干燥技術(shù)的革新概況

 干燥技術(shù)的革新概況

    在這樣短短的一篇文章中不可能包括所有的內(nèi)容，必須有所選擇，這里的選擇是任意的，其目的只是為了說(shuō)明問題。因?yàn)楸仨氁愿稍锵到y(tǒng)來(lái)考慮(包括干燥前處理，如脫水)。將把一些脫水新技術(shù)也包括在文內(nèi)。

    1  機(jī)械脫水  為了減少干燥器的熱負(fù)荷，減少濕物料中的水分含量是很重要的。通常都是利用真空或壓力過濾器、滲祈器、離心機(jī)等。對(duì)于膠體狀物料，例如，來(lái)自各種加工過程的廢液、食品加工的廢物、煤礦或油砂的殘?jiān)?，因?yàn)槠渲泻嫌行☆w粒(＜5um)，所以對(duì)其進(jìn)行脫水處理很困難。近年來(lái)，下列新過程的發(fā)展很成功，是“技術(shù)推動(dòng)”和“市場(chǎng)牽引”的結(jié)果。

    ．電診析脫水(CoD)：直流電場(chǎng)運(yùn)用于膠體懸浮液的脫水

    ．間斷式電滲析脫水：通過使電極短路以實(shí)現(xiàn)周期性斷電。這個(gè)過程理論上較連續(xù)式操作有效。

    ．真空過濾與電滲折脫水的聯(lián)合使用——可連續(xù)或間斷性操作

    ．組合場(chǎng)能脫水  一屯滲析脫水與超聲場(chǎng)組合。

    ．輔以振動(dòng)的微濾——優(yōu)于錯(cuò)流過濾。

    雖然上面的一些新想法已成功地付諸于商業(yè)化應(yīng)用，但它們?nèi)杂羞M(jìn)一步改進(jìn)和開拓的潛力。其中一些過程可與間歇干燥操作相結(jié)合，類似于傳統(tǒng)的Nutsch過濾器或組合過濾—干燥器。過濾干燥器是一個(gè)間歇操作單元，它避免了物料從一個(gè)單元傳送到另一個(gè)單元，因此避免了可能造成的污染，對(duì)于醫(yī)藥工業(yè)，尤其具有吸引力。新型脫水技術(shù)可與干燥結(jié)合，使之產(chǎn)生總體效益。

     2  流化床干燥器(FBD)  流化床干燥器因其對(duì)可流化顆粒的干燥具有許多優(yōu)良特性而在近30年中十分流行。，目前被用于干燥大量不同物料、不僅僅是顆粒(最初的想法)，而從有漿料、膏糊狀物料、連續(xù)網(wǎng)狀和片狀物料。不能自身達(dá)到流化的大塊物料可以在惰性小顆粒流化床中進(jìn)行干燥。在間歇式流化床中可通過調(diào)節(jié)熱量輸入來(lái)保持床層顆粒物料溫度恒定；此控制方法不但節(jié)能，而且還可提高熱敏性產(chǎn)品的質(zhì)量。建立在模糊邏輯控制基礎(chǔ)上的此類干燥器已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)。

     3  噴動(dòng)床干燥器(SBD)  這種干燥器實(shí)質(zhì)上是流化床的改造，適宜于干燥大顆粒物料(如谷粒、豆類等)，它們的特點(diǎn)是具有內(nèi)部循環(huán)運(yùn)動(dòng)和在頂層自由表面的噴動(dòng)(或稱噴泉)。顆粒的運(yùn)動(dòng)較在流化床中的混亂(或隨機(jī))運(yùn)動(dòng)更有規(guī)律。

不僅可以干燥大顆粒物料，還可以干燥漿狀和糊狀鉸料。利用內(nèi)部通氣管、二維設(shè)計(jì)或一種機(jī)械噴動(dòng)作用，有可能消除或降低傳統(tǒng)的抽對(duì)稱噴動(dòng)歷干燥器的一些弱點(diǎn)。這些很簡(jiǎn)單的裝置目前尚未被完全開發(fā)利用。值得注意的是．對(duì)于主要由

內(nèi)部熱質(zhì)傳遞控制的顆粒(如谷粒)采用間歇噴動(dòng)或?qū)妱?dòng)的熱空氣進(jìn)行間歇加熱的方法可有顯著節(jié)省能量，井提高產(chǎn)品質(zhì)量。這一結(jié)果已在旋轉(zhuǎn)噴管(移動(dòng))式噴動(dòng)床中得以實(shí)現(xiàn)。

   4  沖擊流干燥器(U)  沖擊流干燥器是對(duì)流熱質(zhì)傳遞到表面的最好結(jié)構(gòu)。為達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇正確的噴嘴幾何尺寸和操作條件是很重要的。沖擊流干燥器可以用于紙、膠片、紡織品、涂層、薄板等廣泛的工業(yè)領(lǐng)域——有時(shí)可在沖擊噴嘴組件之間連接紅外熱源。在某些情況下(如干燥紡織品、雙面飼版紙、紙板等)，織物由射流支持．織物的兩表面受到熱氣流撞擊以達(dá)到無(wú)接觸干燥。通過對(duì)輸送帶上料層的假液化，沖擊流也可以用于干燥顆粒或碎片物料。

    為了進(jìn)一步提高于燥速度．尋找可提高傳統(tǒng)沖擊流熱傳遞速度的方法是很重要的。一種方法是在管狀噴嘴上附一個(gè)套環(huán)，使噴射出的氣流產(chǎn)生振蕩和旋流，即所謂的soJIN(自振蕩式噴嘴，由得克薩斯農(nóng)業(yè)和機(jī)械大學(xué)干燥研究中心P．H．Page教授研制)，它能顯著提高傳熱速率。雖然這是“技術(shù)推動(dòng)”導(dǎo)致的真正革新成果，但迄今為止在干燥方面的應(yīng)用還未見報(bào)道。

   5  紙的干燥  普通的造紙過程需要大量的脫水。多級(jí)烘缸的干燥速率一般為10一25k8／(m2·h)，現(xiàn)代楊克式干燥器可高至150kg／(mz．h)。保新聞紙機(jī)，需要直徑為1．6m的60個(gè)蒸汽加熱烘缸，且蒸發(fā)1kg水需要1．5kg的蒸汽，因此其占用空間及投資費(fèi)用相當(dāng)大。這就需要開始新型高強(qiáng)度干燥系統(tǒng)。僅在需要一種改進(jìn)的紙干燥技術(shù)以取代有一個(gè)世紀(jì)之久的多級(jí)烘缸干燥器時(shí)，卻沒布發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)奶娲稍锲鳌?/p>

    由芬蘭Jampella—valmc公司的人J.Lehtjnen研制的冷凝帶式干燥器，即濕紙網(wǎng)放置在兩條柔軟透氣的鋼帶(一條被加熱，而另一條被冷卻)之間承受連續(xù)的壓力作用，最終達(dá)到干燥要求。這種干燥方法在處理像薄紙板這樣厚等級(jí)的紙方面已引起重視，最有可能取得市場(chǎng)上的成功應(yīng)用(Lehtincn．1995)。用于紙1；燥的過熱蒸汽干燥器的構(gòu)想  —被稱為SWIFT過程，它利用過熱蒸汽射流沖擊和穿透干燥的聯(lián)合作用—  由加拿大McGill大學(xué)A.s．Mujumdar率先提出并加以說(shuō)明，于1981年在工廠規(guī)模上證實(shí)是可行的。此外，美國(guó)紙化學(xué)研究所開發(fā)的“高強(qiáng)度干燥”過程，使紙張?jiān)谝欢囟群蛪毫ο聦?shí)施熱表面干燥。當(dāng)紙的表面溫度：

200一400℃，壓力為2—7MPa時(shí)，該過程的干燥速率可達(dá)到5000kg／(mz．h)。

    因?yàn)榧垯C(jī)具有投資巨大的特性，很難在大型紙機(jī)中引入全套的新型干燥技術(shù)。在初姑R段，工廠規(guī)模的實(shí)驗(yàn)通常都是在小型紙機(jī)—亡進(jìn)行的，一旦推廣應(yīng)用取得成功。其潛在利益是巨大的。引進(jìn)新技術(shù)的窘境在于風(fēng)險(xiǎn)很大，沒人愿意第一個(gè)試用它。

     6  轉(zhuǎn)筒干燥器  最近，日本東京的Yamato Sankyo制造公司為一個(gè)簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)筒干燥器申請(qǐng)了專利——干燥空氣從中心管穿過多條分支管而噴射到旋轉(zhuǎn)圓筒殼壁的料層上，它不僅熱質(zhì)傳遞速率幾乎翻倍提高且具有尺寸小、簡(jiǎn)單、低成本等優(yōu)點(diǎn)(Yamat。，1995)。

    7  過熱蒸汽干燥器  雖然以過熱蒸汽代替熱空氣或燃?xì)庾鳛楦稍锝橘|(zhì)的想法已經(jīng)有10多年的歷史，而且它的一些應(yīng)用也有60年的歷史了(例如在德國(guó)進(jìn)行煤的干燥)，但過熱蒸汽干燥器在市場(chǎng)上的大規(guī)模應(yīng)用卻只合30年左右。市場(chǎng)上主要應(yīng)用為(wimmerstedt，1994)用于間接加熱漿料的氣流(或稱為閃急)干燥器(瑞士)；用于煤的干燥的硫化床干燥器(月壓)(南非，澳大利亞，德國(guó))；木材的低壓蒸汽干燥(丹麥，德國(guó)，法國(guó))；用于干燥甜菜自的高壓流化床干燥器(丹麥尼魯公司)，用于干燥甜菜漿的高壓傳送帶干燥器(德國(guó))；用于干燥泥煤的高壓氣流干燥器(芬量)；用于織物干燥的蒸汽干燥器(印度)。

    其他幾種應(yīng)用在小規(guī)模實(shí)驗(yàn)上已獲成功，例如紙的干燥、絲繭的干燥、乳清和食品的噴霧干燥等。低壓蒸汽干燥看起來(lái)有無(wú)限的潛力。值得注意的是，大體上任何一種直接式(或?qū)α?干燥器均可轉(zhuǎn)化為使用過熱蒸汽作為干燥介質(zhì)。

    蒸汽干燥的優(yōu)點(diǎn)眾所周知，例如無(wú)氧化和燃燒的可能性、操作安全、快速干燥、高效(如果尾氣可以被再利用的話)、產(chǎn)品具有更好的質(zhì)量等。不利的一面是，投資高且整個(gè)過程適卡于排出尾氣可再利用的大規(guī)模生產(chǎn)；同時(shí)，有些物料不能承受高溫。但因?yàn)槟芎目山档?00—500kJ／kg(水)，從能量和環(huán)境的角度看都有吸引力，因此過熱蒸汽干燥還有待仔細(xì)的考察Mujumdar(1991)，wood，Hu sssain和Mq Mmdar(1994)已經(jīng)相當(dāng)仔細(xì)地考察了蒸汽干燥的潛力。它常被認(rèn)為是21世紀(jì)受人歡迎的干燥技術(shù)。

2．3．8  對(duì)撞流干燥器(1SD)  由兩股高速氣流，其中至少有一股氣流為兩相流(氣流與濕顆粒／液滴的混合流)迎面碰撞產(chǎn)生的對(duì)撞區(qū)可獲得很高的傳熱、傳質(zhì)速率。在這個(gè)區(qū)域中還可以消除顆粒的結(jié)團(tuán)、進(jìn)行液滴霧化和顆粒分散。由于慣性作用大，大顆粒物料在限定的反向流中具有較長(zhǎng)的停留時(shí)間。因此；對(duì)撞流就形成了一個(gè)氣流干燥顆粒、糊狀物和漿液的理想氣流。經(jīng)刀段對(duì)撞區(qū)后，物料可達(dá)到所需的最終含水量。雖然目的只有很少幾種得到研究，Kudra和Mujumdar(19站)已把各種對(duì)掩流干燥器進(jìn)行了分類。最近，HosscinalipoMr和Muiumdar(1996”通過計(jì)算流體力舉模型和蒙特卡羅模擬考杏了一種以過熱蒸汽作為載體介質(zhì)的新型二維對(duì)掐流子燥器。假設(shè)降速干燥動(dòng)力學(xué)呈冪函數(shù)規(guī)律，在數(shù)值上研究了過熱度、操作壓力和射流雷諾數(shù)的影響。建立了新的無(wú)量綱特征數(shù)關(guān)聯(lián)式以表征此種分散式干燥器(di5PcrsiM dr邢?s)的性能。

    雖然這個(gè)模型的結(jié)果看起來(lái)很有道理，但仍需驗(yàn)證。這個(gè)模型預(yù)測(cè)了關(guān)于顆粒中濕含量府停留時(shí)間的數(shù)值分布函數(shù)。顆粒畢握數(shù)被認(rèn)為較小，在歐拉—拉格朗日模擬巾顆粒數(shù)目最多為2000，因?yàn)轭w粒數(shù)日多，需要的機(jī)時(shí)太多。

    前蘇聯(lián)在這方面做了大量的工作(如干燥賴氨酸、排水污泥、藥物及微生產(chǎn)品等)，但在世界其他地方仍沒有工業(yè)化對(duì)撞流干燥器的應(yīng)用者。一旦模擬放大問題得以解決，對(duì)撞流干燥器在一些應(yīng)用領(lǐng)域有替代傳統(tǒng)的氣流干燥器的潛力(Tamzr，1992)。

    9  紡織品的Remaflam干燥(或稱為表面燃燒干燥)  這是一種最新奇和富有創(chuàng)新的干燥方法。通過把燃料與將要蒸發(fā)的液體(水)混合，在控制條件下使其燃燒以提供能量，干燥可以進(jìn)行得既快速又有效。此干燥器實(shí)際上是一個(gè)燃燒室(600℃)，織物的停留時(shí)間正好等于今部干燥所需時(shí)間。含34％甲醉的水溶液是滿足干燥需要的理想混合液。遺憾的是這種想浸對(duì)其他產(chǎn)品不適用。其詳細(xì)內(nèi)容可查閱文獻(xiàn)(dcr E1h和schon．1984)。若利用酒精作為灼料，一個(gè)附加的優(yōu)點(diǎn)是不產(chǎn)生污染性燃燒產(chǎn)物，對(duì)環(huán)境有利。

    10  聲干燥  70多年前，已有關(guān)于高強(qiáng)度聲場(chǎng)強(qiáng)化熱質(zhì)傳遞的報(bào)道。前蘇聯(lián)、日本、美國(guó)等國(guó)家已經(jīng)設(shè)計(jì)、并在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模或小規(guī)模范圍內(nèi)試驗(yàn)了聲增強(qiáng)轉(zhuǎn)筒、隧道及流化床干燥．但由于聲能利用率低，還不適合于工業(yè)規(guī)模的應(yīng)用。

    一般在第一干燥速率階段，對(duì)表面水分的排出聲干燥的效果較好。由于聲發(fā)射器的效率侶(約25％)，因此只對(duì)某些難干、貴重和小噸位的物料，聲干燥才使得考慮。

    另外，將聲干燥與其他干燥方法(對(duì)流、介電等)組合使用也是可行的。如紅外與聲輻射組合使用，在干燥石棉、瓷片等材料時(shí)已顯示出優(yōu)點(diǎn)。若保持相同的最終表面溫度，在聲技(7H z，150dB)作用下，干燥速率為單獨(dú)使用紅外干燥的3倍(BorMov和Gynkina，1972)。

    當(dāng)然，還有其他許多新的干燥技術(shù)，它們?cè)谀壳疤幱诓煌陌l(fā)展階段，同樣值得重視。這電只提綱輩領(lǐng)地指出其中的幾種。

    ——卡文—格林費(fèi)爾德過程。對(duì)于工廠泥漿類廢棄物的脫水處理合重要意義

    ——脈沖燃燒干燥。它是另一種強(qiáng)化分散顆粒物料熱質(zhì)傳遞速率的方法。

    ——添加非水溶劑或聚合物的冷凍噴霧干燥。

    ——液滴撞擊熱表面干燥。

    ——接觸—吸附干燥。

    ——干濕顆?；旌系慕]式干燥(immersion drym8)。

    ——間斷式干燥。

    ——運(yùn)用滲透壓進(jìn)行非熱力脫水，如果類切片與高濃度糖漿進(jìn)行接觸脫水。

    ——感應(yīng)加熱移動(dòng)表面(如轉(zhuǎn)筒的殼壁)，實(shí)現(xiàn)間接加熱，以提高熱效率。

    一—運(yùn)用膜技術(shù)回收干燥器低溫尾氣中水蒸氣的浴熱(無(wú)需使用龐大的換熱器)。

    ——等離子體噴男干燥器，使用等離子體噴嘴獲得的高溫可瞬間使糊狀物干燥。

    ——超臨界干燥。膠體材料經(jīng)超臨界干燥，液態(tài)濕分被氣體置換，生產(chǎn)的氣溶膠具有驚人的物理特性。

    ——置換干燥。采用置換液，將物件上的殘留水漬去掉，且個(gè)留痕跡。

主要產(chǎn)品推薦：烘干機(jī) 干燥機(jī) 殺菌機(jī) 微波設(shè)備