对干燥技术的认识与干燥设备的评价

干燥技术涉及很多学科，又是一门实践性很强的技术，干燥工程可以说是艺术与经验的结合。正确理解和评价干燥技术与设备具有现实意义。结合干燥工程的实际，总结一些看法和认识，包括干燥曲线的理解和应用，性能评价的火用效率分析及干燥技术的环境问题和某些局限性。 　　关于干燥曲线 　　经典的干燥曲线是在很少量物料、大风量、静态下干燥得到的物料湿含量与时间的关系曲线，指导实际工程设计有很大的局限性。在干燥理论（包括基础、模型、仿真）突破之前，最实用可靠的工程设计、系统选型还必须依靠干燥曲线。但干燥曲线是物料在特定设备及工艺条件下获得的，各主要参数设定按实验设计方法选定，根据测试结果优化设计合理的干燥曲线，作为实际工程设计的依据。这方面的工作在真空冷冻干燥设备上做得比较好一些，也就是经常谈到的冻干曲线。 　　因为干燥的目的或定义就是去除物料中的水分（溶剂），产品的终含水量是重要的性能指标，水分的去除是一个传质的过程，所以干燥时间主要由传质决定，加热的目的也是加快传质。干燥同一种物料，采用不同的设备和工艺，需要的干燥时间相差很大，这也能直观地体现在干燥曲线的不同上。干燥曲线甚至可能由两种以上设备及工艺组合干燥而得。 　　干燥设备性能评价 　　干燥设备多种多样，如何评估干燥设备性能是一个综合问题，应从三个方面考虑：以热力学第一定律为依据的热效率分折，以热力学第二定律为依据的火用分析，干燥的环境负荷分析。这是发展高效节能优质低污染先进干燥技术的要求。 　　热效率和火用 效率是从用能的量和质两方面对干燥系统进行分析。现在评价干燥设备（系统）主要考虑能量利用的量，主要有单位失水能耗（3350～6280kJ/kgH2O）及热效率（30%～50%）,是环境条件下能量中理论上能够转变为有用功的那一部分。火用分析法试图在干燥系统设计中形成一个切实可行的热力和经济学计算方法，目标是使整个系统设计最优化。 　　对于热风干燥设备系统，损失最大两项是排风物理火用 损，其次是温差传热火用损。节能方向首先是要考虑利用排风热量，其次是要设法降低传热温差，要大力提倡使用低品位热源，利用太阳能和工业余热，采用热泵除湿热风循环技术，发展组合干燥设备，采用组合干燥工艺。 排风余热回收可节能10%～15%。 　　蒸汽传导加热系统一般采用节流减压的方法调整供汽压力适应设备要求，造成能量贬值，而且还会使冷凝水难以通畅地排出，从而降低了换热设备的强度。热泵冷凝汽的回收供热替代传统的蒸汽系统可以节能降耗，对造纸烘缸来说可节能15%。 　　在我国干燥热源使用热风炉很普遍，从热力学第一定律考虑，热效率很高，达65%～75%，但火用效率要低的多（尤其是高温干燥），从用能品质来说是很大的浪费。尽量发展中低温干燥设备，虽然初期增加设备的投资，但对于降低干燥成本、能量合理利用与经济可持续发展有利。 　　同时有蒸发浓缩、干燥等多种用热设备的企业，还可应用过程集成方法的网络优化和窄点（狭点）技术进行优化设计。 　　总之，余热回收、中低温干燥、组合干燥都会带来设备的增加与增大，使初期投入增加，因而必须与干燥成本统一考虑，这正是现代干燥技术面临的综合课题。从现有技术水平看，增加的设备投入在3个月到一年之内均可回收，对于中大型干燥设备系统，其效果是很明显的。 　　环境负荷与干燥技术的局限性 　　环境问题关系到经济的可持续发展，很多工程都把环境评估作为重要项目来考虑。干燥设备系统的噪音、物料的粉尘、燃煤的含二氧化硫、尾气的排放都是干燥技术面临的环境问题。对干燥装置的环境负荷分析表明，使用清洁能源，充分回收利用排气余热，在保证干燥速率的前提下降低尾气的排气温度，均可显著降低干燥过程的环境负荷。这与火用分析的结论是一致的。 　　解决环境问题，给干燥技术的发展又提出了新的课题。很多行业的污染物需要干燥设备来处理，如发酵酿造行业的废水废渣处理、污水处理后的污泥干燥、燃煤的喷雾脱硫技术等。 　　干燥是耗能很高的单元操作，其本身就形成了很大的局限性。随着包装储藏技术的发展、运输成本的降低，以前需要干燥处理的物料不必进行干燥，如牛奶、蔬菜等。机械脱水及蒸发工艺对于处理高含水物料具有很大优势，这就要求干燥技术人员针对性地干燥经机械方法、蒸发浓缩工艺处理物料。 　　基于以上对干燥的认识和评价，下面着重谈三个问题： 　　⑴干燥试验 　　干燥过程是相当复杂的，证实干燥设备适用性的现有唯一方法是在所选干燥设备上作物料试验，通常采用正交试验法。这需要设计人员从干燥技术的角度设计实验和分析结果，以检验各参数对干燥的影响程度。 　　经过长期的实践，人类在干燥工程上积累了大量应用成果，也可从工程中的数据来推理，从而简化实验。假设干燥介质空气的速率是恒定的，这与实际情况是符合的，有以下关系式③： 　　根据旧的参数及一些新的参数可推出另一些新的参数。 　　⑵组合干燥 　　工程技术人员越来越认识到组合干燥的意义，这主要体现在生产能力的增大，热效率的提高。典型应用主要有喷雾与振动流化床组合干燥奶粉，节能20%～30%。箱式干燥与闪蒸干燥组合干燥永固紫颜料，产量增大一倍。内热式流化床干燥精制盐，热效率提高50%。 　　⑶蓄热式燃烧技术的应用 　　蓄热式燃烧技术及高温空气燃烧技术具有热效率高、降低NoX污染排放、设备尺寸小的特点；近10年来这项技术主要在发达国家实施推广。中国也已见诸行动。这项技术开创了革命性的燃烧器和炉窑设计，在钢铁加热领域其节能和清洁燃烧效果十分显著。作为干燥设备的重要组成部分热风炉可以借鉴和应用这一全新的燃烧技术。这一技术又被称为环境协调型燃烧技术。 　　结论 　　① 科学实验方法的研究对干燥设备设计选型非常重要。 　　② 全面评估干燥设备对发展现代干燥技术有促进作用。 　　③ 在实际工作中，干燥技术人员要重视环境负荷问题。 · 行业聚焦：     目前，在众多的干燥设备中，喷雾干燥机是产值较高的干燥器之一，每台套从几十万到几百万之间。在温州、上海、无锡、江阴、西宁等地有多家喷雾干燥机的专业制造厂，每年向用户提供上百套喷雾干燥设备。从研究方面，每次全国干燥会的学术论文中，喷雾干燥机技术的研究内容占各机型之首，理论的不完善性和应用的广泛性始终吸引着大批研究人员的目光。 　　喷雾干燥机是处理溶液、悬浮液或泥浆状物料的干燥设备。它是用喷雾的方法，使物料成为雾滴分散在热空气中，物料与热空气呈并流、逆流或混流的方式互相我国干燥设备的应用已有几十年的历史，但大规模干燥技术的开发是近20年的事。而用于药品生产的各种干燥装置必须符合GMP规范的要求，如保证药品生产质量整批均一、设备中不应存在“积料”现象、设备还须原位清洗(CIP)与原位灭菌(SIP)以及对直接接触药品的材质也有特殊要求等。 　　药品的干燥根据不同的性质和要求大致可采用二类方法：一类是从水溶液直接喷雾干燥成为颗粒，如链霉素、庆大霉素等；另一类是溶液经结晶、过滤后将结晶物进行干燥，其中对于热敏性药物（如生物制剂等）可选用冷冻干燥。 　　1.问题的提出 　　在无菌原料药生产中，对结晶状药物干燥而言，除在我国一直在倡导节能减排技术，太阳能干燥器的研究一直是一个比较前言的话题，因为是属于新能源方面的，各种试验也在不断的进行，大体上可分为：整体式和抛物面聚光型、集热器型、温室型、温室结合型与集热器。下面我们简单的介绍一下以上干燥器中的前沿技术：盔体式太阳能干燥器。 　　浙江省沼气太阳能研究所建造了一座整体式结构的温室型盔体式太阳能干燥器，采光面积为196m2。采用活动盖板保温以减少夜间干燥器透明盖层的热损失，使用单片机对干燥过程的温、湿度等干燥工艺参数实现监控。该装置与小水电相结合，多能互补，全天候运行，主要用于香菇、木耳等农副产品干燥。 　　盔体式太阳能干燥器将太阳能空气集热器与干 　　微波处理废水的方法，其特征在于在待处理的生活和工业废水中加入试剂进行预处理，使被处理废水ｐＨ＝７，让其进入微波场中，在微波场的作用下使废水中的污染物迅速产生物化反应与水分离，经微波场出来的固液二相流经固液分离器将液体和固体分开。本发明能使废水处理工程小型分散化，堵住污染源头，大大减少现行废水处理工程占地面积，节省现行污水处理工程建设的巨大耗资，实现废水处理工程的实用、高效、节能、低运行费用。品价值比较高，设备价格和生产费用在产品总价值中所占的比重比较小，这样的用户就可以选择一些档次比较高的设备，以提高设备的可靠性。例如用TSHJ系列重型双轴桨叶混合机生产饲料预混料，不仅完全能满足其各项精度要求，而且因各种偶然因素造成故障的可能性要较其它常用设备远远降低。 　　综上所述．要获得良好的设备性能价格比，需要采购人员对设备的各项精度指标、各类工 　　况条件和本企业的经济状况都有全面的了解，然后根据实际情况综合比较，科学选择。另外， 　　提出对物料混合过程和混合效果的各项具体要求，由经验丰富的生产商提供选型及其选型的相 　　关依据也不失为一种切实可行的办法。

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