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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性液體成分)汽化逸出,以獲得規定濕含量的固體物料的機械設備。

發展歷史

遠古以來,人類就習慣于用天然熱源和自然通風來干燥物料,完全受自然條件制約,生產能力低下。隨生產的發展,它們逐漸為人工可控制的熱源和機械通風除濕手段所代替。

近代進化

近代干燥器開始使用的是間歇操作的固定床式干燥器。19世紀中葉,洞道式干燥器的使用,標志著干燥器由間歇操作向連續操作方向的發展。回轉圓筒干燥器則較好地實現了顆粒物料的攪動,干燥能力和強度得以提高。一些行業則分別發展了適應本行業要求的連續操作干燥器,如紡織、造紙行業的滾筒干燥器。

20世紀初期,乳品生產開始應用噴霧干燥器,為大規模干燥液態物料提供了有力的工具。40年代開始,隨著流化技術的發展,高強度、高生產率的沸騰床和氣流式干燥器相繼出現。而冷凍升華、輻射和介電式干燥器則為滿足特殊要求提供了新的手段。60年代開始發展了遠紅外和微波干燥器。

應用

干燥過程需要消耗大量熱能,為了節省能量,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機械脫水或加熱蒸發,再在干燥器內干燥,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發展的需要,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部出現濕含量的差別。內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。

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為熱量進行干燥;介電式干燥器是利用高頻電場作用,使濕物料內部發生熱效應進行干燥。

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。各種生產過程需經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℃,使之產生紅外線,用以加熱被干燥的物料。輻射干燥器生產強度大,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,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。由于物料內部的含水量比表面高,因此物料內部獲得的能量較多,物料內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。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驗性,主要應當考慮以下幾個方面:

①物料和產品的特點,例如物料的形態(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,產品要求的最終含水量,產品是否允許稍有污染,形體是否允許稍有改變,產品的最高允許溫度和產品的價格等。
②與生產過程有關的條件,例如處理的物料量,干燥的前處理與后處理情況,揮發的溶劑,是否回收等。
③干燥器的操作性能和經濟指標。經過上述幾方面的綜合考慮,對各類干燥器進行比較篩選后,一般只剩下為數不多的幾種干燥器,然后進行小試,尋找最適宜的操作參數及結構參數,最后根據設備價格和小試情況,決定采用何種干燥器。

干燥器的發展還要重視節能和能量綜合利用,如采用各種聯合加熱方式,移植熱泵和熱管技術,開發太陽能干燥器等;還要發展干燥器的自動控制技術、以保證最優操作條件的實現;另外,隨著人類對環保的重視,改進干燥器的環境保護措施以減少粉塵和廢氣的外泄等,也將是需要深入研究的方向。

2、搬移干燥器時,要用雙手拿著,用大拇指緊緊按住蓋子。

3、打開干燥器時,不能往上掀蓋,應用左手按住干燥器,右手小心地把蓋子稍微推開,等冷空氣徐徐進入后,才能完全推開,蓋子必須仰放在桌子上。

4、不可將太熱的物體放入干燥器中。

5、有時較熱的物體放入干燥器中后,空氣受熱膨脹會把蓋子頂起來,為了防止蓋子被打翻,應當用手按住,不時把蓋子稍微推開。

6、灼燒或烘干后的坩堝和沉淀,在干燥器內不宜放置過久,否則會因吸收一些水分而使質量略有增加。

7、變色硅膠干燥時為藍色,受潮后變粉紅色。可以在120℃烘受潮的硅膠待其變藍后反復使用,直至破碎不能用為止。

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的溫度和露點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。