干燥技術的革新概況

 干燥技術的革新概況

    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，其目的只是為了說明問題。因為必須以干燥系統來考慮(包括干燥前處理，如脫水)。將把一些脫水新技術也包括在文內。

    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濾器、滲祈器、離心機等。對于膠體狀物料，例如，來自各種加工過程的廢液、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)，所以對其進行脫水處理很困難。近年來，下列新過程的發展很成功，是“技術推動”和“市場牽引”的結果。

    ．電診析脫水(CoD)：直流電場運用于膠體懸浮液的脫水

    ．間斷式電滲析脫水：通過使電極短路以實現周期性斷電。這個過程理論上較連續式操作有效。

    ．真空過濾與電滲折脫水的聯合使用——可連續或間斷性操作

    ．組合場能脫水  一屯滲析脫水與超聲場組合。

    ．輔以振動的微濾——優于錯流過濾。

    雖然上面的一些新想法已成功地付諸于商業化應用，但它們仍有進一步改進和開拓的潛力。其中一些過程可與間歇干燥操作相結合，類似于傳統的Nutsch過濾器或組合過濾—干燥器。過濾干燥器是一個間歇操作單元，它避免了物料從一個單元傳送到另一個單元，因此避免了可能造成的污染，對于醫藥工業，尤其具有吸引力。新型脫水技術可與干燥結合，使之產生總體效益。

     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行干燥。在間歇式流化床中可通過調節熱量輸入來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品的質量。建立在模糊邏輯控制基礎上的此類干燥器已經進入市場。

     3  噴動床干燥器(SBD)  這種干燥器實質上是流化床的改造，適宜于干燥大顆粒物料(如谷粒、豆類等)，它們的特點是具有內部循環運動和在頂層自由表面的噴動(或稱噴泉)。顆粒的運動較在流化床中的混亂(或隨機)運動更有規律。

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作用，有可能消除或降低傳統的抽對稱噴動歷干燥器的一些弱點。這些很簡單的裝置目前尚未被完全開發利用。值得注意的是．對于主要由

內部熱質傳遞控制的顆粒(如谷粒)采用間歇噴動或對噴動的熱空氣進行間歇加熱的方法可有顯著節省能量，井提高產品質量。這一結果已在旋轉噴管(移動)式噴動床中得以實現。

   4  沖擊流干燥器(U)  沖擊流干燥器是對流熱質傳遞到表面的最好結構。為達到最優化設計，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、薄板等廣泛的工業領域——有時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接觸干燥。通過對輸送帶上料層的假液化，沖擊流也可以用于干燥顆粒或碎片物料。

    為了進一步提高于燥速度．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套環，使噴射出的氣流產生振蕩和旋流，即所謂的soJIN(自振蕩式噴嘴，由得克薩斯農業和機械大學干燥研究中心P．H．Page教授研制)，它能顯著提高傳熱速率。雖然這是“技術推動”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報道。

   5  紙的干燥  普通的造紙過程需要大量的脫水。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個蒸汽加熱烘缸，且蒸發1kg水需要1．5kg的蒸汽，因此其占用空間及投資費用相當大。這就需要開始新型高強度干燥系統。僅在需要一種改進的紙干燥技術以取代有一個世紀之久的多級烘缸干燥器時，卻沒布發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，最有可能取得市場上的成功應用(Lehtincn．1995)。用于紙1；燥的過熱蒸汽干燥器的構想  —被稱為SWIFT過程，它利用過熱蒸汽射流沖擊和穿透干燥的聯合作用—  由加拿大McGill大學A.s．Mujumdar率先提出并加以說明，于1981年在工廠規模上證實是可行的。此外，美國紙化學研究所開發的“高強度干燥”過程，使紙張在一定溫度和壓力下實施熱表面干燥。當紙的表面溫度：

200一400℃，壓力為2—7MPa時，該過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。在初姑R段，工廠規模的實驗通常都是在小型紙機—亡進行的，一旦推廣應用取得成功。其潛在利益是巨大的。引進新技術的窘境在于風險很大，沒人愿意第一個試用它。

     6  轉筒干燥器  最近，日本東京的Yamato Sankyo制造公司為一個簡單設計的轉筒干燥器申請了專利——干燥空氣從中心管穿過多條分支管而噴射到旋轉圓筒殼壁的料層上，它不僅熱質傳遞速率幾乎翻倍提高且具有尺寸小、簡單、低成本等優點(Yamat。，1995)。

    7  過熱蒸汽干燥器  雖然以過熱蒸汽代替熱空氣或燃氣作為干燥介質的想法已經有10多年的歷史，而且它的一些應用也有60年的歷史了(例如在德國進行煤的干燥)，但過熱蒸汽干燥器在市場上的大規模應用卻只合30年左右。市場上主要應用為(wimmerstedt，1994)用于間接加熱漿料的氣流(或稱為閃急)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有無限的潛力。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熱蒸汽作為干燥介質。

    蒸汽干燥的優點眾所周知，例如無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)、產品具有更好的質量等。不利的一面是，投資高且整個過程適卡于排出尾氣可再利用的大規模生產；同時，有些物料不能承受高溫。但因為能耗可降到300—500kJ／kg(水)，從能量和環境的角度看都有吸引力，因此過熱蒸汽干燥還有待仔細的考察Mujumdar(1991)，wood，Hu sssain和Mq Mmdar(1994)已經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。

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)迎面碰撞產生的對撞區可獲得很高的傳熱、傳質速率。在這個區域中還可以消除顆粒的結團、進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的停留時間。因此；對撞流就形成了一個氣流干燥顆粒、糊狀物和漿液的理想氣流。經刀段對撞區后，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行了分類。最近，HosscinalipoMr和Muiumdar(1996”通過計算流體力舉模型和蒙特卡羅模擬考杏了一種以過熱蒸汽作為載體介質的新型二維對掐流子燥器。假設降速干燥動力學呈冪函數規律，在數值上研究了過熱度、操作壓力和射流雷諾數的影響。建立了新的無量綱特征數關聯式以表征此種分散式干燥器(di5PcrsiM dr邢?s)的性能。

    雖然這個模型的結果看起來很有道理，但仍需驗證。這個模型預測了關于顆粒中濕含量府停留時間的數值分布函數。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，需要的機時太多。

    前蘇聯在這方面做了大量的工作(如干燥賴氨酸、排水污泥、藥物及微生產品等)，但在世界其他地方仍沒有工業化對撞流干燥器的應用者。一旦模擬放大問題得以解決，對撞流干燥器在一些應用領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(或稱為表面燃燒干燥)  這是一種最新奇和富有創新的干燥方法。通過把燃料與將要蒸發的液體(水)混合，在控制條件下使其燃燒以提供能量，干燥可以進行得既快速又有效。此干燥器實際上是一個燃燒室(600℃)，織物的停留時間正好等于今部干燥所需時間。含34％甲醉的水溶液是滿足干燥需要的理想混合液。遺憾的是這種想浸對其他產品不適用。其詳細內容可查閱文獻(dcr E1h和schon．1984)。若利用酒精作為灼料，一個附加的優點是不產生污染性燃燒產物，對環境有利。

    10  聲干燥  70多年前，已有關于高強度聲場強化熱質傳遞的報道。前蘇聯、日本、美國等國家已經設計、并在實驗室規模或小規模范圍內試驗了聲增強轉筒、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、瓷片等材料時已顯示出優點。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，它們在目前處于不同的發展階段，同樣值得重視。這電只提綱輩領地指出其中的幾種。

    ——卡文—格林費爾德過程。對于工廠泥漿類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。

    ——干濕顆粒混合的浸沒式干燥(immersion drym8)。

    ——間斷式干燥。

    ——運用滲透壓進行非熱力脫水，如果類切片與高濃度糖漿進行接觸脫水。

    ——感應加熱移動表面(如轉筒的殼壁)，實現間接加熱，以提高熱效率。

    一—運用膜技術回收干燥器低溫尾氣中水蒸氣的浴熱(無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。膠體材料經超臨界干燥，液態濕分被氣體置換，生產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，且個留痕跡。

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