幹燥又是工業耗能相當大的一(yī)個單元操作,據資料記載(zǎi),發達國家工(gōng)業耗能的14%被用於幹(gàn)燥,有些行業的幹燥耗(hào)能甚至占到生產總耗能的35%,而且這個(gè)數字在不斷地(dì)增(zēng)大。同時(shí),運用(yòng)礦物燃料作為熱源進(jìn)行幹燥操作產生大量的二氧化碳等氣體。幹燥設備的尾氣對大氣環境有不(bú)良的影(yǐng)響,這對於日(rì)益(yì)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(zuò),雖然正確地了(le)解幹燥及幹燥設備的工(gōng)作機理有助於成功地完成幹燥過程,但(dàn)是仍(réng)然需要羞羞影视不斷地投人人力和(hé)物力去進一步進行(háng)幹燥(zào)技術的研究和開發,以使其在(zài)生產高質量產品的同時,有效地利用能源,減少對環境的不利(lì)影(yǐng)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(yè)、理化性質各不相同的物料、產品質量及其他方(fāng)麵千差萬別的要求,幹燥(zào)技術是一門跨行業、跨(kuà)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(xū)要具備三個方麵(miàn)的知識和技術。第一是需要了解被幹燥物(wù)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(hé)空氣動力學等能量傳遞的原理;第三要有實施的手(shǒu)段,即(jí)能夠進(jìn)行幹燥流程、主要(yào)設備、電氣儀表控(kòng)製等方(fāng)麵(miàn)的工程(chéng)設計。顯然,這三方麵的知識和(hé)技術不屬於一(yī)個學科領域。而(ér)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(yǒu)一百多年的發展史(shǐ),但至今還(hái)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(yīng)用中,依靠經驗和小(xiǎo)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(miàn)的原因有(yǒu)以下幾方麵:
原因之一是幹燥(zào)技術所依托(tuō)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(yàn)科學的特點(diǎn)。例如,空氣動力學的研究發展還要靠“風洞”實(shí)驗來推(tuī)動,就說明它還沒有脫離實驗科學(xué)的範疇,而(ér)這些基礎學(xué)科(kē)自身的發展水平直接影響和決定了幹燥技術的發(fā)展水平。
原因之二(èr)是很多幹燥過(guò)程是多種學科技(jì)術交匯進行的過(guò)程,牽涉(shè)麵廣、變化因素(sù)多、機(jī)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(de)運行軌跡是工程設計的關鍵。液滴的軌跡與(yǔ)自身的體(tǐ)積、質量、初始速度和方(fāng)向及周(zhōu)圍其他液滴和(hé)熱空(kōng)氣的流向、流速有關。但這些參數由於傳質(zhì)、傳熱過程(chéng)的進行,無時無刻不在發生著變化、而且初始狀態時,無(wú)論是液滴的大小還是熱空氣(qì)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(lái)進行工程(chéng)設計是不可靠的(de)。
原因之三是被幹燥物料(liào)的種類是多(duō)種多(duō)樣的,其理化性質也是各不(bú)相同。不同的物料即使(shǐ)在(zài)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(rú)果不加以(yǐ)區別對待,就有(yǒu)可能造(zào)成不(bú)盡人意的後果。例如某些(xiē)中草藥的幹燥,雖然同屬一種藥材,隻(zhī)因為藥材產地或收獲期存在區別就(jiù)須改變幹燥條件,否則產品質(zhì)量就會受到影響(xiǎng)。
以上(shàng)三方麵(miàn)的原(yuán)因決定了幹燥技術(shù)的開發與應用要以實驗為基礎。但幹燥搜(sōu)術的(de)這些特點往往被人有意或無(wú)意地忽視。製造廠商由於實驗裝置缺乏或機型不全(quán)(這在我(wǒ)國是一個普遍(biàn)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(jì)術的特點,也經常放棄進行必(bì)要實(shí)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(jì)失敗。在我國,這樣的事例(lì)屢見不鮮,曾有過一套價(jià)值2000萬元人民幣的工業幹(gàn)燥裝置因達不到使用要求(qiú)而被閑置(zhì)的教訓。因此,建設(shè)工業幹燥裝置尤其是較大(dà)的裝置之前,一(yī)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(zhì)設計的依據。這是幹燥技術應用的顯著特點。
此外,
幹燥(zào)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(yào)根據具體情況選擇適用的幹燥技術種類。這(zhè)對投資費用、操作成本、產品(pǐn)質量、環保要求等方都會(huì)產生重大的(de)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(zào)三(sān)種型式。最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,但產品質量好。與橡膠混(hún)煉後所生成(chéng)的製品扯斷強度值較高。旋轉氣流快速幹燥設備緊湊、投(tóu)資少、生(shēng)產效率(lǜ)高,但所(suǒ)生成的橡膠製(zhì)品的強度指標卻是三者間最差的。噴霧幹燥生產白炭黑,產品各項指標在三者間居中,但具有產(chǎn)品流動性好、粉塵(chén)汙染小(xiǎo),深受用戶及操作者歡迎的特點。在20世紀90年代,為白炭黑(hēi)生產中采(cǎi)用哪種幹燥方式更為(wéi)先進的問題,曾在(zài)我(wǒ)國幹燥界引(yǐn)發過爭論。其實,三種設備各有特點,選用(yòng)哪種機型要看用戶自身的條件(jiàn)和產品要求。不存在哪種技術更為先進的結論。類似的例子有很(hěn)多,都表明了幹燥設備種類繁多、各(gè)具用途的特點。所以在應用中要仔細(xì)比(bǐ)較、慎(shèn)重(chóng)選擇技術方案,而通過幹燥實驗來考核技術方案也是必(bì)不可少的步驟。
二、工業(yè)幹燥裝置的發展現狀(zhuàng)
幹燥在許多生產中是一個十分重(chóng)要的單(dān)元操作,因為幹燥在這裏不僅是簡單的固液分離(lí)過程,更重要的常(cháng)常是生產過程的最後一(yī)道工序,產品的質量、劑型(xíng)在很大程度上取(qǔ)決於幹燥技術和設備的綜(zōng)合運用情況。從經濟角(jiǎo)度考慮,幹燥器價格(gé)昂貴,工程投資較大。另一方(fāng)麵,幹燥又是高耗(hào)能過程,熱(rè)效(xiào)率在15%一80%這樣(yàng)大的範圍內波動,而設備的運(yùn)轉費用(yòng)與幹燥器(qì)的設計選型有(yǒu)非常密(mì)切的(de)關(guān)係,所以企業的決策者對此曆來都比(bǐ)較重視(shì)。被幹燥物(wù)料的(de)品種有許多,它們(men)的理(lǐ)化性質又有很大差異。甚至(zhì)同(tóng)一品種不同的生產工藝、同一品種不同的產品要(yào)求,導致幹(gàn)燥條件(jiàn)可能都有區別,所以就決定了幹(gàn)燥工程的複雜性。由此可見,幹(gàn)燥過程較其他的單元操作(zuò)具有更高(gāo)的技術性。
我國幹燥設備在解(jiě)放前(qián)基本是空白,隻有烘房、烘箱和滾筒(tǒng)幹燥機,幹燥技術落後、生產設備原(yuán)始(shǐ)。到1957年才出現了真空耙式幹(gàn)燥機,1964年以後幹燥技術有(yǒu)了較快的發展。縱觀我國幹燥技(jì)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(shēng)產的幹燥設備有十餘類三十多個(gè)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(yě)不是一件易事,選型的前提是了解(jiě)這些設備的基本工作原理、結構特(tè)點以及(jí)適用物料範圍,這樣在選型時才避免走彎路。
近(jìn)些年來,由(yóu)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(cháng)弄不清(qīng)如何去選擇合適的設備。由於幹燥設備的推銷者在市場(chǎng)上隻是對他們推銷的幹燥機種類感興趣(qù),而對其他種類則並不介紹,這樣,用戶就(jiù)隻得借助於有關的現(xiàn)代(dài)幹燥技術參考資料決定對(duì)設備的最後選(xuǎn)擇。毫(háo)無疑問,用戶很需要由推銷者提(tí)供的實(shí)驗室,實驗範圍及技術經濟方麵的(de)資料(liào)。因此,就必須熟悉大多數幹(gàn)燥設備,才有可能選出合理的設備。應該強調的是,在特定(dìng)的生產運行狀態中,很有可能有(yǒu)很(hěn)多較適用的幹燥機,但也(yě)必須知(zhī)道,在特定的工作狀態中,沒有一個嚴格的規則規定出極(jí)精確的最佳幹燥設備,每一種產品都有自己(jǐ)獨(dú)特(tè)的生產方式(shì)。影響最佳幹燥裝(zhuāng)置(zhì)選擇的因素(sù)很(hěn)多,如選擇間歇(xiē)幹燥還是連(lián)續幹燥、礦物燃料(liào)的消耗、電耗、地方環境法或噪音汙染限製等。產品產量對幹燥機的選擇更是一個主要因素。
三(sān)、幹燥設備使用概況
前(qián)麵提到,
幹燥設備是在許多工業生產中大(dà)量應(yīng)用。多年來已(yǐ)有多種機型用於工業化生產中,如(rú)氣流幹燥器、流化床幹燥器、噴霧幹(gàn)燥器、滾筒幹燥機(jī)、耙式幹燥器、冷凍
幹燥(zào)機、紅外線幹燥及(jí)組合式幹燥等達幾十(shí)種之多。為什麽幹燥(zào)設備類型很多呢?這主要是由於幹燥物料型態、性質各不(bú)相同,處理(lǐ)的物料有各種不同的具(jù)體(tǐ)要求所(suǒ)致。