多種干燥器工作原理

發(fā)布時間：

2023-08-28 09:52

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械設備。

一、應用

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、含有固體物質的懸浮液或溶液一般先經(jīng)機械脫水或加熱蒸發(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。由于自然干燥遠不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要，各種機械化干燥器越來越廣泛地得到應用。

在干燥過程中需要同時完成熱量和質量(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。

熱量從高溫熱源以各種方式傳遞給濕物料，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，這個階段稱為恒速干燥階段；當物料濕含量降低到某一程度，內(nèi)部濕分向表面的擴散速率降低，并小于表面汽化速率時，干燥速率即主要由內(nèi)部擴散速率決定，并隨濕含量的降低而不斷降低，這個階段稱為降速干燥階段。

二、分類

干燥器可按操作過程、操作壓力、加熱方式濕物料運動方式或結構等不同特征分類。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；傳導式干燥器又稱間接式干燥器，它利用傳導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設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，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，結構也較復雜，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變?yōu)闊崃窟M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)生熱效應進行干燥。

按濕物料的運動方式，干燥器可分為固定床式、攪動式、噴霧式和組合式；按結構，干燥器可分為廂式干燥器、輸送機式干燥器、滾筒式干燥器、立式干燥器、機械攪拌式干燥器、回轉式干燥器、流化床式干燥器、氣流式干燥器、振動式干燥器、噴霧式干燥器以及組合式干燥器等多種。

對濕物料進行干燥的設備。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,通常需對氣流先作減濕處理；⑤汽化單位質量水分的能耗較傳導式干燥器高，最終產(chǎn)品含水量較低時尤甚；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是：①熱量通過器壁(通常是金屬壁)，以熱傳導方式傳給濕物料；②物料的表面溫度可以從低于冰點（冷凍干燥時）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)強度大，設備緊湊，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行干燥。這種加熱的特點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擴散方向一致，可以加快水的汽化，縮短干燥時間，這種干燥器特別適用于干燥過程中容易結殼以及內(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，目前主要應用于食品及輕工生產(chǎn)。進行干燥器的設計計算，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)驗性，主要應當考慮以下幾個方面：①物料和產(chǎn)品的特點，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)品的價格等。②與生產(chǎn)過程有關的條件，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)濟指標。經(jīng)過上述幾方面的綜合考慮，對各類干燥器進行比較篩選后，一般只剩下為數(shù)不多的幾種干燥器，然后進行小試，尋找最適宜的操作參數(shù)及結構參數(shù)，最后根據(jù)設備價格和小試情況，決定采用何種干燥器。

三、幾種特點

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，將鋪有待干燥藥品的料盤放在加熱板上，關閉箱門，箱內(nèi)用真空泵抽成真空。加熱板在加熱介質的循環(huán)流動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80年代原料藥行業(yè)多用此設備為主要干燥器，但由于不易對料盤進行在線清洗和在線滅菌，干燥速度慢，工人勞動強度大，而且為實現(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)上已很少應用，多用于中、小試生產(chǎn)或包材熱處理。

四、影響因素

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鍵。當高于某一溫度時，水分子和聚合物鏈間的引力會大大降低，水汽就被干燥的空氣帶走。

露點

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)。然后，通過加熱空氣來降低它的相對濕度。這時，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散。

時間

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

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，并且將這個溫度維持一定的時間。

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