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干燥设备的分类和选型方法

时间:2017-06-29 11:46:15 来源:互联网 点击量:17

干燥设备的分类和选型方法所谓干燥就是通过给物料施加一定的能量使水分汽化、蒸发,从而除去水分。干燥是一种传热与传质同时发生的分离过程。由于被干燥物料的状态、物理特性各不相同,至今还没有能够适应所有物料的干燥装置。因此选择干燥装置时重要的一点就是根据具体条件综合考虑选择相对合适的干燥设备,选取最有利且可行的型式与运转条件。

干燥设备的分类

目前,已经工业化的干燥器有多种型式,为了叙述的方便,人们总是将干燥机分成若干类别,干燥机的分类方法有许多,规纳起来有以下几种分类方法:

1、按干燥机操作压力分类:常压干燥设备真空干燥设备

2、按干燥机操作方式分类:间歇操作连续操作干燥机

3、按被干燥物料的状态分类:块状物料带状物料粒状物料膏状物料溶液浆状物料干燥机(在许多情况下,物料的原始状态决定选择干燥器的型式)

4、按干操器给热量方式分类:对流加热干燥机传导加热干燥机其他(辐射加热、高频加热)以及多种传热方式的干燥机等

5、按使用干燥介质的种类分类:对流换热可以分为空气、烟道气、过热蒸汽、惰性气体为干燥介质的干燥器。传导传热可分为导热油、热水、蒸汽等。

6、按干燥器的传热过程分类:绝热干燥过程非绝热干燥过程

其中,绝热干燥过程又可分为两类:一是小颗粒物料干燥器,例如喷雾干燥器、气流干燥器、流化床干燥器、移动床干燥器及回转圆筒干燥机等。二是块状物料干燥器,例如箱式干燥器中的洞道式干燥器、多带式及带式干燥机等。

非绝热干燥过程又分为三小类:真空干燥、传导传热干燥、辐射传热干燥。

7、按干燥器的结构分类:喷雾干燥器流化床干燥器气流干燥器回转圆筒干燥机滚筒干燥机、各种箱式干燥器带式干燥机等。

干燥设备的适用范围

一、对流传热干燥设备的通用范围

现有的干燥设备中,最多的是对流传热干燥。如热空气干燥,热空气和被干燥物料接触进行热交换以蒸发水分。对流干燥机代表性的设备常见类型有空气悬浮干燥机,如流化床干燥机、闪蒸干燥机、气流干燥机、喷雾干燥器、通风干燥机、流动干燥机、气旋转干燥机、搅拌干燥机、平行流动干燥机、回转干燥机等。

实际应用时,有单机使用,也有组合机使用,还有变形机型等。气流干燥机、流化床干燥机、喷雾干燥器等都是以热空气为载热体,在干燥的同时,也完成了物料的转移。此类干燥机的特征主要是没有传动部件。

干燥粉、粒、片状物料,最普通的方式就是在颗粒表面施加热空气或气体流。通过的气流对物料进行传热,使水分蒸发。蒸发后的水蒸汽直接进人空气中被带走,对干燥系统中常用的干燥介质有空气、惰性气体、直接燃烧气体或过热蒸汽。

该方法使热空气与物料直接接触,边加热边除去水分。关键是要提高物料与热空气的接触面积,防止热空气偏流。恒速干燥期间的物料温度几乎与热空气的湿球温度相同,所以使用高温热空气也可以干燥热敏性物料。这种干燥方法干燥速率高,设备投资少,但热效率较低,下面是各类对流干燥设备的基本情况。

1、箱式干燥器

最古老的干燥器之一。物料用盘盛装,料盘摆在架车上逐层逐排放入,用蒸汽或电作为热源,箱内热空气可循环及部分排放,以使干燥较均匀。虽热效率低,但仍在大量的使用,也在继续制造,原因是结构简单,操作不经常照管也无明显问题。但不少物料干燥时须翻盘、翻粉,热敏性物料常易变色,亦不适用于带溶媒物料的干燥。由于物料堆积,其内层传热、传质差,因而干燥速率低。

2、隧道式烘房

系将料盘分置于特制小车上,可逐车间歇进、出隧道,以增加产量及提高热效率。其他结构与箱式干燥器相似。

3、网带式干燥机

可用于干燥玉米、谷物、蔬菜等。此机装有不锈钢丝网制的传动带,物料随带移动,可分段加热。该装置以每段182m长为一单元,最长可连接至40m,每小时处理量可高至4t。恒率干燥阶段热空气温度可达130℃,排气相对湿度可达85%

4、多层涡轮干燥器

其结构为一立式圆筒,内设有若干层转盘,物料可由顶部加人,逐层落下至底部放出。热空气自底部引人,由设于圆筒中心的数个鼓风涡轮叶轮分段循环空气,并于器内壁相应高度设加热器,以补充空气的热量,提高热效率及干燥速率。但该设备不易清洗,对多品种生产及要求洁净的物料较困难。

5、转筒式(或转窑式)干燥器

干燥器为略带倾斜的水平园筒,物料与热空气对流经过干燥器,是一种出现较早的机型。虽然结构比较简单,但热效率高,允许高温操作。现矿山或无机化工行业应用仍较多。若干年来,对筒内扬料板(抄板)结构的改进,增设供热管和内套筒等,都使这种干燥器的性能不断提高,应用范围仍有扩大。

6、气流式干燥器

系将热空气并流携带颗粒,使之受热干燥。为使气流与颗粒有较高相对速度,提高传热传质速率,在直管基础上增加了变径,制成脉冲气流干燥器,脉冲气流干燥器的干燥效率较原来直管气流干燥器要高一些。此外还有将干燥空间制成夹套圆筒,于筒上部切线进热空气及物料,中心管导出的旋风气流干燥器,以在干燥过程中持续加热空气及物料。现在有不少延长停留时间的改进,如涡旋式、套管式等。这类干燥器主要适应散粒、带表面水分的物料。

7、喷雾干燥器

将料液或悬浮液经雾化后,直接用热空气使液滴干成粉粒状产品的装置。雾化方法有离心式喷雾、压力式喷雾、气流式喷雾。干燥室设计中,热空气的引人方式对干燥过程的影响很大。另外,进口热空气的温度与热效率有很大关系,温度越高,热效率也越高。一般进风150℃,热效率约为30%。

8、闪蒸干燥机

装置系于锥形底部进热空气,并设搅拌,使落下的滤饼受强烈搅拌而分散。干燥后细粉则可随气流送至旋风或袋滤器收集。适应处理可分散滤饼或有一定黏度的颗粒物料。

9、粉碎气流干燥器

其原理大致相同,锥底部系切线进风,筒中部加料,底部设搅拌,可不断打散滤饼或略带黏性的颗粒。较细的颗粒随气流旋上,通过器顶的骤缩口可使与气速相应的颗粒排出。其最大产量可达8t/h,据称已广泛应用于颗粒至若干滤饼状物料的干燥。与闪蒸干燥器的区别主要在于底部结构及进风型式。

10、流化床干燥器

系利用气流在对被干燥物料颗粒群的临界速度与带出速度之间作用时,使颗粒形成流化状运动,从而加强两者的传热与传质,常用于精细化工及医药产品。

11、振动流化干燥器

此装置系对流化床干燥器增设使空气分布板或整机振动功能的振动源。由于可以降低操作气速,特别对粒度分布不均的物料,可使干燥速率及热效率均有提高,现已大量应用。

12、惰性粒子流化干燥器

系在流化床干燥器中预先放人惰性粒子,使之流化并加热。然后喷人料液,先以惰性粒子为载体,附于表面,经干燥并因粒子流化时的撞击,而使干物料呈粉状剥落随气流逸出,再由旋风分离器或袋式过滤器捕集获得干燥产品。可以将溶液,悬浮液或浆液直接干燥成粉。

13、喷动床干燥器

系利用底部中心射人的气流,使园筒内中心物料随气流向上移动,在离开料面时仍有上喷作用,而周围颗粒则相对向下移动,形成规则的循环运动,此类干燥装置首先用于谷物干燥。其中心进气速度较快,可以对结团物料有一定的撕裂、分散作用。也可随气流同时喷人溶液作为颗粒包衣或造粒装置。

14、流化造粒干燥器

系将细粉状物料先置于流化床中,在流化时喷入料液,并散布于初置细粉的表面使之逐步干燥。雾滴与粉料的粘结逐步增大颗粒至所需直径,这种装置在尿素造粒等方面已工业规模应用。

凯工  PSG真空耙式干燥机

桂勤  DWT连续网带式干燥机

二、传导传热干燥设备的适用范围

传导干燥也称接触干燥,对于潮湿颗粒非常适应,而传导干燥机热效率较高。蒸发的水蒸汽或有机溶剂由真空抽出或用少量气流排出,气流是湿分的主要载体,对于热敏性颗粒状物料建议用真空操作。在传导干燥机中,桨叶干燥机用于干燥膏状物料。具有内流管的旋转式干燥机现已设计出来并已投人使用。

真空干燥的操作费用昂贵,只是物料必须要在低温或缺氧状态下干燥时,或物料在加热介质和高温下干燥会变质时,才推荐用真空干燥。对于一定的蒸发效率,采用高温操作更有效,这样可以降低气体流速,减小设备体积。对于低温干燥操作,可以选择适当的低温废热或太阳能收集器作为热源,但干燥机的体积比较大。

冷冻干燥是真空条件下干燥的一个特例。在这里,温度在水的三态点之下,水(或冰)直接升华为水蒸汽。尽管升华所需要的热量比蒸发低几倍,其他方面的动力消耗较大,故真空干燥费用还是昂贵的。

传导传热中,由夹套、搅拌、传热管等将热量供给干燥物料,用热媒而不用热空气。代表性的设备是槽型的圆筒干燥机。圆锥搅拌干燥机、夹套和内置加热管回转干燥机、鼓式于燥机、耙式干燥机、真空带式干燥机、真空冷冻干燥机等。在热空气干燥中,恒速干燥时期的温度相当于湿球温度。而在传导传热干燥中,需要人为地创造加热面,使传热面积小而传热系数增加。这样,结构就比较复杂,设备投资比热空气干燥机大。

传导干燥法通过金属等蜀面间接传递干燥所需要的热量。干燥速率比直接干燥法低。恒速干燥期间产品温度与加热源的温度没有关系,大体与装置内气体压力的饱和温度相同。为了提高干燥速率和防止干燥不均,通常用机械搅拌或使容器本身旋转,以增加或不断更新物料的传热面,因此有必要深人研究传热机构的附着问题。干燥装置本身价格昂贵,但其特点是集尘系统的负荷小,热效率高,溶剂容易回收,总的费用比直接干燥法便宜得多。

1、真空干燥机

真空干燥就是在真空条件下加热物料或给物料旋加一定的能量,使湿分内部扩散、内部蒸发、升华、表面蒸发,从而进行低温低压干燥的工艺。具有加热温度低、抗氧化性能好,产品含水率均匀,质量优越、工艺容易控制、应用广泛等优点。

2、附着干燥机

附着干燥机又称转鼓干燥机。主要结构为内部加热的水平转鼓,部分浸入料槽,旋转时借鼓壁的加热将沾附于鼓壁的料液边转边干,干物料被刮刀铲下。其热效率较高,也可在真空下操作,对不易破坏的、可重溶的物料比较适宜。这种方法是使溶液、泥浆状或糊状物料附着在加热的滚筒上进行燥。加热时间短,热效率高,适合中等以下的处理量。

3、冷冻干燥机

系将料液先冷却冻结,随后减压使冰升华而获得干物料。由于整个过程在冰点以下进行,常用于热敏物品的干燥。因真空下对冻结物料的给热比较困难,以及在减压下冷凝升华的水蒸汽需要较大的制冷系统,因此干燥费用较大。冷冻高热敏性物料中的水分,并将在高真空下保持到冰点以下温度。使水分升华而与物料分离。物料中有效成分损失少,但干燥速率低。

4、真空烘箱

由于减压以后,物料蒸发所含挥发物的蒸发温度可以降低,适用于各种热敏、易氧化物料的干燥。此装置常为圆筒或其他可承真空操作的外壳,内以电热或热水、导热油通过加热板或加热管进行供热,适用于小批量间歇生产。

5、双锥形回转真空干燥器

其器身略如橄榄状,两端有盖,中间设两轴以支承器身。器身有夹套以加热,干燥时器身可回转,使物料与器壁经常更换接触,克服了真空烘箱中物料主要依靠加热筒传导而热效率低的缺点。回转真空干燥器在精细化工、医药等方面已应用较广,对黏度大或在回转过程中附着性强的物料不适用。

以上为若干常见干燥装置的基本类型,还有很多变型机以及新近开发的机型亦有广泛的应用。

润邦 YZGFZG系列真空干燥机

燕加隆  YZGFZG真空干燥机

三、辐射传热干燥设备的适用范围

辐射干燥机主要有远红外干燥机、高频干燥机、超声波干燥机等。

各种电磁辐射源波长在太阳光谱到微波范围内,太阳光辐射只能穿透物料的表面。根据太阳辐射的波长,物料只能够吸收一部分人辐射。在粉粒包衣、片状、胶膜等物料的干燥中常使用红外线辐射。尽管大多数潮湿物料在5060Hz频率的电流中是不良导体,但在高频中阻抗会急剧下降。这种辐射可以用来加热颗粒,减少对内部传热的阻力。吸收的能量由水分子来选择,物料的干燥过程达到节能作用。但因这种干燥方式运行费用高,所以只有贵重物料才可采用。

辐射传热干燥是依靠加热板的热辐射能量达到干燥物料的过程。这类装置的关键是辐射能强的辐射加热板和选择物料容易吸收的波长。相当一段时期,都是用3um以下的近红外波段,但近年来,改为用有机物吸收能较高的远红外(大于4tm)陶瓷加热板。远红外加热表面吸收较好,所以作为涂膜的干燥效果较好。实验表明,离表面lmm之内的物料可以吸收大部分远红外能,再厚就很难做到均匀传热。

微波干燥近年来也得到了越来越多的应用,它是用微波作为电磁波直接进入导电体内,使物料中的极性分子和极性基团振动回转,经分子间的内部摩擦,在内部产生热量,达到干燥的目的。这是由电能转变为热能的过程,热效率可达到60%-70%。纯粹用微波干燥运转成本很高,但在减速干燥期间,当水分很难用热空气干燥和传导传热除去时,微波干燥可以作为辅助手段提高干燥速率。在冷冻干燥中,残留的冰也可以用微波干燥法除去。

1、远红外干燥机

用电能产生的红外线,就会产生从表面向内部吸收渗透的效果。因此干燥速率较高,热效率也较高。但其性质与光相同,所以照射时不能留有阴影。

2、高频干燥机

物料置于高频高电压的电场时就会随着水分子运动在物料内部产生均匀摩擦热。这种方法适用于厚板及导热性能差的物料,主要用于木材加工业。

3、超声波干燥机

以适当频率的声波撞击物料,随着激烈的分子运动使空穴作用得以充分发挥,加快了干燥速率,适用于不耐热物料的干燥。

四、组合干燥设备的适用范围

组合干燥机是两种或两种以上干燥形式的组合,对物料而言,主要以串联为主,也就是工作时物料先后通过干燥机两台或两台以上干燥机,组合干燥主要是满足某种干燥工艺的需要。众所周知,每种干燥器都存在一定不足之处,通过同种或两种以上机型串联工作,利用各自的优点,常会起到单台设备所不能实现的目的。最近广泛采用不同干燥方法、不同干燥原理的组合,能发挥各自特长而弥补各自缺点的干燥装置。例如直接干燥与间接干燥法并用,用间接干燥法提供干燥所需要的绝大部分热量。这样就可以提高干燥速率,得到装置体积小,热效率高的直接与间接干燥法并用的干燥装置。

组合式干燥机使用也越来越广泛,如喷雾干燥器和振动流化床干燥机的组合,耙式干燥机和振动流化床干燥机相结合,回转搅拌干燥机、传导搅拌干燥机、气流干燥机和流化床干燥机相结合,目的是获得较低的水分。单用喷雾干燥器可以获得1%一3%水分含量的产品,如要求水分含量在0.3%以下,排气温度往往需要120℃以上,热能的损失很大。同样,如对水分有进一步要求,水分含量低于0.1%,则排气温度要求在130℃以上。为了节省热能,在设计上,一般用90℃排气温度的喷雾干燥器,使水分达到2%,热回收产生的60℃热空气可以用于串联的卧式流化床干燥机,最终水分可以达到0. 1 %以下,而热能可以节约20%

五、不同加热方法的干燥设备的适用范围

使微量热空气通过搅拌型间接干燥机与物料剧烈接触,所需热量的90%用间接干燥法提供。该方法适合大批量处理热敏性物料。

利用直接干燥法的流化床干燥机设有间接的热交换器进行床内加热干燥,所需热量的70%用间接加热提供。这样可以更好地发挥直接干燥法的特点。这种方法特别适合大批量处理粉粒体物料。

物料特征对设备选择的影响

在选择干燥机之前,应认真研究物料的特征,包括干燥前、干燥过程中和干燥后物料的各种情况有应做到心中有数,有时还要附以实验求取必要的数据。选择干燥装置时必须研究以下各项:

1、物料的特性

1)物理特性和化学特性:耐热性、允许温度、热影响(软化、熔化)、密度、比热容、爆炸性、毒性。

2)物料的状态:水分、形状、黏性、流动性。

3)干燥特性:干燥速率、干燥条件(温度、湿度、气体压力与分压)、极限水分、所含水分性质(附着水、内部水、结晶水)。

2、产品的质量要求

1)颗粒规格及分布;

2)松密度;

3)硬度、脆性;

4)流动性;

5)速溶性;

6)色、味;

7)结性;

8)分离性;

9)含尘量。

3、操作方式的选择

1)工作方式:连续式、间歇式;

2)变动幅度:原料水分与处理量的均匀性

选择设备的其他考虑因素

1、产品的回收要求

1)粉尘:产生量、回收方法、再处理方法;

2)溶剂:是否回收、回收的方法及条件、回收率。

2、设备的安装地点

1)设备安装地点:室外还是室内、地面还是楼上;

2)气体情况:温度、湿度、爆炸性、工作环境;

3)公害问题:污染、噪声、振动。

3、设备的建设经费

1)设备费用;

2)基础设施费用;

3)运转费用:辅助物料及人工费;

4)其他:维修费、折旧费、利率。

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