干燥技术的革新概况

 干燥技术的革新概况

    在这样短短的一篇文章中不可能包括所有的内容，必须有所选择，这里的选择是任意的，其目的只是为了说明问题。因为必须以干燥系统来考虑(包括干燥前处理，如脱水)。将把一些脱水新技术也包括在文内。

    1  机械脱水  为了减少干燥器的热负荷，减少湿物料中的水分含量是很重要的。通常都是利用真空或压力过滤器、渗祈器、离心机等。对于胶体状物料，例如，来自各种加工过程的废液、食品加工的废物、煤矿或油砂的残渣，因为其中合有小颗粒(＜5um)，所以对其进行脱水处理很困难。近年来，下列新过程的发展很成功，是“技术推动”和“市场牵引”的结果。

    ．电诊析脱水(CoD)：直流电场运用于胶体悬浮液的脱水

    ．间断式电渗析脱水：通过使电极短路以实现周期性断电。这个过程理论上较连续式操作有效。

    ．真空过滤与电渗折脱水的联合使用——可连续或间断性操作

    ．组合场能脱水  一屯渗析脱水与超声场组合。

    ．辅以振动的微滤——优于错流过滤。

    虽然上面的一些新想法已成功地付诸于商业化应用，但它们仍有进一步改进和开拓的潜力。其中一些过程可与间歇干燥操作相结合，类似于传统的Nutsch过滤器或组合过滤—干燥器。过滤干燥器是一个间歇操作单元，它避免了物料从一个单元传送到另一个单元，因此避免了可能造成的污染，对于医药工业，尤其具有吸引力。新型脱水技术可与干燥结合，使之产生总体效益。

     2  流化床干燥器(FBD)  流化床干燥器因其对可流化颗粒的干燥具有许多优良特性而在近30年中十分流行。，目前被用于干燥大量不同物料、不仅仅是颗粒(最初的想法)，而从有浆料、膏糊状物料、连续网状和片状物料。不能自身达到流化的大块物料可以在惰性小颗粒流化床中进行干燥。在间歇式流化床中可通过调节热量输入来保持床层颗粒物料温度恒定；此控制方法不但节能，而且还可提高热敏性产品的质量。建立在模糊逻辑控制基础上的此类干燥器已经进入市场。

     3  喷动床干燥器(SBD)  这种干燥器实质上是流化床的改造，适宜于干燥大颗粒物料(如谷粒、豆类等)，它们的特点是具有内部循环运动和在顶层自由表面的喷动(或称喷泉)。颗粒的运动较在流化床中的混乱(或随机)运动更有规律。

不仅可以干燥大颗粒物料，还可以干燥浆状和糊状铰料。利用内部通气管、二维设计或一种机械喷动作用，有可能消除或降低传统的抽对称喷动历干燥器的一些弱点。这些很简单的装置目前尚未被完全开发利用。值得注意的是．对于主要由

内部热质传递控制的颗粒(如谷粒)采用间歇喷动或对喷动的热空气进行间歇加热的方法可有显著节省能量，井提高产品质量。这一结果已在旋转喷管(移动)式喷动床中得以实现。

   4  冲击流干燥器(U)  冲击流干燥器是对流热质传递到表面的最好结构。为达到最优化设计，选择正确的喷嘴几何尺寸和操作条件是很重要的。冲击流干燥器可以用于纸、胶片、纺织品、涂层、薄板等广泛的工业领域——有时可在冲击喷嘴组件之间连接红外热源。在某些情况下(如干燥纺织品、双面饲版纸、纸板等)，织物由射流支持．织物的两表面受到热气流撞击以达到无接触干燥。通过对输送带上料层的假液化，冲击流也可以用于干燥颗粒或碎片物料。

    为了进一步提高于燥速度．寻找可提高传统冲击流热传递速度的方法是很重要的。一种方法是在管状喷嘴上附一个套环，使喷射出的气流产生振荡和旋流，即所谓的soJIN(自振荡式喷嘴，由得克萨斯农业和机械大学干燥研究中心P．H．Page教授研制)，它能显著提高传热速率。虽然这是“技术推动”导致的真正革新成果，但迄今为止在干燥方面的应用还未见报道。

   5  纸的干燥  普通的造纸过程需要大量的脱水。多级烘缸的干燥速率一般为10一25k8／(m2·h)，现代杨克式干燥器可高至150kg／(mz．h)。保新闻纸机，需要直径为1．6m的60个蒸汽加热烘缸，且蒸发1kg水需要1．5kg的蒸汽，因此其占用空间及投资费用相当大。这就需要开始新型高强度干燥系统。仅在需要一种改进的纸干燥技术以取代有一个世纪之久的多级烘缸干燥器时，却没布发现适当的替代干燥器。

    由芬兰Jampella—valmc公司的人J.Lehtjnen研制的冷凝带式干燥器，即湿纸网放置在两条柔软透气的钢带(一条被加热，而另一条被冷却)之间承受连续的压力作用，最终达到干燥要求。这种干燥方法在处理像薄纸板这样厚等级的纸方面已引起重视，最有可能取得市场上的成功应用(Lehtincn．1995)。用于纸1；燥的过热蒸汽干燥器的构想  —被称为SWIFT过程，它利用过热蒸汽射流冲击和穿透干燥的联合作用—  由加拿大McGill大学A.s．Mujumdar率先提出并加以说明，于1981年在工厂规模上证实是可行的。此外，美国纸化学研究所开发的“高强度干燥”过程，使纸张在一定温度和压力下实施热表面干燥。当纸的表面温度：

200一400℃，压力为2—7MPa时，该过程的干燥速率可达到5000kg／(mz．h)。

    因为纸机具有投资巨大的特性，很难在大型纸机中引入全套的新型干燥技术。在初姑R段，工厂规模的实验通常都是在小型纸机—亡进行的，一旦推广应用取得成功。其潜在利益是巨大的。引进新技术的窘境在于风险很大，没人愿意第一个试用它。

     6  转筒干燥器  最近，日本东京的Yamato Sankyo制造公司为一个简单设计的转筒干燥器申请了专利——干燥空气从中心管穿过多条分支管而喷射到旋转圆筒壳壁的料层上，它不仅热质传递速率几乎翻倍提高且具有尺寸小、简单、低成本等优点(Yamat。，1995)。

    7  过热蒸汽干燥器  虽然以过热蒸汽代替热空气或燃气作为干燥介质的想法已经有10多年的历史，而且它的一些应用也有60年的历史了(例如在德国进行煤的干燥)，但过热蒸汽干燥器在市场上的大规模应用却只合30年左右。市场上主要应用为(wimmerstedt，1994)用于间接加热浆料的气流(或称为闪急)干燥器(瑞士)；用于煤的干燥的硫化床干燥器(月压)(南非，澳大利亚，德国)；木材的低压蒸汽干燥(丹麦，德国，法国)；用于干燥甜菜自的高压流化床干燥器(丹麦尼鲁公司)，用于干燥甜菜浆的高压传送带干燥器(德国)；用于干燥泥煤的高压气流干燥器(芬量)；用于织物干燥的蒸汽干燥器(印度)。

    其他几种应用在小规模实验上已获成功，例如纸的干燥、丝茧的干燥、乳清和食品的喷雾干燥等。低压蒸汽干燥看起来有无限的潜力。值得注意的是，大体上任何一种直接式(或对流)干燥器均可转化为使用过热蒸汽作为干燥介质。

    蒸汽干燥的优点众所周知，例如无氧化和燃烧的可能性、操作安全、快速干燥、高效(如果尾气可以被再利用的话)、产品具有更好的质量等。不利的一面是，投资高且整个过程适卡于排出尾气可再利用的大规模生产；同时，有些物料不能承受高温。但因为能耗可降到300—500kJ／kg(水)，从能量和环境的角度看都有吸引力，因此过热蒸汽干燥还有待仔细的考察Mujumdar(1991)，wood，Hu sssain和Mq Mmdar(1994)已经相当仔细地考察了蒸汽干燥的潜力。它常被认为是21世纪受人欢迎的干燥技术。

2．3．8  对撞流干燥器(1SD)  由两股高速气流，其中至少有一股气流为两相流(气流与湿颗粒／液滴的混合流)迎面碰撞产生的对撞区可获得很高的传热、传质速率。在这个区域中还可以消除颗粒的结团、进行液滴雾化和颗粒分散。由于惯性作用大，大颗粒物料在限定的反向流中具有较长的停留时间。因此；对撞流就形成了一个气流干燥颗粒、糊状物和浆液的理想气流。经刀段对撞区后，物料可达到所需的最终含水量。虽然目的只有很少几种得到研究，Kudra和Mujumdar(19站)已把各种对掩流干燥器进行了分类。最近，HosscinalipoMr和Muiumdar(1996”通过计算流体力举模型和蒙特卡罗模拟考杏了一种以过热蒸汽作为载体介质的新型二维对掐流子燥器。假设降速干燥动力学呈幂函数规律，在数值上研究了过热度、操作压力和射流雷诺数的影响。建立了新的无量纲特征数关联式以表征此种分散式干燥器(di5PcrsiM dr邢?s)的性能。

    虽然这个模型的结果看起来很有道理，但仍需验证。这个模型预测了关于颗粒中湿含量府停留时间的数值分布函数。颗粒毕握数被认为较小，在欧拉—拉格朗日模拟巾颗粒数目最多为2000，因为颗粒数日多，需要的机时太多。

    前苏联在这方面做了大量的工作(如干燥赖氨酸、排水污泥、药物及微生产品等)，但在世界其他地方仍没有工业化对撞流干燥器的应用者。一旦模拟放大问题得以解决，对撞流干燥器在一些应用领域有替代传统的气流干燥器的潜力(Tamzr，1992)。

    9  纺织品的Remaflam干燥(或称为表面燃烧干燥)  这是一种最新奇和富有创新的干燥方法。通过把燃料与将要蒸发的液体(水)混合，在控制条件下使其燃烧以提供能量，干燥可以进行得既快速又有效。此干燥器实际上是一个燃烧室(600℃)，织物的停留时间正好等于今部干燥所需时间。含34％甲醉的水溶液是满足干燥需要的理想混合液。遗憾的是这种想浸对其他产品不适用。其详细内容可查阅文献(dcr E1h和schon．1984)。若利用酒精作为灼料，一个附加的优点是不产生污染性燃烧产物，对环境有利。

    10  声干燥  70多年前，已有关于高强度声场强化热质传递的报道。前苏联、日本、美国等国家已经设计、并在实验室规模或小规模范围内试验了声增强转筒、隧道及流化床干燥．但由于声能利用率低，还不适合于工业规模的应用。

    一般在第一干燥速率阶段，对表面水分的排出声干燥的效果较好。由于声发射器的效率侣(约25％)，因此只对某些难干、贵重和小吨位的物料，声干燥才使得考虑。

    另外，将声干燥与其他干燥方法(对流、介电等)组合使用也是可行的。如红外与声辐射组合使用，在干燥石棉、瓷片等材料时已显示出优点。若保持相同的最终表面温度，在声技(7H z，150dB)作用下，干燥速率为单独使用红外干燥的3倍(BorMov和Gynkina，1972)。

    当然，还有其他许多新的干燥技术，它们在目前处于不同的发展阶段，同样值得重视。这电只提纲辈领地指出其中的几种。

    ——卡文—格林费尔德过程。对于工厂泥浆类废弃物的脱水处理合重要意义

    ——脉冲燃烧干燥。它是另一种强化分散颗粒物料热质传递速率的方法。

    ——添加非水溶剂或聚合物的冷冻喷雾干燥。

    ——液滴撞击热表面干燥。

    ——接触—吸附干燥。

    ——干湿颗粒混合的浸没式干燥(immersion drym8)。

    ——间断式干燥。

    ——运用渗透压进行非热力脱水，如果类切片与高浓度糖浆进行接触脱水。

    ——感应加热移动表面(如转筒的壳壁)，实现间接加热，以提高热效率。

    一—运用膜技术回收干燥器低温尾气中水蒸气的浴热(无需使用庞大的换热器)。

    ——等离子体喷男干燥器，使用等离子体喷嘴获得的高温可瞬间使糊状物干燥。

    ——超临界干燥。胶体材料经超临界干燥，液态湿分被气体置换，生产的气溶胶具有惊人的物理特性。

    ——置换干燥。采用置换液，将物件上的残留水渍去掉，且个留痕迹。

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