东北大学毕业设计（论文） 第1章绪论

h.不规则形状的物料，如陶瓷制品等。 i.连续的薄片状物料，如带状织物、纸张等。 j.零件及设备的涂层，如机械产品的涂层等。

（2）物料的物理化学性质与被干燥物料的物理化学性质是决定干燥介质种类、干燥方法和干燥设备的重要因素，因此，干燥器的设计者要了解。

a.物料的化学性质。如组成、热敏性（软化点、熔点或分解点），物料的毒性，可燃性，氧化性和酸碱性（度）、摩擦带电性、吸水性等。

b.物料的热物理性质。如物料含水率、假密度、真密度、比热容、热导率及粒度和粒度分布等。

对于原料液还应当知道浓度、粘度及表面张力等。

c.其他性质，如膏糊状物料的粘附性、触变性（即膏糊状物料在振动场中或在搅动条件下，物料可从塑性状态，过渡到具有一定流动性的性质），这些性质在设计干燥器及加料器时可加以利用。

（3）物料与水分结合的性质固体与水分结合的方式是多种多样的，它可以是物料表面附着的，也可以是多孔性物料孔隙中滞留的水分，也可以是物料所带的结晶水分及透入物料细胞内的溶胀水分等。物料与水结合方式不同，除去的方法也不尽相同。例如物料表面附着的水分和大毛细管中的水分，是干燥可以除去的；化学结合水，不属于干燥的范围，经干燥后，它仍残存在物料中。

1.3.2干燥介质的特性

大多数工业干燥过程均采用预热后的空气作为干燥介质。环境空气是含有少量水蒸气的气汽混合物，所以又称为湿空气。干燥理论中之所以称其为“干燥介质”，是因为它在干燥过程中承担着热湿载体的作用。它将热量传递给湿物料，为其提供干燥能量；同时，又把湿物料中的湿分（通常是水分）携带出干燥器，从而达到了干燥的目的。

1.4干燥过程的节能

干燥是能量消耗较大的单元之一。因为不论是干燥液体物料、浆状物料，还是含湿的固体物料，都要将液态水变成气态， 所以需要供给较大的汽化潜热。通常把干燥过程中蒸发1㎏水分所消耗的能量称为单位能耗。

1.4.1干燥装置的能量利用率

所谓干燥装置的能量利用率?e是指装置脱去水分所需要的能量E1与供给装置能量

E2之比，即：

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?e?E1 ?100% （1-1）

E2式中：?e—干燥装置的能量利用率，%；

E1—脱水所需要的能量，J； E2—供给装置能量，J。

1.4.2干燥器的热效率

干燥器的热效率?t是指干燥过程中用于水分蒸发所需要的热量Q1与热源提供的热量Q2之比，即：

?t?式中：?t—干燥器的热效率，%；

Q1（1-2） ?100%

Q2Q1—水分蒸发所需要的热量，J；

Q2—热源提供的热量，J。

1.4.3干燥操作的节能途径

由于干燥操作的能耗是如此之大，而能量利用率又很低，特别是近年来随着能源危机的出现，能源价格的不断上涨，因此，有必要采取措施改变干燥设备的操作条件，选择热效率高的干燥装置，回收排出废气中的部分热量来降低生产成本。

(1)减少干燥过程的各种热损失； (2)降低蒸发器的蒸发负荷；

(3)提高干燥器入口空气温度、降低干燥器出口废气温度； (4)部分废气循环；

(5)从干燥器出口废气中回收热量； (6)从固体产品中回收其显热。

1.5干燥器的分类与选择

1.5.1干燥器的分类

（1）按干燥器操作压力分 可分为常压式和真空式干燥器两类。 （2）按干燥器操作方式分 可分为间歇操作和连续操作的干燥器两类。 （3）按被干燥物料的状态分 可以分为块状物料、带状物料、粒状物料、膏状物料、溶液或浆状物料干燥器等。

（4）按干燥器供给物料热量的方法分 可以分为传导加热干燥器、对流加热干燥

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器、辐射加热干燥器、高频加热干燥器等。

（5）按干燥器使用干燥介质的种类分 可以分为空气、烟道气、过热水蒸气、惰性气体为干燥介质的干燥器。

（6）按干燥器的构造分 可以分为喷雾干燥器、流化床干燥器、气体干燥器、回转圆筒干燥器、滚筒干燥器、各种厢式干燥器等。

（7）一种较新的分类方法，把干燥器分为两大类、五小类 两大类是绝热干燥过程和非绝热干燥过程。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器等。二是块状物料干燥器，例如厢式干燥器中的洞道式干燥器、多带式及带式干燥器等。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，其特点是非绝热系统。

1.5.2干燥器的选型

干燥器的选型，一般要考虑多种因素，如是物料的状态、性质、干燥产品的要求（产品终含湿量、结晶形式及光泽等），产品的大小以及所采用的热源等为出发点，结合干燥器的分类，参考干燥器的选型表，确定所适合的干燥器类型。但是，能够适用于某一干燥物料的干燥器往往有几种，例如，对用于炼焦、低温干馏、煤的气化以及特殊用途的燃烧煤粉，为了改善其使用功能（提高发热量，改善研磨性能），需要进行干燥。在选型时，可根据物料是块状，又是大量连续生产的，查“干燥器选择表”可以采用气流干燥、回转圆筒干燥器、单室连续流化床干燥器、竖式（移动床）干燥器等。又如，绦纶切片的干燥，根据物料的状态、处理方式可用气流干燥器、回转圆筒干燥器、多层连续流化床干燥器、卧式多室流化床干燥器等。至于选用何种干燥器一方面可借鉴目前生产采用的设备，另一方面，可利用干燥设备的最新发展，选择适合该任务的新设备。如这两方面都无资料，就应在实验的基础上，再经技术经济核算后做出结论，才能保证选用的干燥器在技术上可行，经济合理，产品质量优良。

1.6干燥技术的进展

目前干燥技术发展的总趋势为：

1.6.1干燥设备研制向专业化方向发展

由前所述，干燥设备应用极广，遍及国民经济各部门，而且需要量也很大，因此为干燥设备向专业化方向发展打下了基础。

1.6.2干燥设备的大型化、系列化和自动化

从干燥技术经济的观点来看，大型化的装置，具有原材料消耗低、能量消耗少、自动化水平高、生产成本低的特点。设备系列化，可对不同生产规模的工厂及时提供成套

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设备和部件，具有投产快和维修容易的特点。例如，喷雾干燥装置，最大生产能力为55.6kg/s产品；流化床干燥器（干燥煤）生产能力可达到97kg/s产品；双层流化床干燥器，最高年处理物料达11×108。

1.6.3改进干燥设备，强化干燥过程

近年来，常用的干燥设备（喷雾、流态化、气流干燥等），仍在原有的基础上改进和发展。

（1）改善设备内物料的流动状况（或干燥介质的流体力学状况），强化和改善干燥过程。例如气流干燥器，从直管气流干燥，改成脉冲气流，使被干燥粒子在脉冲气流的作用下多次的加速，强化传热传质过程。又如，改进喷雾干燥器的进风装置，达到控制雾滴的运动状况等。

（2）增添附属装置，改善干燥器的操作，扩大干燥设备的使用范围。

在气流干燥器的流程中，增添分散器，使气流干燥器用于分散性差的湿物料的干燥；增添破碎机，使气流干燥器用于块状物料的干燥；增添混合器，使气流干燥器用于含水量很高的物料；增添分级机，以解决产品粒度的均匀化等。

在喷雾干燥方面，研制了高粘度物料的雾化器；研制各种喷雾干燥器的进气分布装置，使干燥塔中心与塔壁的气速基本一致，减少喷雾干燥的粘壁；安装电磁自动振动装置，防止物料粘壁等。

在流化床干燥器中，增添附属装置，改善其操作性能。例如在单层圆筒形流化床中，添加旋转分隔板，分隔板从流化床中部开始旋转分隔直至出料口。湿物料从流化床中部加入，在旋转隔板的控制下，物料从进口至出口一边流化一边运动，而不会“短路”，因此，物料在流化床中的停留时间均匀。在双层流化床中的上层，增添摆动的物料松动器，当流化床操作时，松动器不停摆动，松动物料，避免形成死床层，以改善流化床的特性。在卧式多室流化床中的第一室，增添搅拌装置，使凝聚的湿物料分散，同时排除不能流化的大颗粒。此外，在卧式多室流化床，把固定隔板改成悬挂在回转链上的运动隔板，在运动隔板的作用下，物料从加料端均匀地移到出料端，实现了物料的“活塞流”，可使被干燥物料停留时间均匀，产品含水率均匀。

1.6.4采用新的干燥方法及组合干燥方法

近年来高频干燥、微波干燥、红外线干燥以及组合干燥发展较快。其他，如利用弹性振动能，强化固体物料的干燥。通过弹性振动能声波对固体物料表面作用，可使湿固体表面流体边界层破坏，减小传热和传质的阻力，故能强化干燥，但声强不能低于143

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——145dB。

1.6.5降低干燥过程中能量的消耗

干燥是消耗热量很大的化工单元装置。在干燥过程中，热效率变化很大，如药片包衣干燥时，热效率为7%；食品添加剂的流态化干燥，热效率为20%左右；一般化学工业中干燥热效率为20%——50%。

提高干燥过程热效率的主要措施如下：

（1）对现有干燥设备，加强热管理。如防止干燥介质的泄漏，使燃烧炉中的燃烧完全，对带有热风循环的干燥设备，尽可能地保持最大的循环风量等。

（2）改善设备的保温。一般干燥器损失热量为3%——30%,。在对干燥器散热量进行测定的基础上，采取措施，改善设备的保温，减少热损失。

（3）防止产品的过度干燥。干燥过程中，应严格地把产品控制在要求的含水量范围内，避免造成产品的过度干燥，而增加能量消耗。例如纸张干燥，是为了保证纸张的强度，要求其含水率为7%，而多滚筒干燥器可能将纸过度干燥到含水率为4%。为了防止过度干燥，可以减少最后几个滚筒，改为高频加热，严格控制纸张含水率在7%。

（4）减少被干燥物料的初水分含量。如果被干燥的物料是溶液，可用薄膜蒸发器浓缩后，再进行喷雾干燥；如果被干燥的物料是悬浮液，可用过滤除去大部分水分后，再进行干燥。这样可以降低单位质量产品的热能消耗。例如，天津油漆总厂把铬黄干燥改成过滤后，把滤饼用往复泵输送至喷嘴，再用气流雾化，进行喷雾干燥，产品质量好，降低了热能消耗。

（5）回收废气带走的热量。对流干燥器在进口温度不太高的情况下，废气带走的热量与总热量之比值是很大的，有的可占总热量的40%。采用热交换器回收废气带走的热，已在工业上实施。例如，用10摄氏度的空气，通过废热回收换热器加热到84.7摄氏度，废气可从150摄氏度降到70摄氏度，回收了废气中热量的25%，节约燃料23%，在两年内即可收回废热回收换热器所用的投资。用“热管”回收废气中的热量也是很有前途的方法。

（6）提高干燥器的空气进口温度。被干燥的物料若是非热敏性的，进入干燥器的空气温度，可以提高到650摄氏度以上；对于热敏性的物料，也可在保证产品质量的前提下，尽可能地采用较高的干燥器气体进口温度。因为，使用的气体温度越高，干燥器的热效率越高。例如，把20摄氏度绝对湿含量为0.01的空气加热到500摄氏度，用于干燥，在干燥器中空气放热而降温的极限是使之绝热饱和到这种状态空气的湿球温度65.8

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