一、干燥方式
(一)按照热能传给湿物料的方式分类
湿分的气化需要热量,按照热能传给湿物料的方式,干燥可分为传导干燥、对流干燥、辐射干燥和介电加热干燥等4种方式。
1.传导干燥
传导干燥也称为间接加热干燥,热能以传导方式通过器壁传给湿物料。这种干燥方式热能利用率高,但物料易被过热而变质。
2.对流干燥
对流干燥又叫直接加热干燥,利用一种载热体(干燥介质)将热能以对流的方式传给与其直接接触的湿物料,使湿分气化并被干燥介质带走。这种干燥方法干燥介质的温度容易调节,物料不易过热,但是干燥介质离开干燥器时温度较高,因而热能利用率低。
3.辐射干燥
辐射干燥是利用辐射线产生的红外线电磁波发射到湿物料表面,物料吸收后转变为热能,使湿分气化的干燥方式。辐射器有电能和热能两种,如用电能的红外线灯泡、用热能的金属辐射板、陶瓷辐射板等。辐射干燥速度快,安全、卫生、均匀,但耗能高。
4.介电加热干燥
介电加热干燥也叫高频加热干燥。将需要干燥的物料置于高频电场内,由于高频电场的交变作用,使物料内部的极性分子(如水分子)产生振动,其振动能量使被干燥物料发热,从而使湿分汽化达到干燥的目的。
上述4种干燥方式,在化工生产中应用最普遍的是对流干燥。通常所用的干燥介质为空气,湿物料中被除去的湿分为水分,加热后的空气从湿物料表面流过,使物料中的水分汽化,并将水蒸气带走。
(二)按照加热介质分类
根据加热介质不同干燥操作方式包括以下几方面。
1.干燥介质中间加热的空气干燥
这种干燥的特点不是将空气一次预热,而是在干燥室中设有几个预热器,使通过干燥室的空气经过几次加热,从而不断补充失去的热量。温度控制在不至于对物料产生有害影响的范围内。
采用这样的干燥方式其主要目的是为了降低干燥操作的温度,减少干燥介质—空气进出口的温度差。
2.干燥介质部分循环的空气干燥
将干燥器出来的废气分成两股,一部分废气排入大气中,另一部分废气引入送风机入口与空气加压混合后送入预热器(或直接送入干燥室),加热后进入干燥室。
部分废气循环的干燥方式有下列优点:
①可以干燥只能在湿度较大的空气中进行干燥的物料如木材;
②可以使得在干燥操作中,空气进入干燥器至离开干燥器的温度变化不大;
③可以使空气以较大的速度通过干燥器,因此干燥速度不致因空气湿度变大而减慢;
④由于空气的温度较低,故热损失少;
⑤可以很灵敏而准确地控制空气在干燥室内的湿度。
3.真空干燥
真空干燥一般为间歇式,分减压干燥箱和有搅拌装置的减压干燥器。因减压干燥可降低干燥温度,故多用于不耐高温且在高温时易氧化的物料。凡干燥时容易产生粉末的物料;汽化气需要回收的物料;与空气接触易发生爆炸的物料等均宜采用减压式干燥器进行干燥。由于静止干燥易造成物料过热而分解、变质等,故可采用带有搅拌装置的减压干燥器。(www.xing528.com)
(三)按照湿物料分类
根据不同物料的性质可以选择不同的干燥操作方式。
1.返料干燥
返料是将干燥产品(干物料)的一部分掺和于湿物料之中以降低进口湿物料湿度的目的,这部分干燥产品称为返料。返料的干燥过程,将出料口干物料的一部分用运输装置引至湿物料进口,与湿物料混合后进入干燥室。返料的比例依需要而定。物料在连续流动或旋转干燥过程中,因物料湿度过大,或因湿度大所造成的物料黏度增加,致使在干燥过程中产生物料结球或结疤现象,或因湿度大而造成的出料温度低而达不到产品的要求时,均可以采用返料的方式加以解决。因此,返料对于某些物料干燥操作的顺利进行和保证产品质量是必不可少的重要工艺手段,同时可以缩小设备规模。返料的量根据湿物料的湿含量高低及工艺要求而定。如NaHCO3的干燥必须采用返料方式将重碱湿度由15%~20%降到9.5%以下,否则将会产生结疤和包锅现象。若重碱含水为20%,则每吨重碱需返碱1.5t,含水为14%返料量为1.0t。
2.升华干燥
也称冷冻干燥。固体物料(如冰)不经融化而直接变为蒸气的现象称为升华。进行升华干燥时,先将含水物料冷冻到冰点以下,水分变为固态冰,而后在较高真空下将冰升华移走,物料即被干燥。此法多用于医药、蔬菜、食品方面的干燥。
升华干燥的优点如下:
(1)保持物料原有的化学和物理性质(多孔性胶体性等),且与水接触后又恢复到原来物料的性质和状态;
(2)热消耗较其他干燥方法为低。因为物料处在冰点以下,常湿气体已是良好的载热体,且干燥设备不需要保暖及采用良导体材料制造。
二、干燥操作条件的确定
干燥器操作条件的确定,通常需由实验测定或可按下述一般选择原则考虑。
1.干燥介质的选择
干燥介质的选择,决定于干燥过程的工艺及可利用的热源。基本的热源有饱和水蒸气、液态或气态的燃料和电能。在对流干燥介质可采用空气、惰性气体、烟道气和过热蒸汽。
当干燥操作温度不太高、且氧气的存在不影响被干燥物料的性能时,可采用热空气作为干燥介质。对某些易氧化的物料,或从物料中蒸发出易爆的气体时,则宜采用惰性气体作为干燥介质。烟道气适用于高温干燥,但要求被干燥的物料不怕污染,而且不与烟气中的SO2和CO2等气体发生作用。由于烟道气温度高,故可强化干燥过程,缩短干燥时间。此外还应考虑介质的经济性及来源。
2.流动方式的选择
在逆流操作中,物料移动方向和介质的流动方向相反,整个干燥过程中的干燥推动力较均匀,适用于:①物料含水量高时,不允许采用快速干燥的场合;②耐高温的物料;③要求干燥产品的含水量很低时。
在错流操作中,干燥介质与物料间运动方向互相垂直。各个位置上的物料都与高温、低湿的介质相接触,因此干燥推动力比较大,又可采用较高的气体速度,所以干燥速度很高,适用于:①无论在高或低的含水量时,都可以进行快速干燥的场合;②耐高温的物料;③因阻力大或干燥器构造的要求不适宜采用并流或逆流操作的场合。
3.干燥介质进入干燥器时的温度
为了强化干燥过程和提高经济效益,干燥介质的进口温度宜保持在物料允许的最高温度范围内,但也应考虑避免物料发生变色、分解等理化变化。对于同一种物料,允许的介质进口温度随干燥器型式不同而异。例如,在厢式干燥器中,由于物料是静止的,因此应选用较低的介质进口温度;在转筒、沸腾、气流等干燥器中,由于物料不断地翻动,致使干燥温度较高、较均匀,干燥速度快、时间短,因此介质进口温度可高些。
4.干燥介质离开干燥器时的相对湿度和温度
增高干燥介质离开干燥器的相对湿度φ2,以减少空气消耗量及传热量,即可降低操作费用;但因φ2增大,也就是介质中水汽的分压增高,使干燥过程的平均推动力下降,为了保持相同的干燥能力,就需增大干燥器的尺寸,即加大了投资费用。所以,最适宜的φ2值应通过经济衡算来决定。
对于同一种物料,若所选的干燥器的类型不同,适宜的φ2值也不同。例如,对气流干燥器,由于物料在器内的停留时间很短,就要求有较大的推动力以提高干燥速率,因此一般离开干燥器的气体中水蒸气分压需低于出口物料表面水蒸气分压的50%~80%。对于某些干燥器,要求保证一定的空气速度,因此考虑气量和φ2的关系,即为了满足较大气速的要求,可使用较多的空气量而减少φ2值。
干燥介质离开干燥器的温度t2与φ2应同时予以考虑。若t2降低,而φ2又较高,此时湿空气可能会在干燥器后面的设备和管路中析出水滴,因此破坏了干燥的正常操作。对气流干燥器,一般要求t2较物料出口温度10~30℃,或t2较入口气体的绝热饱和温度高20~50℃。
5.物料离开干燥器时的温度
物料出口温度θ2与很多因素有关,但主要取决于物料的临界含水量Xc及干燥第二阶段的传质系数。Xc值越低,物料出口温度θ2也越低;传质系数越高,θ2越低。
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