、表面结壳现象，尤其大块物料干燥时更为发生龟裂、表面结壳现象，尤其大块物料干燥时更为严重。原因：严重。原因：干燥时因外层水分浓度较内层低，收缩的外层向内层施加压干燥时因外层水分浓度较内层低，收缩的外层向内层施加压力，而内层体积未发生变化，造成形变。力，而内层体积未发生变化，造成形变。水浓度低时，扩散系数低，干燥后外层对水水浓度低时，扩散系数低，干燥后外层对水份份扩散阻力增大，扩散阻力增大，从而阻止了水分向外层移动。从而阻止了水分向外层移动。严重收缩和扩散系数降低，会使表面结上一层水分不严重收缩和扩散系数降低，会使表面结上一层水分

25、不能透去的皮，以致水分不能除去，这就是表面结壳现能透去的皮，以致水分不能除去，这就是表面结壳现象。象。降低干燥速度或添加降低表面张力的表面活性剂，可降低干燥速度或添加降低表面张力的表面活性剂，可缓解或消除这种现象。缓解或消除这种现象。干燥过程对干凝胶孔结构、机械强度及活性组分分布干燥过程对干凝胶孔结构、机械强度及活性组分分布都有很大的影响。都有很大的影响。7. 3 3干燥条件对催化剂或载体性能的影响干燥条件对催化剂或载体性能的影响 干燥是采用某种方式将热量传给含水物料，并将此干燥是采用某种方式将热量传给含水物料，并将此热量作为潜热而使水分蒸发分离的单元操作过程。热量作为潜热而使水分蒸发分离的单

26、元操作过程。干燥是一个传热、传质的过程。对流、传导和辐射干燥是一个传热、传质的过程。对流、传导和辐射三种传热方式同时存在。三种传热方式同时存在。干燥推动力是湿物料表面水蒸气分压超过干燥介质干燥推动力是湿物料表面水蒸气分压超过干燥介质（热空气）中水蒸气分压，基于这压差使湿物料表（热空气）中水蒸气分压，基于这压差使湿物料表面水蒸气向干燥介质中扩散，湿物料内部水再继续面水蒸气向干燥介质中扩散，湿物料内部水再继续向表面扩散，再被汽化。向表面扩散，再被汽化。1.1.对干凝胶孔结构的影响对干凝胶孔结构的影响干凝胶孔结构的形成决定于干燥条件和水凝胶中初干凝胶孔结构的形成决定于干燥条件和水凝胶中初级离子的相互

27、作用。级离子的相互作用。水凝胶在干燥中脱去包含在凝胶骨架中的水，最后水凝胶在干燥中脱去包含在凝胶骨架中的水，最后形成具有多孔结构的干凝胶。原来被水所占有的空形成具有多孔结构的干凝胶。原来被水所占有的空间成为干凝胶的空腔或孔穴。间成为干凝胶的空腔或孔穴。而胶体粒子所组成的网状骨架就成为干凝胶的孔而胶体粒子所组成的网状骨架就成为干凝胶的孔壁。壁。 干燥过程分四个过程干燥过程分四个过程 ：1.1.由于毛细管压力作用，开始水凝胶体积减少，相由于毛细管压力作用，开始水凝胶体积减少，相当于脱除水分当于脱除水分 2.2. 随粒子间距进一步减小，毛细管压力对抗骨架随粒子间距进一步减小，毛细管压力对抗骨架变形应

28、力而压缩凝胶，这种应力取决于干燥速率变形应力而压缩凝胶，这种应力取决于干燥速率和初级粒子是以链型或是以更复杂的结构聚集。和初级粒子是以链型或是以更复杂的结构聚集。 3.3.脱除一定数量的水分后，骨架的变形应力变得相脱除一定数量的水分后，骨架的变形应力变得相当大，以至于毛细压力不能与之抗衡。所以，进当大，以至于毛细压力不能与之抗衡。所以，进一步干燥时，水分只得保留在粒子间的接触部位。一步干燥时，水分只得保留在粒子间的接触部位。4.4.水分从粒子间的接触部位蒸发。水分从粒子间的接触部位蒸发。由上述可断定，最后孔隙率主要取决于由上述可断定，最后孔隙率主要取决于阶段阶段2 2和和3 3之间的界限，并能

29、通过改变干之间的界限，并能通过改变干燥速率或改变其实水凝胶中键的性质而燥速率或改变其实水凝胶中键的性质而使其变化。为强化粒子间的接触点而老使其变化。为强化粒子间的接触点而老化处理水凝胶时，随干燥速率增加孔隙化处理水凝胶时，随干燥速率增加孔隙率增大。率增大。2.对载体和催化剂机械强度的影响 在增大孔体积时，由于初级粒子间接触数减少，会使机械在增大孔体积时，由于初级粒子间接触数减少，会使机械强速降低。在高温、气氛湿度落差大或反应物介质的作用强速降低。在高温、气氛湿度落差大或反应物介质的作用下，内应力使催化剂强度降低。下，内应力使催化剂强度降低。重整催化剂载体生产时，成型后湿球在带式干燥器中常发重整

30、催化剂载体生产时，成型后湿球在带式干燥器中常发生破碎现象，干球中粉状物和半边球较多，造成收率下降。生破碎现象，干球中粉状物和半边球较多，造成收率下降。在干燥中，如果时间过短，带式干燥器各阶段温度变化太在干燥中，如果时间过短，带式干燥器各阶段温度变化太大，干燥器内湿度过小会造成干球完整率的下降。因此，大，干燥器内湿度过小会造成干球完整率的下降。因此，干燥条件对催化剂强度的影响不可忽视。干燥条件对催化剂强度的影响不可忽视。6.46.4干燥方式及常用干燥方法干燥方式及常用干燥方法根据热量的供应方式，有多种干燥类型：根据热量的供应方式，有多种干燥类型：对流干燥对流干燥使热空气或烟道气与湿物料直接接触，

31、依使热空气或烟道气与湿物料直接接触，依靠对流传热向物料供热，水汽则由气流带靠对流传热向物料供热，水汽则由气流带走。走。对流干燥在生产中应用最广，它包括气流对流干燥在生产中应用最广，它包括气流干燥、喷雾干燥、流化干燥、回转圆筒干干燥、喷雾干燥、流化干燥、回转圆筒干燥和厢式干燥等。燥和厢式干燥等。传导干燥传导干燥湿物料与加热壁面直接接触，热量靠热传湿物料与加热壁面直接接触，热量靠热传导由壁面传给湿物料，水汽靠抽气装置排导由壁面传给湿物料，水汽靠抽气装置排出。它包括滚筒干燥、冷冻干燥、真空耙出。它包括滚筒干燥、冷冻干燥、真空耙式干燥等。式干燥等。辐射干燥辐射干燥热量以辐射传热方式投射到湿物料表面，被

32、吸收热量以辐射传热方式投射到湿物料表面，被吸收后转化为热能，水汽靠抽气装置排出，如红外线后转化为热能，水汽靠抽气装置排出，如红外线干燥。干燥。介电加热干燥介电加热干燥将湿物料置于高频电场内，依靠电能加热而使水将湿物料置于高频电场内，依靠电能加热而使水分汽化，包括高频干燥、微波干燥。在传导、辐分汽化，包括高频干燥、微波干燥。在传导、辐射和介电加热这三类干燥方法中，物料受热与带射和介电加热这三类干燥方法中，物料受热与带走水汽的气流无关，必要时物料可不与空气接触。走水汽的气流无关，必要时物料可不与空气接触。按操作压力分常压干燥常压干燥真空干燥：易氧化，热敏性材料，真空干燥：易氧化，热敏性材料，及要求

33、含水量极低的物料及要求含水量极低的物料厢式干燥厢式干燥1 1 厢式干燥器厢式干燥器 厢式干燥器内部主要结构有：逐层厢式干燥器内部主要结构有：逐层存放物料的盘子、框架、蒸汽加热存放物料的盘子、框架、蒸汽加热翅片管翅片管( (或无缝钢管或无缝钢管) )或裸露电热元或裸露电热元件加热器。由风机产生的循环流动件加热器。由风机产生的循环流动的热风，吹到潮湿物料的表面达到的热风，吹到潮湿物料的表面达到干燥目的。在大多数设备中，热空干燥目的。在大多数设备中，热空气被反复循环通过物料。气被反复循环通过物料。操作特征 气固流动方式：热空气水平流过盛：热空气水平流过盛入浅盘的湿物料表面入浅盘的湿物料表面 物料移动

34、方式：装料车输送，干燥：装料车输送，干燥时湿物料保持静止不动时湿物料保持静止不动 结构简单 优点优点 设备投资少 操作弹性强优点与缺点优点与缺点 劳动强度大 缺点缺点 热量损失大 产品质量不均匀 带式干燥带式干燥带式干燥器是使用环带作为输送物料的干燥器。带式干燥器是使用环带作为输送物料的干燥器。运输带通常用帆布、橡胶、金属丝网制成，以金运输带通常用帆布、橡胶、金属丝网制成，以金属丝网居多。属丝网居多。被干燥物料由进料端经加料装置被均匀分布到输被干燥物料由进料端经加料装置被均匀分布到输送带上。输送带通常用穿孔的不锈钢薄板送带上。输送带通常用穿孔的不锈钢薄板(或称网或称网目板目板)制成，由电机经变

35、速箱带动，可以调速。最制成，由电机经变速箱带动，可以调速。最常用的干燥介质是空气。空气用循环风机由外部常用的干燥介质是空气。空气用循环风机由外部经空气过滤器抽人，并经加热器加热后，经分布经空气过滤器抽人，并经加热器加热后，经分布板由输送带下部垂直上吹。板由输送带下部垂直上吹。 湿物料进口湿物料进口干燥产品干燥产品热空气热空气废气废气转筒干燥（回转式干燥器）转筒干燥（回转式干燥器）主要部件：主要部件：转筒：呈倾斜状，在旋转时，借助转筒：呈倾斜状，在旋转时，借助重力的作用使物料向低端输送。重力的作用使物料向低端输送。抄板：将物料抄起后再洒下，增大抄板：将物料抄起后再洒下，增大干燥面积，提高干燥速率

36、；同时促干燥面积，提高干燥速率；同时促进物料向前运动。进物料向前运动。优点：处理量大，适应性强，生产优点：处理量大，适应性强，生产能力大，操作控制方便，干燥时间能力大，操作控制方便，干燥时间可藉调节转筒的转速来控制，产品可藉调节转筒的转速来控制，产品质量均匀。质量均匀。缺点：设备笨重，热利用率低，结缺点：设备笨重，热利用率低，结构复杂，占地面积大。构复杂，占地面积大。流化床干燥流化床干燥工作原理：散粒状物料由床侧加料器加入，工作原理：散粒状物料由床侧加料器加入，热气流通过多孔分布板与物料层接触，气流热气流通过多孔分布板与物料层接触，气流速度保持在临界流化速度和带出速度之间，速度保持在临界流化速

37、度和带出速度之间，颗粒即能在床层内形成流化，颗粒在热气流颗粒即能在床层内形成流化，颗粒在热气流中上下翻动与碰撞，与热气流进行传热和传中上下翻动与碰撞，与热气流进行传热和传质而达到干燥的目的。当床层膨胀到一定高质而达到干燥的目的。当床层膨胀到一定高度时，床层空隙率增大而使气流流速下降，度时，床层空隙率增大而使气流流速下降，颗粒又重新落下而不致被气流所带走。经干颗粒又重新落下而不致被气流所带走。经干燥之后的颗粒由床侧出料管卸出，气流由顶燥之后的颗粒由床侧出料管卸出，气流由顶部排出，并经旋风分离器回收其中夹带的粉部排出，并经旋风分离器回收其中夹带的粉尘。尘。优点：颗粒在干燥器内的停留时间可任意调节；

38、气流速度小，物料与设备的磨损较轻，压降小；传热面大，物料的最终含水量低；结构简单、紧凑。缺点：因颗粒在床层中高度混合，则可引起物料的短路和返混，物料在干燥器内的停留时间不均匀。气流干燥气流干燥适用于在潮湿状态下仍能在气体中适用于在潮湿状态下仍能在气体中自由流动的颗粒物料，可利用高速自由流动的颗粒物料，可利用高速的热气流使粉、粒状的物料悬浮于的热气流使粉、粒状的物料悬浮于其中，在气力输送过程中进行干燥。其中，在气力输送过程中进行干燥。湿物料湿物料气流式干燥系统气流式干燥系统干燥管干燥管干物料干物料旋风分离器旋风分离器蒸汽蒸汽冷凝水冷凝水冷空气冷空气热空气热空气板式换热器板式换热器废气废气风机风机

39、优点：对流传热系数和传热温度差优点：对流传热系数和传热温度差大，干燥器的体积小，干燥速率快，大，干燥器的体积小，干燥速率快，物料停留时间短，可在高温下干燥；物料停留时间短，可在高温下干燥；热利用率高；设备紧凑，结构简单；热利用率高；设备紧凑，结构简单；可以完全自动控制。可以完全自动控制。缺点：气流在系统中压降较大；干缺点：气流在系统中压降较大；干燥管长；在干燥过程中存在摩擦，燥管长；在干燥过程中存在摩擦，易将产品磨碎；分离器的负荷大。易将产品磨碎；分离器的负荷大。喷雾干燥喷雾干燥原理：用喷雾器将稀料液喷成细雾原理：用喷雾器将稀料液喷成细雾滴分散于热气流中，使水分迅速蒸滴分散于热气流中，使水分迅

40、速蒸发而达到干燥的目的。通常雾滴直发而达到干燥的目的。通常雾滴直径为径为1060um，每升溶液具有每升溶液具有100600m2的蒸发面积。的蒸发面积。喷雾器的类型：离心喷雾器、压力喷雾器的类型：离心喷雾器、压力喷雾器、气流喷雾器。喷雾器、气流喷雾器。离心式喷雾器离心式喷雾器压力式喷雾器压力式喷雾器气流式喷雾器气流式喷雾器优点：干燥时间短，适于热敏性物优点：干燥时间短，适于热敏性物料；所得产品为空心颗粒，溶解性料；所得产品为空心颗粒，溶解性好，质量高；操作稳定；能连续、好，质量高；操作稳定；能连续、自动化生产；由料液直接获得粉末自动化生产；由料液直接获得粉末产品，省去了蒸发、结晶、分离和产品，省

41、去了蒸发、结晶、分离和粉碎操作。粉碎操作。缺点：体积传热系数低；设备体积缺点：体积传热系数低；设备体积庞大；操作弹性较小，热利用律低、庞大；操作弹性较小，热利用律低、能耗大。能耗大。微波和高频干燥微波和高频干燥基本原理基本原理微波和高频是一种能量微波和高频是一种能量( (而不是热而不是热量量) )形式，但在电介质中可以转化形式，但在电介质中可以转化为热量。能量转化的机理有许多种，为热量。能量转化的机理有许多种，如离子传导、偶极子转动、界面极如离子传导、偶极子转动、界面极化、磁滞、压电现象、电致伸缩、化、磁滞、压电现象、电致伸缩、核磁共振、铁磁共振等，其中离子核磁共振、铁磁共振等，其中离子传导及

42、偶极子转动是介电加热的主传导及偶极子转动是介电加热的主要原因。要原因。在介电干燥过程中，物料内部产生热量，传在介电干燥过程中，物料内部产生热量，传质推动力主要是物料内部迅速产生的蒸汽所质推动力主要是物料内部迅速产生的蒸汽所形成的压力梯度。如果物料开始很湿，物料形成的压力梯度。如果物料开始很湿，物料内部的压力非常快地升高，则液体可能在压内部的压力非常快地升高，则液体可能在压力梯度的作用下从物料中被排出。初始湿含力梯度的作用下从物料中被排出。初始湿含量越高，压力梯度对湿分排除的影响也越大，量越高，压力梯度对湿分排除的影响也越大，也即有一种也即有一种“泵泵”效应，驱使液体效应，驱使液体( (经常是经

43、常是以汽态的形成以汽态的形成) )流向表面，这使干燥进行得流向表面，这使干燥进行得非常快。这种加热方式的特点是产生异乎寻非常快。这种加热方式的特点是产生异乎寻常的温度梯度。如没有其他辅助热源，则该常的温度梯度。如没有其他辅助热源，则该加热系统空气的温度保持不变，物料表面温加热系统空气的温度保持不变，物料表面温度低于内部的温度。度低于内部的温度。 优点能量的有效利用；能量的有效利用；无破坏性无破坏性 在较低的环境温度下进行干燥，不在较低的环境温度下进行干燥，不需要高的表面温度，物料的温度分布较低；需要高的表面温度，物料的温度分布较低；其他挥发性物质迁移量少其他挥发性物质迁移量少 溶剂经常以汽态形

44、溶剂经常以汽态形式排出，不会使其他物质传递至表面均匀作式排出，不会使其他物质传递至表面均匀作用用 能量倾向于施加在湿润区；能量倾向于施加在湿润区；干燥迅速干燥迅速 干燥时间可缩短干燥时间可缩短50%50%或更多；或更多；干燥均匀干燥均匀 形成更加均匀的温度场和湿分分布；形成更加均匀的温度场和湿分分布；系统占地面积少，减少操作步骤；系统占地面积少，减少操作步骤；产品质量改善产品质量改善 避免表面硬化避免表面硬化( (结壳结壳) )、内应力、内应力和其他质量问题。和其他质量问题。典型介电干燥器介绍典型介电干燥器介绍 高频真空干燥器高频真空干燥器 该高频干燥器的功率为该高频干燥器的功率为100kW1

45、00kW，使用该设备，使用该设备干燥烟叶取得了较好的效果。该机的技术特干燥烟叶取得了较好的效果。该机的技术特性参数为：性参数为： 生产能力生产能力 421421860kg/h(860kg/h(每台每台) )； 耗能量耗能量 3.6kWh/kg3.6kWh/kg水；水； 烟叶初始温度烟叶初始温度 0.750.75； 烟叶最终温度烟叶最终温度 5454； 工作环境含尘量工作环境含尘量 2.35mg/m32.35mg/m3。红外热辐射干燥红外热辐射干燥红外热辐射的基本概念红外热辐射的基本概念 以电磁波传递能量的方式称为辐射。以电磁波传递能量的方式称为辐射。电磁辐射遵循横波传播定律，所谓横波电磁辐射遵

46、循横波传播定律，所谓横波就是振动方向垂直于传播方向的波动。就是振动方向垂直于传播方向的波动。波长大约从波长大约从0.1m0.1m至至100m100m的电磁波谱，的电磁波谱，其中包括一部分紫外线、全部可见光与其中包括一部分紫外线、全部可见光与红外线，这些射线称为热射线，是由固红外线，这些射线称为热射线，是由固体中的分子振动或晶格振动或固体中束体中的分子振动或晶格振动或固体中束缚电子的迁移而产生，它们的传播过程缚电子的迁移而产生，它们的传播过程称为热辐射。对红外热辐射而言，一般称为热辐射。对红外热辐射而言，一般波长波长0.760.764.0m4.0m称为近红外，称为近红外，4.04.025m25m

47、称为远红外。热辐射的真实性质称为远红外。热辐射的真实性质及其传递机理，至今还没有完全搞清楚。及其传递机理，至今还没有完全搞清楚。 红外热辐射加热干燥的特点红外热辐射加热干燥的特点红外热辐射加热干燥有四个特点：红外热辐射加热干燥有四个特点：其一是热辐射的光谱特性，既要弄清辐射器其一是热辐射的光谱特性，既要弄清辐射器的发射光谱又要弄清被干物料的吸收光谱；的发射光谱又要弄清被干物料的吸收光谱；其二是热辐射的方向性与相互作用的关系性；其二是热辐射的方向性与相互作用的关系性；其三是辐射源与被干物料的距离特性；其三是辐射源与被干物料的距离特性；其四是能量特性。红外热辐射可比对流换热其四是能量特性。红外热辐

48、射可比对流换热提供高达提供高达7070余倍的能流密度，因此，用得好余倍的能流密度，因此，用得好可高效节能，用得不当其干燥结果是既能耗可高效节能，用得不当其干燥结果是既能耗大又质量差。大又质量差。红外热辐射加热器红外热辐射加热器 红外辐射加热元件加上定向辐射等红外辐射加热元件加上定向辐射等装置称作红外辐射器。它是将电能装置称作红外辐射器。它是将电能或热能或热能( (煤气、蒸汽、燃气等煤气、蒸汽、燃气等) )转变转变成红外辐射能，实现高效加热与干成红外辐射能，实现高效加热与干燥。从供热方式来分有直热式和旁燥。从供热方式来分有直热式和旁热式红外辐射器两种。热式红外辐射器两种。 直热式是指电热辐射元件

49、既是发热元是指电热辐射元件既是发热元件又是热辐射体，如电阻带式、碳硅件又是热辐射体，如电阻带式、碳硅棒等均属此种红外辐射器。直热式器棒等均属此种红外辐射器。直热式器件升温快、重量轻，多用于快速或大件升温快、重量轻，多用于快速或大面积供热。面积供热。旁热式是指由外部供热给是指由外部供热给辐射体而产生红外辐射，其能源可借辐射体而产生红外辐射，其能源可借助电、煤气、蒸汽、燃气等。旁热式助电、煤气、蒸汽、燃气等。旁热式辐射器升温慢、体积大，但由于生产辐射器升温慢、体积大，但由于生产工艺成熟，使用尚属方便，可借助各工艺成熟，使用尚属方便，可借助各种能源，做成各种形状，且寿命长，种能源，做成各种形状，且寿命长，故仍广泛应用。故仍广泛应用。 冷冻干燥冷冻干燥冷冻干燥器冷冻干燥器(freeze dryer)(freeze dryer)是一种厢式干燥设备是一种厢式干燥设备操作时将湿物料冷冻至冰点以下，干燥器内处于操作