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(wèn)題。因為必須以干燥系統來(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。

    1  機械脫水  為了減少干燥器的熱負荷，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(guò)濾器、滲祈器、離心機等。對于膠體狀物料，例如，來(lái)自各種加工過(guò)程的廢液、食品加工的廢物、煤礦或油砂的殘渣，因為其中合有小顆粒(＜5um)，所以對其進(jìn)行脫水處理很困難。近年來(lái)，下列新過(guò)程的發(fā)展很成功，是“技術(shù)推動(dòng)”和“市場(chǎng)牽引”的結果。

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

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

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

    ．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)于錯流過(guò)濾。

    雖然上面的一些新想法已成功地付諸于商業(yè)化應用，但它們仍有進(jìn)一步改進(jìn)和開(kāi)拓的潛力。其中一些過(guò)程可與間歇干燥操作相結合，類(lèi)似于傳統的Nutsch過(guò)濾器或組合過(guò)濾—干燥器。過(guò)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，對于醫藥工業(yè)，尤其具有吸引力。新型脫水技術(shù)可與干燥結合，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、連續網(wǎng)狀和片狀物料。不能自身達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(guò)調節熱量輸入來(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上的此類(lèi)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(lèi)等)，它們的特點(diǎn)是具有內部循環(huán)運動(dòng)和在頂層自由表面的噴動(dòng)(或稱(chēng)噴泉)。顆粒的運動(dòng)較在流化床中的混亂(或隨機)運動(dòng)更有規律。

不僅可以干燥大顆粒物料，還可以干燥漿狀和糊狀鉸料。利用內部通氣管、二維設計或一種機械噴動(dòng)作用，有可能消除或降低傳統的抽對稱(chēng)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(kāi)發(fā)利用。值得注意的是．對于主要由

內部熱質(zhì)傳遞控制的顆粒(如谷粒)采用間歇噴動(dòng)或對噴動(dòng)的熱空氣進(jìn)行間歇加熱的方法可有顯著(zhù)節省能量，井提高產(chǎn)品質(zhì)量。這一結果已在旋轉噴管(移動(dòng))式噴動(dòng)床中得以實(shí)現。

   4  沖擊流干燥器(U)  沖擊流干燥器是對流熱質(zhì)傳遞到表面的最好結構。為達到最優(yōu)化設計，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到無(wú)接觸干燥。通過(guò)對輸送帶上料層的假液化，沖擊流也可以用于干燥顆?；蛩槠锪?。

    為了進(jìn)一步提高于燥速度．尋找可提高傳統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，由得克薩斯農業(yè)和機械大學(xué)干燥研究中心P．H．Page教授研制)，它能顯著(zhù)提高傳熱速率。雖然這是“技術(shù)推動(dòng)”導致的真正革新成果，但迄今為止在干燥方面的應用還未見(jiàn)報道。

   5  紙的干燥  普通的造紙過(guò)程需要大量的脫水。多級烘缸的干燥速率一般為10一25k8／(m2·h)，現代楊克式干燥器可高至150kg／(mz．h)。保新聞紙機，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用相當大。這就需要開(kāi)始新型高強度干燥系統。僅在需要一種改進(jìn)的紙干燥技術(shù)以取代有一個(gè)世紀之久的多級烘缸干燥器時(shí)，卻沒(méi)布發(fā)現適當的替代干燥器。

    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)之間承受連續的壓力作用，最終達到干燥要求。這種干燥方法在處理像薄紙板這樣厚等級的紙方面已引起重視，最有可能取得市場(chǎng)上的成功應用(Lehtincn．1995)。用于紙1；燥的過(guò)熱蒸汽干燥器的構想  —被稱(chēng)為SWIFT過(guò)程，它利用過(guò)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(chǎng)規模上證實(shí)是可行的。此外，美國紙化學(xué)研究所開(kāi)發(fā)的“高強度干燥”過(guò)程，使紙張在一定溫度和壓力下實(shí)施熱表面干燥。當紙的表面溫度：

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

    因為紙機具有投資巨大的特性，很難在大型紙機中引入全套的新型干燥技術(shù)。在初姑R段，工廠(chǎng)規模的實(shí)驗通常都是在小型紙機—亡進(jìn)行的，一旦推廣應用取得成功。其潛在利益是巨大的。引進(jìn)新技術(shù)的窘境在于風(fēng)險很大，沒(méi)人愿意第一個(gè)試用它。

     6  轉筒干燥器  最近，日本東京的Yamato Sankyo制造公司為一個(gè)簡(jiǎn)單設計的轉筒干燥器申請了專(zhuān)利——干燥空氣從中心管穿過(guò)多條分支管而噴射到旋轉圓筒殼壁的料層上，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(guò)熱蒸汽干燥器  雖然以過(guò)熱蒸汽代替熱空氣或燃氣作為干燥介質(zhì)的想法已經(jīng)有10多年的歷史，而且它的一些應用也有60年的歷史了(例如在德國進(jìn)行煤的干燥)，但過(guò)熱蒸汽干燥器在市場(chǎng)上的大規模應用卻只合30年左右。市場(chǎng)上主要應用為(wimmerstedt，1994)用于間接加熱漿料的氣流(或稱(chēng)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)；木材的低壓蒸汽干燥(丹麥，德國，法國)；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)；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)。

    其他幾種應用在小規模實(shí)驗上已獲成功，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(或對流)干燥器均可轉化為使用過(guò)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(huà))、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(guò)程適卡于排出尾氣可再利用的大規模生產(chǎn)；同時(shí)，有些物料不能承受高溫。但因為能耗可降到300—500kJ／kg(水)，從能量和環(huán)境的角度看都有吸引力，因此過(guò)熱蒸汽干燥還有待仔細的考察Mujumdar(1991)，wood，Hu sssain和Mq Mmdar(1994)已經(jīng)相當仔細地考察了蒸汽干燥的潛力。它常被認為是21世紀受人歡迎的干燥技術(shù)。

2．3．8  對撞流干燥器(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)生的對撞區可獲得很高的傳熱、傳質(zhì)速率。在這個(gè)區域中還可以消除顆粒的結團、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(cháng)的停留時(shí)間。因此；對撞流就形成了一個(gè)氣流干燥顆粒、糊狀物和漿液的理想氣流。經(jīng)刀段對撞區后，物料可達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)已把各種對掩流干燥器進(jìn)行了分類(lèi)。最近，HosscinalipoMr和Muiumdar(1996”通過(guò)計算流體力舉模型和蒙特卡羅模擬考杏了一種以過(guò)熱蒸汽作為載體介質(zhì)的新型二維對掐流子燥器。假設降速干燥動(dòng)力學(xué)呈冪函數規律，在數值上研究了過(guò)熱度、操作壓力和射流雷諾數的影響。建立了新的無(wú)量綱特征數關(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)模型的結果看起來(lái)很有道理，但仍需驗證。這個(gè)模型預測了關(guān)于顆粒中濕含量府停留時(shí)間的數值分布函數。顆粒畢握數被認為較小，在歐拉—拉格朗日模擬巾顆粒數目最多為2000，因為顆粒數日多，需要的機時(shí)太多。

    前蘇聯(lián)在這方面做了大量的工作(如干燥賴(lài)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(méi)有工業(yè)化對撞流干燥器的應用者。一旦模擬放大問(wèn)題得以解決，對撞流干燥器在一些應用領(lǐng)域有替代傳統的氣流干燥器的潛力(Tamzr，1992)。

    9  紡織品的Remaflam干燥(或稱(chēng)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(guò)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(mǎn)足干燥需要的理想混合液。遺憾的是這種想浸對其他產(chǎn)品不適用。其詳細內容可查閱文獻(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，對環(huán)境有利。

    10  聲干燥  70多年前，已有關(guān)于高強度聲場(chǎng)強化熱質(zhì)傳遞的報道。前蘇聯(lián)、日本、美國等國家已經(jīng)設計、并在實(shí)驗室規?；蛐∫幠７秶鷥仍囼灹寺曉鰪娹D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)規模的應用。

    一般在第一干燥速率階段，對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，干燥速率為單獨使用紅外干燥的3倍(BorMov和Gynkina，1972)。

    當然，還有其他許多新的干燥技術(shù)，它們在目前處于不同的發(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—格林費爾德過(guò)程。對于工廠(chǎng)泥漿類(lèi)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](méi)式干燥(immersion drym8)。

    ——間斷式干燥。

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

    ——感應加熱移動(dòng)表面(如轉筒的殼壁)，實(shí)現間接加熱，以提高熱效率。

    一—運用膜技術(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。

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