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簡介

干燥器是通過加熱使物料中的濕分(一般指水分或其他可揮發(fā)性液體成分)汽化逸出,以獲得規(guī)定濕含量的固體物料的機(jī)械設(shè)備。

發(fā)展歷史

遠(yuǎn)古以來,人類就習(xí)慣于用天然熱源和自然通風(fēng)來干燥物料,完全受自然條件制約,生產(chǎn)能力低下。隨生產(chǎn)的發(fā)展,它們逐漸為人工可控制的熱源和機(jī)械通風(fēng)除濕手段所代替。

近代進(jìn)化

近代干燥器開始使用的是間歇操作的固定床式干燥器。19世紀(jì)中葉,洞道式干燥器的使用,標(biāo)志著干燥器由間歇操作向連續(xù)操作方向的發(fā)展�；剞D(zhuǎn)圓筒干燥器則較好地實(shí)現(xiàn)了顆粒物料的攪動(dòng),干燥能力和強(qiáng)度得以提高。一些行業(yè)則分別發(fā)展了適應(yīng)本行業(yè)要求的連續(xù)操作干燥器,如紡織、造紙行業(yè)的滾筒干燥器。

20世紀(jì)初期,乳品生產(chǎn)開始應(yīng)用噴霧干燥器,為大規(guī)模干燥液態(tài)物料提供了有力的工具。40年代開始,隨著流化技術(shù)的發(fā)展,高強(qiáng)度、高生產(chǎn)率的沸騰床和氣流式干燥器相繼出現(xiàn)。而冷凍升華、輻射和介電式干燥器則為滿足特殊要求提供了新的手段。60年代開始發(fā)展了遠(yuǎn)紅外和微波干燥器。

應(yīng)用

干燥過程需要消耗大量熱能,為了節(jié)省能量,某些濕含量高的物料、含有固體物質(zhì)的懸浮液或溶液一般先經(jīng)機(jī)械脫水或加熱蒸發(fā),再在干燥器內(nèi)干燥,以得到干的固體。

干燥的目的是為了物料使用或進(jìn)一步加工的需要。如木材在制作木模、木器前的干燥可以防止制品變形,陶瓷坯料在煅燒前的干燥可以防止成品龜裂。另外干燥后的物料也便于運(yùn)輸和貯存,如將收獲的糧食干燥到一定濕含量以下,以防霉變。由于自然干燥遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要,各種機(jī)械化干燥器越來越廣泛地得到應(yīng)用。

在干燥過程中需要同時(shí)完成熱量和質(zhì)量(濕分)的傳遞,保證物料表面濕分蒸汽分壓(濃度)高于外部空間中的濕分蒸汽分壓,保證熱源溫度高于物料溫度。

熱量從高溫?zé)嵩匆愿鞣N方式傳遞給濕物料,使物料表面濕分汽化并逸散到外部空間,從而在物料表面和內(nèi)部出現(xiàn)濕含量的差別。內(nèi)部濕分向表面擴(kuò)散并汽化,使物料濕含量不斷降低,逐步完成物料整體的干燥。

物料的干燥速率取決于表面汽化速率和內(nèi)部濕分的擴(kuò)散速率。通常干燥前期的干燥速率受表面汽化速率控制;而后,只要干燥的外部條件不變,物料的干燥速率和表面溫度即保持穩(wěn)定,這個(gè)階段稱為恒速干燥階段;當(dāng)物料濕含量降低到某一程度,內(nèi)部濕分向表面的擴(kuò)散速率降低,并小于表面汽化速率時(shí),干燥速率即主要由內(nèi)部擴(kuò)散速率決定,并隨濕含量的降低而不斷降低,這個(gè)階段稱為降速干燥階段。

干燥器可按操作過程、操作壓力、加熱方式濕物料運(yùn)動(dòng)方式或結(jié)構(gòu)等不同特征分類。按操作過程,干燥器分為間歇式(分批操作)和連續(xù)式兩類

按操作壓力,干燥器分為常壓干燥器和真空干燥器兩類,在真空下操作可降低空間的濕分蒸汽分壓而加速干燥過程,且可降低濕分沸點(diǎn)和物料干燥溫度,蒸汽不易外泄,所以,真空干燥器適用于干燥熱敏性、易氧化、易爆和有毒物料以及濕分蒸汽需要回收的場合

按加熱方式,干燥器分為對流式、傳導(dǎo)式、輻射式、介電式等類型。對流式干燥器又稱直接干燥器,是利用熱的干燥介質(zhì)與濕物料直接接觸,以對流方式傳遞熱量,并將生成的蒸汽帶走;傳導(dǎo)式干燥器又稱間接式干燥器,它利用傳導(dǎo)方式由熱源通過金屬間壁向濕物料傳遞熱量,生成的濕分蒸汽可用減壓抽吸、通入少量吹掃氣或在單獨(dú)設(shè)置的低溫冷凝器表面冷凝等方法移去。這類干燥器不使用干燥介質(zhì),熱效率較高,產(chǎn)品不受污染,但干燥能力受金屬壁傳熱面積的限制,結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜,常在真空下操作;輻射式干燥器是利用各種輻射器發(fā)射出一定波長范圍的電磁波,被濕物料表面有選擇地吸收后轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃窟M(jìn)行干燥;介電式干燥器是利用高頻電場作用,使?jié)裎锪蟽?nèi)部發(fā)生熱效應(yīng)進(jìn)行干燥。

按濕物料的運(yùn)動(dòng)方式,干燥器可分為固定床式、攪動(dòng)式、噴霧式和組合式;按結(jié)構(gòu),干燥器可分為廂式干燥器、輸送機(jī)式干燥器、滾筒式干燥器、立式干燥器、機(jī)械攪拌式干燥器、回轉(zhuǎn)式干燥器、流化床式干燥器、氣流式干燥器、振動(dòng)式干燥器、噴霧式干燥器以及組合式干燥器等多種。

對濕物料進(jìn)行干燥的設(shè)備。各種生產(chǎn)過程需經(jīng)干燥處理的物料是多種多樣的,對干燥的要求也各不相同,因此干燥器種類繁多,根據(jù)供熱方式,有以下四類:

1、對流干燥器

應(yīng)用最廣的一類干燥器,包括流化干燥器、氣流干燥器、廂式干燥器、噴霧干燥器、隧道式干燥器等。

此類干燥器的主要特點(diǎn)是:

①熱氣流和固體直接接觸,熱量以對流傳熱方式由熱氣流傳給濕固體,所產(chǎn)生的水汽由氣流帶走;
②熱氣流溫度可提高到普通金屬材料所能耐受的最高溫度(約730℃),在高溫下輻射傳熱將成為主要的傳熱方式,并可達(dá)到很高的熱量利用率;
③氣流的濕度對干燥速率和產(chǎn)品的最終含水量有影響;
④使用低溫氣流時(shí),通常需對氣流先作減濕處理;
⑤汽化單位質(zhì)量水分的能耗較傳導(dǎo)式干燥器高,最終產(chǎn)品含水量較低時(shí)尤甚;
⑥需要大量熱氣流以保證水分汽化所需的熱量,如果被干燥物料的粒徑很小,則除塵裝置龐大而耗資較多;
⑦宜在接近常壓條件下操作。

2、傳導(dǎo)干燥器

包括螺旋輸送干燥器、滾筒干燥器、真空耙式干燥器、冷凍干燥器等,這一類干燥器的主要特點(diǎn)是:①熱量通過器壁(通常是金屬壁),以熱傳導(dǎo)方式傳給濕物料;②物料的表面溫度可以從低于冰點(diǎn)(冷凍干燥時(shí))到330℃;③便于在減壓和惰性氣氛下操作,揮發(fā)的溶劑可回收。常用于易氧化、易分解物料的干燥,亦適用于處理粉狀物料。

3、輻射干燥器

通過輻射傳熱,將濕物料加熱進(jìn)行干燥。電加熱輻射干燥器用紅外線燈泡照射被干燥物料,使物料溫度升高而干燥。煤氣加熱干燥器則燃燒煤氣將金屬或陶瓷輻射板加熱到400~500℃,使之產(chǎn)生紅外線,用以加熱被干燥的物料。輻射干燥器生產(chǎn)強(qiáng)度大,設(shè)備緊湊,使用靈活,但能量消耗較大。適用于干燥表面大而薄的物料,如塑料、布匹、木材、涂漆制品等。

4、介電干燥器

將被干燥物料置于高頻電場內(nèi),利用高頻電場的交變作用將物體加熱進(jìn)行干燥。這種加熱的特點(diǎn)是物料中含水量越高的部位,獲得的熱量越多。由于物料內(nèi)部的含水量比表面高,因此物料內(nèi)部獲得的能量較多,物料內(nèi)部溫度高于表面溫度,從而使溫度梯度和水分?jǐn)U散方向一致,可以加快水的汽化,縮短干燥時(shí)間,這種干燥器特別適用于干燥過程中容易結(jié)殼以及內(nèi)部的水分難以去盡的物料(如皮革)。介電加熱干燥的電能消耗很大,目前主要應(yīng)用于食品及輕工生產(chǎn)。進(jìn)行干燥器的設(shè)計(jì)計(jì)算,首先必須選擇合適的干燥器類型。

目前干燥器的選型還帶有很大的經(jīng)驗(yàn)性,主要應(yīng)當(dāng)考慮以下幾個(gè)方面:

①物料和產(chǎn)品的特點(diǎn),例如物料的形態(tài)(如漿狀、糊狀、粉末、塊粒、薄片等),固體顆粒的粒度和強(qiáng)度,初始含水量和水分的存在形式,物料是否有毒、易燃、易氧化,產(chǎn)品要求的最終含水量,產(chǎn)品是否允許稍有污染,形體是否允許稍有改變,產(chǎn)品的最高允許溫度和產(chǎn)品的價(jià)格等。
②與生產(chǎn)過程有關(guān)的條件,例如處理的物料量,干燥的前處理與后處理情況,揮發(fā)的溶劑,是否回收等。
③干燥器的操作性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。經(jīng)過上述幾方面的綜合考慮,對各類干燥器進(jìn)行比較篩選后,一般只剩下為數(shù)不多的幾種干燥器,然后進(jìn)行小試,尋找最適宜的操作參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù),最后根據(jù)設(shè)備價(jià)格和小試情況,決定采用何種干燥器。

干燥器的未來發(fā)展將在深入研究干燥機(jī)理和物料干燥特性,掌握對不同物料的最優(yōu)操作條件下,開發(fā)和改進(jìn)干燥器;另外,大型化、高強(qiáng)度、高經(jīng)濟(jì)性,以及改進(jìn)對原料的適應(yīng)性和產(chǎn)品質(zhì)量,是干燥器發(fā)展的基本趨勢;同時(shí)進(jìn)一步研究和開發(fā)新型高效和適應(yīng)特殊要求的干燥器,如組合式干燥器、微波干燥器和遠(yuǎn)紅外干燥器等。

干燥器的發(fā)展還要重視節(jié)能和能量綜合利用,如采用各種聯(lián)合加熱方式,移植熱泵和熱管技術(shù),開發(fā)太陽能干燥器等;還要發(fā)展干燥器的自動(dòng)控制技術(shù)、以保證最優(yōu)操作條件的實(shí)現(xiàn);另外,隨著人類對環(huán)保的重視,改進(jìn)干燥器的環(huán)境保護(hù)措施以減少粉塵和廢氣的外泄等,也將是需要深入研究的方向。

真空干燥箱為較古老的干燥裝置,箱內(nèi)被加熱板分成若干層。加熱板中通入熱水或低壓蒸汽作為加熱介質(zhì),將鋪有待干燥藥品的料盤放在加熱板上,關(guān)閉箱門,箱內(nèi)用真空泵抽成真空。加熱板在加熱介質(zhì)的循環(huán)流動(dòng)中將藥品加熱到指定溫度,水分即開始蒸發(fā)并隨抽真空逐漸抽走。此設(shè)備易于控制,可冷凝回收被蒸發(fā)的溶媒,干燥過程中藥品不易被污染,可以用在藥品干燥、包材滅菌及熱處理上。在上世紀(jì)80年代原料藥行業(yè)多用此設(shè)備為主要干燥器,但由于不易對料盤進(jìn)行在線清洗和在線滅菌,干燥速度慢,工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,而且為實(shí)現(xiàn)藥品均一性,干燥后還要經(jīng)混粉裝置混合,現(xiàn)原料藥大生產(chǎn)上已很少應(yīng)用,多用于中、小試生產(chǎn)或包材熱處理。

1、干燥劑不可放得太多,以免沾污坩堝底部。

2、搬移干燥器時(shí),要用雙手拿著,用大拇指緊緊按住蓋子。

3、打開干燥器時(shí),不能往上掀蓋,應(yīng)用左手按住干燥器,右手小心地把蓋子稍微推開,等冷空氣徐徐進(jìn)入后,才能完全推開,蓋子必須仰放在桌子上。

4、不可將太熱的物體放入干燥器中。

5、有時(shí)較熱的物體放入干燥器中后,空氣受熱膨脹會(huì)把蓋子頂起來,為了防止蓋子被打翻,應(yīng)當(dāng)用手按住,不時(shí)把蓋子稍微推開。

6、灼燒或烘干后的坩堝和沉淀,在干燥器內(nèi)不宜放置過久,否則會(huì)因吸收一些水分而使質(zhì)量略有增加。

7、變色硅膠干燥時(shí)為藍(lán)色,受潮后變粉紅色。可以在120℃烘受潮的硅膠待其變藍(lán)后反復(fù)使用,直至破碎不能用為止。

溫度

干燥溫度,熱量是打開水分子和吸濕聚合物之間合力的關(guān)鍵。當(dāng)高于某一溫度時(shí),水分子和聚合物鏈間的引力會(huì)大大降低,水汽就被干燥的空氣帶走。

露點(diǎn)

在干燥器中,首先除去濕空氣,使之含有很低的殘留水分(露點(diǎn))。然后,通過加熱空氣來降低它的相對濕度。這時(shí),干空氣的蒸汽壓力較低。通過加熱,顆粒內(nèi)部的水分子擺脫了鍵合力束縛,向顆粒周圍的空氣擴(kuò)散。

時(shí)間

在顆粒周圍的空氣中,熱量的吸收和水分子向顆粒表面擴(kuò)散需要一定的時(shí)間。因此,樹脂供應(yīng)商應(yīng)詳細(xì)說明一種物料在適當(dāng)?shù)臏囟群吐饵c(diǎn)下得到有效干燥所必須花費(fèi)的時(shí)間。

氣流

干燥的熱空氣將熱量傳遞給干燥料倉中的顆粒,除去顆粒表面的濕氣,然后把濕氣送回干燥器里。因此,必須有足夠的氣流將樹脂加熱到干燥溫度,并且將這個(gè)溫度維持一定的時(shí)間。