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空气干燥器

空气干燥器是通过加热使物料中的湿分(一般指水分或其他可挥发性液体成分)汽化逸出,以获得规定湿含量的固体物料的机械设备。

远古以来,人类就习惯于用天然热源和自然通风来干燥物料,完全受自然条件制约,生产能力低下。随生产的发展,它们逐渐为人工可控制的热源和空气除湿机所代替。

近代空气干燥器开始使用的是间歇操作的固定床式空气干燥器。19世纪中叶,洞道式空气干燥器的使用,标志着空气干燥器由间歇操作向连续操作方向的发展。回转圆筒空气干燥器则较好地实现了颗粒物料的搅动,干燥能力和强度得以提高。一些行业则分别发展了适应本行业要求的连续操作空气干燥器,如纺织、造纸行业的滚筒空气干燥器。

20世纪初期,乳品生产开始应用喷雾空气干燥器,为大规模干燥液态物料提供了有力的工具。40年代开始,随着流化技术的发展,高强度、高生产率的沸腾床和气流式空气干燥器相继出现。而冷冻升华、辐射和介电式空气干燥器则为满足特殊要求提供了新的手段。60年代开始发展了远红外和微波空气干燥器。

干燥过程需要消耗大量热能,为了节省能量,某些湿含量高的物料、含有固体物质的悬浮液或溶液一般先经机械脱水或加热蒸发,再在空气干燥器内干燥,以得到干的固体。

干燥的目的是为了物料使用或进一步加工的需要。如木材在制作木模、木器前的干燥可以防止制品变形,陶瓷坯料在煅烧前的干燥可以防止成品龟裂。另外干燥后的物料也便于运输和贮存,如将收获的粮食干燥到一定湿含量以下,以防霉变。由于自然干燥远不能满足生产发展的需要,各种机械化空气干燥器越来越广泛地得到应用。

在干燥过程中需要同时完成热量和质量(湿分)的传递,保证物料表面湿分蒸汽分压(浓度)高于外部空间中的湿分蒸汽分压,保证热源温度高于物料温度。

热量从高温热源以各种方式传递给湿物料,使物料表面湿分汽化并逸散到外部空间,从而在物料表面和内部出现湿含量的差别。内部湿分向表面扩散并汽化,使物料湿含量不断降低,逐步完成物料整体的干燥。

物料的干燥速率取决于表面汽化速率和内部湿分的扩散速率。通常干燥前期的干燥速率受表面汽化速率控制;而后,只要干燥的外部条件不变,物料的干燥速率和表面温度即保持稳定,这个阶段称为恒速干燥阶段;当物料湿含量降低到某一程度,内部湿分向表面的扩散速率降低,并小于表面汽化速率时,干燥速率即主要由内部扩散速率决定,并随湿含量的降低而不断降低,这个阶段称为降速干燥阶段。

空气干燥器可按操作过程、操作压力、加热方式湿物料运动方式或结构等不同特征分类。按操作过程,空气干燥器分为间歇式(分批操作)和连续式两类;

按操作压力,空气干燥器分为常压空气干燥器和真空空气干燥器两类,在真空下操作可降低空间的湿分蒸汽分压而加速干燥过程,且可降低湿分沸点和物料干燥温度,蒸汽不易外泄,所以,真空空气干燥器适用于干燥热敏性、易氧化、易爆和有毒物料以及湿分蒸汽需要回收的场合;

按加热方式,空气干燥器分为对流式、传导式、辐射式、介电式等类型。对流式空气干燥器又称直接空气干燥器,是利用热的干燥介质与湿物料直接接触,以对流方式传递热量,并将生成的蒸汽带走;传导式空气干燥器又称间接式空气干燥器,它利用传导方式由热源通过金属间壁向湿物料传递热量,生成的湿分蒸汽可用减压抽吸、通入少量吹扫气或在单独设置的低温冷凝器表面冷凝等方法移去。这类空气干燥器不使用干燥介质,热效率较高,产品不受污染,但干燥能力受金属壁传热面积的限制,结构也较复杂,常在真空下操作;辐射式空气干燥器是利用各种辐射器发射出一定波长范围的电磁波,被湿物料表面有选择地吸收后转变为热量进行干燥;介电式空气干燥器是利用高频电场作用,使湿物料内部发生热效应进行干燥。

按湿物料的运动方式,空气干燥器可分为固定床式、搅动式、喷雾式和组合式;按结构,空气干燥器可分为厢式空气干燥器、输送机式空气干燥器、滚筒式空气干燥器、立式空气干燥器、机械搅拌式空气干燥器、回转式空气干燥器、流化床式空气干燥器、气流式空气干燥器、振动式空气干燥器、喷雾式空气干燥器,以及组合式空气干燥器等多种。

空气干燥器的未来发展将在深入研究干燥机理和物料干燥特性,掌握对不同物料的最优操作条件下,开发和改进空气干燥器;另外,大型化、高强度、高经济性,以及改进对原料的适应性和产品质量,是空气干燥器发展的基本趋势;同时进一步研究和开发新型高效和适应特殊要求的空气干燥器,如冷冻除湿机、转轮除湿机和空气冷冻干燥机等。

空气干燥器的发展还要重视节能和能量综合利用,如采用各种联合加热方式,移植热泵和热管技术,开发太阳能空气干燥器等;还要发展空气干燥器的自动控制技术、以保证最优操作条件的实现;另外,随着人类对环保的重视,改进空气干燥器的环境保护措施以减少粉尘和废气的外泄等,也将是需要深入研究的方向。

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