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幹燥設備(bèi)選型技術總結

信息來源: | 發(fā)布日期: 2017-12-12 14:13:20 | 瀏覽量(liàng):516461
關鍵(jiàn)詞:幹燥設備

  同其他工業技術一樣(yàng),幹燥技術在(zài)應用過程中也得到長足的進步。目前已開發出的幹燥機(jī)的種類已(yǐ)達400多種,而且有約200多種(zhǒng)幹燥機已應用於工業化生(shēng)產,其(qí)中出(chū)現了許多新型幹燥機,它們有的是(shì)對普通幹燥機進(jìn)行結構上的改進,有的借鑒吸收了其他幹燥機(jī)的優點,有(yǒu)的(de)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(yú)幹燥,有些行業的幹燥耗能甚(shèn)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(de)尾氣(這些氣體中夾帶一些粉塵)對大氣(qì)環境有不良的影響,這對於(yú)日益引起全球(qiú)關注的“環境保護”是一個極大的挑戰。

    幾乎(hū)所有的工業都離不開幹燥操作,雖然正確地了解幹(gàn)燥及幹(gàn)燥(zào)設備的工作機理有助於成功地完成幹燥過(guò)程,但是(shì)仍然需要我們不斷地投人(rén)人力和物力去進一步(bù)進(jìn)行幹燥(zào)技術的研究和開發,以使其在生(shēng)產高質量產(chǎn)品的同時,有(yǒu)效地利用能源,減少對環(huán)境的不利影響,並且更易於實現(xiàn)過程(chéng)操作和控製(zhì)。

    一(yī)、幹燥技木的特點

    幹燥(zào)技術有很寬的應用(yòng)領域,麵(miàn)對眾多的產業(yè)、理化性質各不相同的物料、產(chǎn)品質量及其(qí)他方麵千差萬別的要求,幹燥技術是一門跨行(háng)業、跨學科、具有實驗科(kē)學性質的技術。通常,在幹(gàn)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(le)解被幹燥物料的理化性質和產品的使用(yòng)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(qì)動力學等能量傳遞的(de)原理;第三要有實施的手段,即能夠進行幹(gàn)燥(zào)流程、主要設備、電氣儀表控製(zhì)等方(fāng)麵的工程設計。顯然,這三方麵的知識(shí)和技術不屬於一個學科領域。而在實(shí)踐中,這三方麵(miàn)的知識和技術又缺一不可。所以幹(gàn)燥技術是一門跨行(háng)業、跨學(xué)科的技術。

    現代(dài)幹燥技術雖已有一百(bǎi)多年的發展史,但(dàn)至今還屬於實驗科學的(de)範疇。大部分幹燥技術目(mù)前還缺乏能夠精準指導實踐的科學理論和(hé)設計方法。實際應用(yòng)中,依靠經驗和小規模實驗的數據來指導工(gōng)業設計還是主要的方式,造成(chéng)這一局麵的原因有(yǒu)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(shí)驗科學的(de)特點。例如,空氣動力學的(de)研究發展還要靠“風洞”實驗來推動(dòng),就說(shuō)明它還沒有脫離實驗科(kē)學的範疇,而(ér)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(shù)交匯進行的過程,牽涉麵廣、變化因素多、機理複雜(zá)。例(lì)如在噴(pēn)霧幹燥技術領域裏,被霧化的液滴在幹燥塔內(nèi)的運(yùn)行軌(guǐ)跡是工程設計的關鍵。液滴的軌跡與自身的體(tǐ)積、質量(liàng)、初始速(sù)度和方向及周(zhōu)圍其他液滴和熱(rè)空(kōng)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(fèn)布(bù)都不可能是均勻的。顯然,對(duì)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(wù)料的種(zhǒng)類是多種(zhǒng)多樣的,其理化性質也是各不相同。不同的物料(liào)即使在相同的幹燥條件下,其傳質、傳(chuán)熱的速率也(yě)可能有較大的差異。如果(guǒ)不加以區別對待,就(jiù)有可能造成不盡人意的後果。例如某些中草藥(yào)的幹(gàn)燥,雖然同屬一種藥材,隻因為藥材產(chǎn)地或收獲(huò)期存在區別就須改變幹(gàn)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用要以實驗為基礎。但幹燥搜術的這些特點往往被人有(yǒu)意或無意地忽視。製(zhì)造廠商(shāng)由於實(shí)驗裝置缺乏或機型不全(quán)(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(gàn)燥技術(shù)的特點,也經(jīng)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(yú)造(zào)成方案設計失敗。在我國,這樣(yàng)的事例屢見不鮮,曾(céng)有過一套價值2000萬元(yuán)人民(mín)幣的工(gōng)業幹燥裝置因達不到使用要求而被閑置的(de)教訓。因此,建設工業(yè)幹燥裝置尤其是較大(dà)的裝置之前,一定要進行充分的、有說服力的實(shí)驗,並以實驗結果作為工(gōng)業裝置設計的依據。這是幹燥技術應用的(de)顯著特點。

    此外,幹燥設備種類繁多、各具用(yòng)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(gōng)程實(shí)踐中,要根據具(jù)體情況選擇適用的幹燥技術(shù)種類。這對投資費用、操作成本、產品質量、環保要求等方都會產生重(chóng)大的影響。例如某一企業,在白炭黑濾餅幹燥上曾經(jīng)分(fèn)別選用過(guò)箱式幹燥、噴霧幹燥、旋轉氣流快(kuài)速幹燥三(sān)種型式。^終結果證明這三種技(jì)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(qiáng)度大,但產品質量好。與橡膠混煉(liàn)後所(suǒ)生成(chéng)的製品扯斷強度值較高。旋轉(zhuǎn)氣流快速幹(gàn)燥設備(bèi)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,產(chǎn)品各項(xiàng)指(zhǐ)標在三者間居中,但具有產品流動性好、粉塵汙染小,深受用戶(hù)及操作者歡迎的特點。在20世紀90年代(dài),為(wéi)白炭黑(hēi)生產中采用哪種幹燥方式更為先進的(de)問題,曾在我國幹燥界引發過(guò)爭論。其實,三種設備各有特點,選用哪種機型要看(kàn)用(yòng)戶自身的條件和產品(pǐn)要(yào)求。不存在(zài)哪種技術更為先進的結論。類似的例子有很多,都(dōu)表明了幹燥設備種類(lèi)繁多、各具(jù)用途(tú)的(de)特(tè)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(shǎo)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(wéi)幹燥在這(zhè)裏(lǐ)不僅是簡單的固液分離過程,更重要的(de)常常是生產過程的^後一道工序,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(qíng)況。從經濟角度考慮,幹燥器價格昂貴(guì),工程投資較大。另(lìng)一方麵,幹燥又(yòu)是高耗能過程,熱效率在15%一80%這樣大的範(fàn)圍內波動,而設備的運轉(zhuǎn)費用與幹燥器的設計選型有非常密切的關係,所以企業的(de)決策者對此曆來都比較重視。被幹燥物料的品種有許(xǔ)多,它們的理化性質又(yòu)有很大差異。甚至同一品種不同的生產工藝、同一品種不同的產品要(yào)求(qiú),導致幹燥條件可能都有(yǒu)區別,所以就(jiù)決定了(le)幹燥工程的複雜性。由此可見,幹(gàn)燥過程較其(qí)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(jī)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(gàn)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(zài)常用於生產的幹燥設備有(yǒu)十餘類三十(shí)多個係列,加上組合幹燥設備約有五十幾種,再加上(shàng)專用幹(gàn)燥設備就更難於統計,合理地選用這些幹燥設備也不(bú)是一件易(yì)事,選型(xíng)的前提是了解這些設備的基本工作原理、結構特點(diǎn)以及適(shì)用物料範(fàn)圍(wéi),這(zhè)樣在選(xuǎn)型時才避免走彎路。

    近些年來,由於幹燥技術(shù)的發展,給篩選設備(bèi)帶來了(le)更多的複雜因素(sù)。即使是幹燥設(shè)備的設(shè)計、製(zhì)造或使用者也常(cháng)常弄不清如何去選擇合適(shì)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(xìng)趣,而對(duì)其他種類則並(bìng)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(dìng)對(duì)設備的^後(hòu)選擇。毫無疑(yí)問,用戶很需要由推銷者(zhě)提供的實驗室,實驗範圍及技術經濟方(fāng)麵的資料。因此,就必須熟悉大多(duō)數幹燥設備,才有可能選出合理的設備。應該強調的是,在特(tè)定的生產運行狀態中,很有可能有很多較適用的幹燥機(jī),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(zào)設備,每一種產品都有自(zì)己獨特的生產方式。影響^佳幹燥裝置選擇的因(yīn)素很多,如選擇間歇幹(gàn)燥還是連續幹燥、礦物燃料的消耗、電耗、地(dì)方環境法或噪音(yīn)汙(wū)染限製等。產(chǎn)品產量對(duì)幹燥機的(de)選擇更是一個(gè)主要因素。

    三、幹燥設備使用概況

    前麵提到,幹燥設備是在(zài)許多工業(yè)生產中大量應用。多年(nián)來已有多種機型用(yòng)於工業化生產(chǎn)中,如氣流幹燥器、流化床幹燥器、噴霧幹燥(zào)器、滾筒幹燥機、耙式幹燥(zào)器(qì)、冷凍幹燥機、紅外線幹燥及組合式幹燥等達幾十種(zhǒng)之多。為什麽幹燥設備類型很多呢?這主要是由於幹(gàn)燥物料型態、性質各不相(xiàng)同(tóng),處理的物料(liào)有各種不同的具體要求所致。

    隨著我國各行(háng)業的生(shēng)產技術的飛躍(yuè)發展,國內幹燥技術和設備也得到了迅速發(fā)展。在散粒狀(zhuàng)物料的幹燥方麵,近幾年來流態化技術(shù)獲得(dé)了(le)更加廣泛的應用和新的發展。流態化幹燥充分改(gǎi)善了氣固相接觸條件(蒸(zhēng)發表麵積增大),物料的劇烈攪動,大大減少了氣膜阻力(lì),給傳熱介質創造了極為有利的條件。除了(le)國內在幹燥技術中使用較早的氣流幹燥獲得較迅速發(fā)展外,近年來流化幹燥設備發展得(dé)^快。主要表現在利用流態化技術結合(hé)各種(zhǒng)被幹燥物(wù)料特性和要求創製了很(hěn)多新(xīn)型(xíng)高(gāo)效的流態(tài)化幹燥器,分(fèn)述如下。

    直管氣流(liú)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(shí)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(hái)是比較理想的幹燥設備。它無論生產量(liàng),占地麵積等方麵均比烘箱幹燥優越,因此目前在製(zhì)藥、塑料、食品、化肥等工業中使用的更加廣泛。但氣流幹(gàn)燥還存在熱利用(yòng)率較低、設備高、氣固兩相(xiàng)相對速度較低等缺(quē)點。近年來創製了脈衝氣流幹燥器、旋(xuán)風氣流幹燥器、粉碎氣流幹燥器等新型氣流設備(bèi),克服了直管氣流幹燥的(de)缺點。粉碎氣流除降低高度外,還(hái)擴大了氣流(liú)幹燥器的使用範圍(wéi),使易氧(yǎng)化的物(wù)料能用空氣作為幹燥介質,既(jì)降低了幹燥動力消耗,又提高了產品的產量和質量,此外還采用(yòng)了多級氣流幹燥流程和組合氣流幹(gàn)燥流(liú)程,在氣流幹燥器的應用上,許多工程采用了二級(jí)串聯方(fāng)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(chōng)氣流(liú)、旋風氣流幹燥(zào)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(jīn)後的實踐發展中還需(xū)進一步完(wán)善。

    大部分熱(rè)敏性較強和易氧化的物料(liào),均采用氣流幹(gàn)燥。一般能將初濕為10%一25%的(de)物料幹燥至1%-0.05%,被幹燥的物料粒度(dù)一(yī)般在(zài)60-100目,產量一般在(zài)100 - 200kg/h。目前國內在製藥、食品、塑料等(děng)工(gōng)業中廣泛使(shǐ)用。隨(suí)著我國生產技術的飛速發展,氣流(liú)幹燥(zào)在今後的工業生產中必(bì)定應用得更(gèng)加廣泛。

    流化幹燥(zào)是^近(jìn)年發展起(qǐ)來(lái)的又一幹燥技術。經過生產實踐證明它(tā)有很多優越性,能實現小(xiǎo)設備大生產,由於熱容係數較大和停留時間可(kě)任意(yì)調節,故對含表(biǎo)麵水和需經過降(jiàng)速幹燥(zào)階段的物料均適用,特別適用於散粒物料的幹燥。^近(jìn)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(chuáng)以及內藏熱管流化(huà)床等,其中以後者發(fā)展(zhǎn)得較迅速。目前已在製藥、化肥、食品、塑(sù)料、石(shí)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(lùn)在(zài)操(cāo)作、設備結(jié)構等方麵均已發展到(dào)較成熟階段。從使用情況看,臥式多室流化幹燥(zào)器由於結構(gòu)簡單、操作方便而穩定、物料適應性(xìng)廣,既能獲得含水均勻的產品,動力消耗又少,是流態化幹燥散粒狀物料較(jiào)理想的設備,今後值得推(tuī)廣與(yǔ)發展。內(nèi)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(zhǒng)是濃相溢流(liú)出(chū)料,近年來國內較多在流化造(zào)粒方麵使用;另一種即噴動床幹燥,是由床頂出料,產品在旋風分離器內(nèi)收集或間歇操作床底(dǐ)出料。這種結構(gòu)比流化床結(jié)構簡單,設備小,產(chǎn)量大,幹燥強度高(gāo)、床層等溫性強、不(bú)發生局部過熱。過(guò)去僅適(shì)用於大顆粒物料(liào)(聚氯乙烯),近(jìn)年來已發展(zhǎn)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(shǐ)用受到(dào)一定限製(zhì)。

    在溶液狀(zhuàng)或漿狀物料的幹燥方麵也獲得了較新的(de)發展,除使用得較多的噴(pēn)霧(wù)幹燥有了新的發展外,近(jìn)年來已成功地采用了錐形流化床進行噴霧造粒生產並(bìng)已逐步在發展和完善中。噴霧流化造(zào)粒幹燥器首先在化肥(féi)上采用,目前已(yǐ)在醫藥、食品等工業中(zhōng)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(jiào)成熟。近年來噴霧幹燥(zào)有以下幾方麵的進展:

    (1)幹燥室除向大(dà)型化發展外,噴頭霧化器性(xìng)能方麵有關單位也作較多(duō)的實驗研究工作,並取得了顯著效果;

    (2)除熱敏性溶液更(gèng)加廣泛采用噴霧(wù)幹燥外,近年漿液也(yě)成功地采用了噴霧幹燥;

    (3)噴霧幹燥設備與(yǔ)其他幹燥技術結(jié)合以達到幹燥或幹燥造粒同(tóng)時進行的目的,這(zhè)也是我國幹燥技術水平進一步(bù)發展的體現;

    (4)目前正在進行低溫噴霧幹燥的實驗,它(tā)是將含濕量極低而溫度不高的空氣作載體,空(kōng)氣經過預先脫水幹燥,在幹燥過程中產品溫(wēn)度不超過(guò)35’C,因此適用於(yú)熱敏性物料(liào)的幹燥,如醫藥、食品(pǐn)脫水等。

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