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- 幹燥設備選型技術總結

幹燥設備選型技術總結

同其他工業技術一樣,幹燥技術在應用過程中也得到長足的進步。目前已開發出的幹燥機的種類已達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,它們有的是對普通幹燥機進行結構上的改進,有的借鑒吸收了其他幹燥機的優點,有的完全是一種新想法。

    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氣體。幹燥設備的尾氣(這些氣體中夾帶一些粉塵)對大氣環境有不良的影響,這對於日益引起全球關注的“環境保護”是一個極大的挑戰。

    幾乎所有的工業都離不開幹燥操作,雖然正確地了解幹燥及幹燥設備的工作機理有助於成功地完成幹燥過程,但是仍然需要188體育不斷地投人人力和物力去進一步進行幹燥技術的研究和開發,以使其在生產高質量188體育的同時,有效地利用能源,減少對環境的不利影響,並且更易於實現過程操作和控製。

    一、幹燥技木的特點

    幹燥技術有很寬的應用領域,麵對眾多的產業、理化性質各不相同的物料、188體育質量及其他方麵千差萬別的要求,幹燥技術是一門跨行業、跨學科、具有實驗科學性質的技術。通常,在幹燥技術的開發及應用中需要具備三個方麵的知識和技術。第一是需要了解被幹燥物料的理化性質和188體育的使用特點;第二是要熟悉傳遞工程的原理,即傳質、傳熱、流體力學和空氣動力學等能量傳遞的原理;第三要有實施的手段,即能夠進行幹燥流程、主要設備、電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。

    現代幹燥技術雖已有一百多年的發展史,但至今還屬於實驗科學的範疇。大部分幹燥技術目前還缺乏能夠精準指導實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:

    原因之一是幹燥技術所依托的一些基礎學科,(主要是隸屬於傳遞工程範疇的學科)本身就具有實驗科學的特點。例如,空氣動力學的研究發展還要靠“風洞”實驗來推動,就說明它還沒有脫離實驗科學的範疇,而這些基礎學科自身的發展水平直接影響和決定了幹燥技術的發展水平。

    原因之二是很多幹燥過程是多種學科技術交匯進行的過程,牽涉麵廣、變化因素多、機理複雜。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。但這些參數由於傳質、傳熱過程的進行,無時無刻不在發生著變化、而且初始狀態時,無論是液滴的大小還是熱空氣的分布都不可能是均勻的。顯然,對於如此複雜、多變的過程隻憑借理論計算來進行工程設計是不可靠的。

    原因之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。不同的物料即使在相同的幹燥條件下,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,就有可能造成不盡人意的後果。例如某些中草藥的幹燥,雖然同屬一種藥材,隻因為藥材產地或收獲期存在區別就須改變幹燥條件,否則188體育質量就會受到影響。

    以上三方麵的原因決定了幹燥技術的開發與應用要以實驗為基礎。但幹燥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全(這在我國是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特點,也經常放棄進行必要實驗的要求。其結局是裝置使用效果不佳,甚至於造成方案設計失敗。在我國,這樣的事例屢見不鮮,曾有過一套價值2000萬元人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,一定要進行充分的、有說服力的實驗,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顯著特點。

    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燥技術種類。這對投資費用、操作成本、188體育質量、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別選用過箱式幹燥、噴霧幹燥、旋轉氣流快速幹燥三種型式。^終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188體育質量好。與橡膠混煉後所生成的製品扯斷強度值較高。旋轉氣流快速幹燥設備緊湊、投資少、生產效率高,但所生成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,188體育各項指標在三者間居中,但具有188體育流動性好、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,為白炭黑生產中采用哪種幹燥方式更為先進的問題,曾在我國幹燥界引發過爭論。其實,三種設備各有特點,選用哪種機型要看用戶自身的條件和188體育要求。不存在哪種技術更為先進的結論。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。所以在應用中要仔細比較、慎重選擇技術方案,而通過幹燥實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

    幹燥在許多生產中是一個^重要的單元操作,因為幹燥在這裏不僅是簡單的固液分離過程,更重要的常常是生產過程的^後一道工序,188體育的質量、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。從經濟角度考慮,幹燥器價格昂貴,工程投資較大。另一方麵,幹燥又是高耗能過程,熱效率在15%一80%這樣大的範圍內波動,而設備的運轉費用與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。被幹燥物料的品種有許多,它們的理化性質又有很大差異。甚至同一品種不同的生產工藝、同一品種不同的188體育要求,導致幹燥條件可能都有區別,所以就決定了幹燥工程的複雜性。由此可見,幹燥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、烘箱和滾筒幹燥機,幹燥技術落後、生產設備原始。到1957年才出現了真空耙式幹燥機,1964年以後幹燥技術有了較快的發展。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、由低級到高級的發展階段,現在常用於生產的幹燥設備有十餘類三十多個係列,加上組合幹燥設備約有五十幾種,再加上專用幹燥設備就更難於統計,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、結構特點以及適用物料範圍,這樣在選型時才避免走彎路。

    近些年來,由於幹燥技術的發展,給篩選設備帶來了更多的複雜因素。即使是幹燥設備的設計、製造或使用者也常常弄不清如何去選擇合適的設備。由於幹燥設備的推銷者在市場上隻是對他們推銷的幹燥機種類感興趣,而對其他種類則並不介紹,這樣,用戶就隻得借助於有關的現代幹燥技術參考資料決定對設備的^後選擇。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料。因此,就必須熟悉大多數幹燥設備,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的幹燥機,但也必須知道,在特定的工作狀態中,沒有一個嚴格的規則規定出極^的^佳幹燥設備,每一種188體育都有自己獨特的生產方式。影響^佳幹燥裝置選擇的因素很多,如選擇間歇幹燥還是連續幹燥、礦物燃料的消耗、電耗、地方環境法或噪音汙染限製等。188體育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。多年來已有多種機型用於工業化生產中,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之多。為什麽幹燥設備類型很多呢?這主要是由於幹燥物料型態、性質各不相同,處理的物料有各種不同的具體要求所致。

    隨著我國各行業的生產技術的飛躍發展,國內幹燥技術和設備也得到了迅速發展。在散粒狀物料的幹燥方麵,近幾年來流態化技術獲得了更加廣泛的應用和新的發展。流態化幹燥充分改善了氣固相接觸條件(蒸發表麵積增大),物料的劇烈攪動,大大減少了氣膜阻力,給傳熱介質創造了極為有利的條件。除了國內在幹燥技術中使用較早的氣流幹燥獲得較迅速發展外,近年來流化幹燥設備發展得^快。主要表現在利用流態化技術結合各種被幹燥物料特性和要求創製了很多新型高效的流態化幹燥器,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設備。它無論生產量,占地麵積等方麵均比烘箱幹燥優越,因此目前在製藥、塑料、食品、化肥等工業中使用的更加廣泛。但氣流幹燥還存在熱利用率較低、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,克服了直管氣流幹燥的缺點。粉碎氣流除降低高度外,還擴大了氣流幹燥器的使用範圍,使易氧化的物料能用空氣作為幹燥介質,既降低了幹燥動力消耗,又提高了188體育的產量和質量,此外還采用了多級氣流幹燥流程和組合氣流幹燥流程,在氣流幹燥器的應用上,許多工程采用了二級串聯方式,在有些物料的幹燥上更加合理,也提高了熱效率。直管氣流幹燥在生產操作方麵已很成熟。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。在今後的實踐發展中還需進一步完善。

    大部分熱敏性較強和易氧化的物料,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%,被幹燥的物料粒度一般在60-100目,產量一般在100 - 200kg/h。目前國內在製藥、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多優越性,能實現小設備大生產,由於熱容係數較大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適用,特別適用於散粒物料的幹燥。^近發展起來並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,其中以後者發展得較迅速。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操作、設備結構等方麵均已發展到較成熟階段。從使用情況看,臥式多室流化幹燥器由於結構簡單、操作方便而穩定、物料適應性廣,既能獲得含水均勻的188體育,動力消耗又少,是流態化幹燥散粒狀物料較理想的設備,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合的產物,具有較高的熱效率,幹燥效果也效好,是近年來很受推薦的新機型。

    國內錐形流化床按操作分有三種型式: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,188體育在旋風分離器內收集或間歇操作床底出料。這種結構比流化床結構簡單,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),近年來已發展至能應用於細粒物料的幹燥。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。

    在溶液狀或漿狀物料的幹燥方麵也獲得了較新的發展,除使用得較多的噴霧幹燥有了新的發展外,近年來已成功地采用了錐形流化床進行噴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、食品等工業中采用。噴霧幹燥在國內使用已有二十幾年,在設計和操作等方麵都已較成熟。近年來噴霧幹燥有以下幾方麵的進展:

    (1)幹燥室除向大型化發展外,噴頭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燥;

    (3)噴霧幹燥設備與其他幹燥技術結合以達到幹燥或幹燥造粒同時進行的目的,這也是我國幹燥技術水平進一步發展的體現;

    (4)目前正在進行低溫噴霧幹燥的實驗,它是將含濕量極低而溫度不高的空氣作載體,空氣經過預先脫水幹燥,在幹燥過程中188體育溫度不超過35’C,因此適用於熱敏性物料的幹燥,如醫藥、食品脫水等。