一、干燥器的基本要求
（一）对被干燥物料的适应性
湿物料的外表形态很不相同，从大块整体物件到粉粒体，从黏稠溶液或糊状团块到薄膜涂层。物料的化学、物理性质也有很大差别。煤粉、无机盐等物料能经受高温处理，药物、食品、合成树脂等有机物则易于氧化、受热变质。有的物料在干燥过程中还会发生硬化、开裂、收缩等影响产品的外观和使用价值的物理化学变化。与气、液系统对加工设备的要求不同，能够适应被干燥物料的外观性状是对干燥器的基本要求，也是选用干燥器的首要条件。但是，除非是干燥小批量、多品种的产品，一般并不要求一个干燥器能处理多种物料，通用的设备不一定符合经济、优化的原则。
（二）设备的生产能力要高
设备的生产能力取决于物料达到指定干燥程度所需的时间。物料在降速干燥阶段的干燥速率缓慢，费时较多。缩短降速阶段的干燥时间可从两方面着手：①降低物料的临界含水量，使更多的水分在速率较高的恒速阶段去除；②提高降速阶段本身的速率。将物料尽可能地分散，可以兼达上述两个目的。许多干燥器（如气流式、流化床、喷雾式等）的设计思想就在于此。
（三）能耗的经济性
干燥是一种耗能较多的单元操作，设法提高干燥过程的热效率是至关重要的。在对流干燥中，提高热效率的主要途径是减少废气带热。干燥器结构应能提供有利的气固接触，在物料耐热允许的条件下应使用尽可能高的入口气温，或在干燥器内设置加热面进行中间加热。这两者均可降低干燥介质的用量，减少废气的带热损失。
在恒速干燥阶段，干燥速率与介质流速有关，减少介质用量会使设备容积增大；而在降速阶段，干燥速率几乎与介质流速无关。这样，物料的恒速与降速干燥在同一设备、相同流速下进行在经济上并不合理。为提高热效率，物料在不同的干燥阶段可采用不同类型的干燥器加以组合。
此外，在相同的进、出口温度下，逆流操作可以获得较大的传热（或传质）推动力，设备容积较小。换言之，在设备容积和产品含水量相同的条件下，逆流操作介质用量较少，热效率较高。但对于热敏性物料，并流操作可采用较高的预热温度，并流操作将优于逆流。
二、典型干燥器介绍
（一）常用对流式干燥器
1.喷雾干燥器
黏性溶液、悬浮液以及糊状物等可用泵输送的物料，以分散成粒、滴进行干燥最为有利。所用设备为喷雾干燥器，如图7-17所示。
图7-17 喷雾干燥流程
1-料液；2-压缩空气；3-空气过滤器；4-翅片加热器；5-喷雾干燥器；6-旋风分离器；7-袋滤器；8-风机
喷雾干燥器由雾化器、干燥室、产品回收系统、供热及热风系统等部分组成。雾化器的作用是将物料喷洒成直径为10～60μm 的细滴，从而获得很大的汽化表面（100～600m2/L溶液）。
常用的雾化器有下面三种。
（1）压力喷嘴。用高压泵使液体在3～20MPa的压强下通过孔径为0.25～0.5mm 的喷嘴，离开喷嘴的液体首先形成一圆锥形的薄膜，继而撕成细丝，分散成滴。由于料液通过喷嘴时的速度很高，孔口常易磨损，故喷嘴应使用碳化钨等耐磨材料制造。此种喷嘴不能处理含固体颗粒的液体，否则孔口容易堵塞。
（2）离心转盘。将物料注于5000～20000r/min的旋转圆盘上，借离心力使料液向四周抛出、分散成滴。这种雾化器对各种物料包括悬浮液或黏稠液体均能适用，但传动装置的制造、维修要求较高。
（3）气流式喷嘴。使0.1～0.5MPa的压缩空气与料液同时通过喷嘴，在喷嘴出口处压缩空气将料液分散成雾滴。此种方法常用于溶液和乳浊液的喷洒，也可用于含固体颗粒的浆料。其缺点是要消耗压缩空气，动力费用较大。
液体雾化的优劣直接影响产品的色泽、密度、含水量等品质。但是，无论何种雾化器所产生的液滴直径都分布在一定的范围内。这就有可能使一部分大液滴在其外表面尚未干涸时就碰上干燥器壁，并黏附于壁上。同时，另一部分过细的液滴则因干燥较快，延长了高温阶段的停留时间。因此，理想的雾化器应能产生细小而均匀的雾滴。一般来说，向雾化器输入的能量越多（如压力喷嘴使用的压强越高），所得液滴群的平均直径越小，分布范围也狭小，即液滴较为均匀。
干燥室的基本要求是提供有利的汽液接触，使液滴在到达器壁之前已获得相当程度的干燥，同时使物料与高温气流的接触时间不至于过长。因此，离心转盘造成的雾矩范围大，干燥室的高径比则应较小。反之，压力喷嘴则须采用高径比很大的柱形干燥室。
气流与液滴的流向可作多种安排，应按物料性质妥善选择。
总的来说，喷雾干燥器的设备尺寸大，能量消耗多。但由于物料停留时间很短（一般3～10s），适用于热敏性物料的干燥，且可省去溶液的蒸发、结晶等工序，由液态直接加工为固体成品。喷雾干燥在合成树脂、食品、制药等工业部门中得到广泛的应用。
2.气流干燥器
当湿物料为粉粒体，经离心脱水后可在气流干燥器中以悬浮的状态进行干燥。气流干燥器的主要部件如图7-18所示。
图7-18 气流干燥器
1-料斗；2-螺旋加料器；3-空气过滤器；4-风机；5-预热器；6-干燥管；7-旋风分离器
空气由风机吸入，经翅片加热器预热至指定温度，然后进入干燥管底部。物料由加热器连续送入，在干燥管中被高速气流分散。在干燥管内气固并流流动，水分汽化。干物料随气流进入旋风分离器，与湿空气分离后被收集。
气流干燥器操作的关键是连续而均匀地加料，并将物料分散于气流中。连续加料可使用各种形式的加料器。但是，黏并成团的潮湿粉粒往往难于分散。为使湿物料在入口处借气流获得必要的分散，管内的气速应大大超过单个颗粒的沉降速度，常用的气速约在10～20m/s以上。由于干燥管的高度有限，颗粒在管内的停留时间很短，一般仅2s左右。因颗粒尺寸很小，在此短暂时间内可将颗粒中的大部分水汽化，使含水量降至临界值以下。
须指出，在整个干燥管的高度范围内，并不是每一段都同样有效。在加料口以上1m 左右，物料被加速，气固相对速度最大，给热系数和干燥速率亦最大，是整个干燥管中最有效的部分。在干燥管上部，物料已接近或低于临界含水量，即使管子很高，仍不足以提供物料升温阶段缓慢干燥所需要的时间。因此，当要求干燥产物的含水量很低时，应改用其他低气速干燥器继续干燥。
3.流化床干燥器
降低气速，使物料处于流化阶段，可以获得足够的停留时间，将含水量降至规定值。图7-19是常用的几种流化床干燥器。
工业用单层流化床多数为连续操作。物料自圆筒体或矩形筒体的一侧加入，自另一侧连续排出。颗粒在床层内的平均停留时间（即平均干燥时间）为
图7-19 流化床干燥器
1-多孔分布板；2-加料口；3-出料口；4-挡板；5-物料通道（间隙）；6-出口堰板
由于流化未内固体颗粒的均匀混合，每个颗粒在床内的停留时间并不相同，这使部分湿物料未经充分干燥即从出口溢出，而另一些颗粒将在床内高温条件下停留过长。
为避免颗粒混合，可使用多层床。湿物料逐层下落，自最下层连续排出。也可采用卧式多室流化床，此床为矩形截面，床内设有若干纵向挡板，将床层分成许多区间。挡板与床底部水平分布板之间留有足够的间距供物料逐室通过，但又不致完全混合。将床层分成多室不但可使产物含水量均匀，且各室的气温和流量可分别调节；有利于热量的充分利用。一般在最后一室吹入冷空气，使产物冷却而便于包装和储藏。
流化床干燥器对气体分布板的要求不如反应器那样苛刻。在操作气速下，通常具有1kPa压降（或为床层压降的20%～100%）的多孔板已可满足要求。床底应便于清理，去除从分布板小孔中落下的少量物料。对易于黏结的粉体，在床层进口处可附设3～30r/min的搅拌器，以帮助物料分散。
流化床内常设置加热面，可以减少废气带热损失。
4.转筒干燥器
经真空过滤所得的滤渣、团块物料以及颗粒较大而难以流化的物料，可在转筒干燥器内获得一定程度的分散，使干燥产品的含水量能够降至较低的数值。
干燥器的主体是一个与水平略成倾斜的圆筒，如图7-20（a）、（b）所示，圆筒的倾斜度约为1/15～1/50，物料自高端送入，低端排出，转筒以0.5～4r/min缓缓地旋转。转筒内设置各种抄板，在旋转过程中将物料不断举起、撒下，使物料分散并与气流密切接触，同时也使物料向低处移动。常见的抄板如图7-20（c）所示。
图7-20 转筒干燥器(www.xing528.com)
热空气或燃烧气可在器内与物料作总体上的同向和逆向流动。为便于气固分离，通常转筒内的气速并不高。对粒径小于1mm 的颗粒，气速为0.3～1m/s；对于5mm 左右的颗粒，气速约在3m/s以下。
物料在干燥器内的停留时间可借转速加以调节，通常停留时间为5min乃至数小时，因而使产品的含水量降至很低。此外，转筒干燥器的处理量大，对各种物料的适应性强，长期以来一直广为使用。
（二）非对流式干燥器
1.耙式真空干燥器
这是一种以传导供给热量、间歇操作的干燥器，结构如图7-21所示。
在一个带有蒸汽夹套的圆筒中装有一个水平搅拌轴，轴上有许多叶片以不断地翻动物料。汽化的水分和不凝性气体由真空系统排除，干燥完毕时切断真空并停止加热，使干燥器与大气相通，然后将物料由底部卸料口卸出。
图7-21 耙式真空干燥器
1-外壳；2-蒸汽夹套；3-水平搅拌器
耙式真空干燥器是通过间壁传导供热，操作密闭，无须空气作为干燥介质，故适用于在空气中易氧化的有机物的干燥。此种干燥器对糊状物料适应性强，物料的初始含水量允许在很宽的范围内变动，但生产能力很低。
2.红外线干燥器
利用红外线辐射源发出波长为0.72～1000μm 的红外线投射于被干燥物体上，可使物体温度升高，水分或溶剂汽化。通常把波长为5.6～1000μm 的红外线称为远红外线。
不同物质的分子吸收红外线的能力不同。像氢、氮、氧等双原子的分子不吸收红外线，而水、溶剂、树脂等有机物则能很好地吸收红外线。此外，当物体表面被干燥之后，红外线要穿透干固体层深入物料内部比较困难。因此红外线干燥器主要用于薄层物料的干燥；如油漆、油墨的干燥等。
目前，所用的红外线辐射源有两种：一种是红外线灯，用高穿透性玻璃和钨丝制成。钨丝通电后在2200℃下工作，可辐射0.6～3μm 的红外线，灯泡呈抛物面以使辐射线束较为集中。红外线灯也可制成管状或板状，常用的单灯功率有190w、200w 等。灯与物体的距离直接影响物体的干燥温度和干燥时间。单个灯或干燥装置中还带有各种反光罩，使红外线集中于物体的某一局部或平行投射于整个物体。另一种辐射源是使煤气与空气的混合气（一般空气量是煤气量的3.5～3.7倍）在薄金属板或钻了很多小孔的陶瓷板的背面发生无烟燃烧，当板的温度达到了340℃～800℃时（一般是400℃～500℃）即放出红外线。
间歇式的红外线干燥器可随时启闭辐射源；也可以制成连续的隧道式干燥器，用运输带连续地移动干燥物件。
红外线干燥器的特点：
（1）设备简单，操作方便灵活，可以适应干燥物品的变化；
（2）能保持干燥系统的密闭性，免除干燥过程中溶剂或其他毒物挥发对人体的危害，或避免空气中的尘粒污染物料；
（3）耗能大，但在某些情况下这一缺点可为干燥速率快所补偿；
（4）因固体的热辐射是一个表面的过程，故仅限于薄层物料的干燥。
3.冷冻干燥器
冷冻干燥是使物料在低温下将其中水分由固态直接升华进入气相而达到干燥的目的。图7-22为冷冻干燥器示意图。
图7-22 冷冻干燥器
1-干燥器；2-搁板；3-冷凝器
湿物料置于干燥箱内的若干层搁板上。首先用冷冻剂预冷，将物料中的水冻结成冰。由于物料中的水溶液的冰点较纯水低，预冷温度应比溶液冰点低5℃左右，一般约为-5℃～-30℃。随后对系统抽真空，使干燥器内的绝对压强约保持为130Pa，物料中的水分由冰升华为水汽并进入冷凝器中冻结成霜。此阶段应向物料供热以补偿冰的升华所需的热量，而物料温度几乎不变，是一个恒速阶段。供热的方式可用电热元件辐射加热，也可通入热煤加热。干燥后期，为升温阶段，可将物料升温至30℃～40℃并保持2～3h，使物料中剩余水分去除干净。
冷冻干燥器主要用于生物制品、药物、食品等热敏物料的脱水，以保持酶、天然香料等有效成分不受高温或氧化破坏。在冷冻干燥过程中物料的物理结构未遭破坏，产品加水后易于恢复原有的组织结构。但冷冻干燥费用很高，只用于少量贵重物品的干燥。
三、干燥器的选型
在化工生产中，为了完成一定的干燥任务，需要选择适宜的干燥器形式。
通常，干燥器选型应考虑以下各项因素：
（1）产品的质量。例如，在医药工业中许多产品要求无菌，避免高温分解，此时干燥器的选型主要从保证质量上考虑，其次才考虑经济性等问题。
（2）物料的特性。物料的特性不同，采用的干燥方法也不同。物料的特性包括物料形状、含水量、水分结合方式、热敏性等。例如，对于散粒状物料，以选用气流干燥器和沸腾干燥器为多。
（3）生产能力。生产能力不同，干燥方法也不尽相同。例如，当干燥大量浆液时可采用喷雾干燥，而生产能力低时宜用滚筒干燥。
（4）劳动条件。某些干燥器虽然经济适用，但劳动强度大、条件差，且生产不能连续化，这样的干燥器特别不宜处理高温有毒粉尘多的物料。
（5）经济性。在符合上述要求下，应使干燥器的投资费用和操作费用为最低，即采用适宜的或最优的干燥器形式。
（6）其他要求。例如，设备的制造、维修、操作及设备尺寸是否受到限制等也是应考虑的因素。
此外，根据干燥过程的特点和要求，还可采用组合式干燥器。例如，对于最终含水量要求较高的可采用气流-沸腾干燥器；对于膏状物料，可采用沸腾-气流干燥器。
【议一议】
干燥技术在我们的实际生活中有哪些具体的应用？
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