認(rèn)識干燥的工業(yè)應(yīng)用

模塊七

干燥技術(shù)01任務(wù)一認(rèn)識干燥裝置

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在工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了保證產(chǎn)品含濕率的要求或便于原料的存儲、運(yùn)輸，需將固體物料中的“濕”（水或其它液體）去除一部分，這個(gè)過程簡稱去濕。

工業(yè)上常用的去濕方法有三類，分別是機(jī)械去濕法、加熱去濕法（又稱干燥）和化學(xué)去濕法。4

其中機(jī)械去濕法和化學(xué)去濕法只能去除少量的水分，化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中，固體物料的干燥，一般是先用機(jī)械去濕法除去物料中大量的非結(jié)合水分，再用加熱干燥法除去殘留的一部分水分（包括非結(jié)合水分和結(jié)合水分）。本章主要介紹加熱去濕法，即干燥。工業(yè)中的應(yīng)用5在聚氯乙烯干燥工藝生產(chǎn)中，有兩股物料，一股為熱空氣，另一股為樹脂。其中對作為熱載體和濕載體的熱空氣要熟悉其物性參數(shù)，例如：濕度、相對濕度，濕空氣的比容、比熱容和焓、露點(diǎn)溫度、干球溫度和濕球溫度等。另一股濕物料（樹脂）需要通過氣流干燥管和旋風(fēng)干燥器進(jìn)行二級干燥分離。01任務(wù)一認(rèn)識干燥裝置6

在化工生產(chǎn)中，由于被干燥物料的形態(tài)、性質(zhì)及對干燥要求和處理量不相同，因此干燥器類型和干燥方法有多種，但無論使用何種類型干燥器，在確保生產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)效益的前提下，干燥裝置均應(yīng)符合以下基本要求：①保證產(chǎn)品的質(zhì)量要求。②生產(chǎn)能力大。③熱效率高，能耗低。④系統(tǒng)流動阻力小，動力消耗小。⑤操作方便，附屬設(shè)備簡單，勞動條件好。。01任務(wù)一認(rèn)識干燥裝置7能力目標(biāo)學(xué)習(xí)要求與目標(biāo)1.具有識別與判斷干燥方法種類的能力。2.具有根據(jù)工藝要求選擇干燥方法的能力。知識目標(biāo)1.掌握干燥操作的方法。2.掌握對流干燥與熱泵干燥技術(shù)與應(yīng)用。素質(zhì)目標(biāo)1.培養(yǎng)誠實(shí)守信、團(tuán)結(jié)協(xié)作、愛崗敬業(yè)精神；2.培養(yǎng)安全、環(huán)保、健康生產(chǎn)意識；3.培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度及質(zhì)量意識，具備工程管理能力；4.培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力；5.創(chuàng)新能力培養(yǎng)等。子任務(wù)3認(rèn)識干燥的工業(yè)應(yīng)用01任務(wù)一認(rèn)識干燥裝置8子任務(wù)3認(rèn)識干燥的工業(yè)應(yīng)用

干燥技術(shù)在人類生活的各個(gè)方面，從農(nóng)業(yè)、食品、化工、陶瓷、醫(yī)藥、礦產(chǎn)加工到制漿造紙、木材加工，幾乎所有的產(chǎn)業(yè)都會使用。干燥的好壞直接影響到產(chǎn)品的性能、形態(tài)、質(zhì)量以及過程的能耗。例如尿素優(yōu)等品含水量不能超過0.3%，如果含水量為0.35%則只能降為一等品（一等品的含水量不能超過0.5%）。01任務(wù)一認(rèn)識干燥裝置9干燥在工業(yè)生產(chǎn)中的作用主要有：

①

對原料或中間產(chǎn)品進(jìn)行干燥，以滿足工藝要求。例如，尾砂生產(chǎn)硫酸時(shí)，為滿足反應(yīng)要求，首先要對尾砂進(jìn)行干燥，盡可能的除去水分；再如滌綸切片的干燥，是為了防止后期紡絲出現(xiàn)氣泡而影響絲的質(zhì)量；

②

對產(chǎn)品進(jìn)行干燥，以提高產(chǎn)品中的有效成分，同時(shí)滿足運(yùn)輸、儲藏和使用的需要。例如，化工生產(chǎn)中的聚氯乙烯、碳酸氫銨、尿素，食品加工中的奶粉、餅干，藥品制造中的藥劑，生產(chǎn)的最后一道工序都是干燥。

01任務(wù)一認(rèn)識干燥裝置10根據(jù)對濕物料的加熱方法不同，干燥操作可分為下列幾種。傳導(dǎo)干燥

將濕物料堆放或貼附于高溫的固體壁面上，以傳導(dǎo)方式獲取熱量，使其中水分汽化，蒸汽由周圍氣流帶走或用抽氣裝置抽出。常用飽和蒸汽、高溫?zé)煹罋饣螂姛嶙鳛殚g接熱源，其熱利用率高，但與傳熱壁面接觸的物料易造成過熱，物料層不宜太厚，而且金屬消耗較大。對流干燥將干燥介質(zhì)（熱空氣或熱煙道氣等）與濕物料直接接觸，以對流方式向物料供熱，濕分汽化生成的蒸汽也由干燥介質(zhì)帶走。對流干燥生產(chǎn)能力較大，相對來說設(shè)備投資較低，操作控制方便，熱氣流的溫度和濕含量調(diào)節(jié)方便，物料受熱均勻，是應(yīng)用最為廣泛的一種干燥方式；其缺點(diǎn)是熱氣流用量大，帶走的熱量較多，熱利用率比傳導(dǎo)干燥要低。

一、干燥操作方法01任務(wù)一認(rèn)識干燥裝置11輻射干燥

以熱輻射方式將輻射能投射到濕物料表面，被物料吸收后轉(zhuǎn)化為熱能，使水分汽化并由外加氣流或抽氣裝置排出。輻射干燥特別適用于薄層物料的干燥。輻射源可按被干燥物件的形狀布置，故輻射干燥比熱傳導(dǎo)或?qū)α鞲稍锏纳a(chǎn)強(qiáng)度大幾十倍，干燥時(shí)間短，干燥均勻。但電能消耗大。介電加熱干燥（包括高頻干燥、微波干燥）

將濕物料置于高頻電場內(nèi)，利用高頻電場的交變作用是物料分子發(fā)生頻繁的轉(zhuǎn)動，物料從內(nèi)到外都同時(shí)產(chǎn)生熱效應(yīng)，使其中水分汽化。且介電加熱干燥時(shí)傳熱的方向與水分?jǐn)U散的方向一致，這樣可以加快水分由物料內(nèi)部向表面的擴(kuò)散和汽化，縮短干燥時(shí)間，得到的干燥產(chǎn)品質(zhì)量均勻，自動化程度高。尤其適用于食品、醫(yī)藥、生物制品等當(dāng)加熱不勻時(shí)易引起變形、表面結(jié)殼或變質(zhì)的物料干燥，或內(nèi)部水分較難除去的物料干燥。但是，其電能消耗量大，設(shè)備和操作費(fèi)用高。

01任務(wù)一認(rèn)識干燥裝置12冷凍干燥

使含水物料溫度降至冰點(diǎn)以下，使水分冷凍成冰，然后在較高真空度下使冰直接升華而除去水分的干燥方法。故冷凍干燥又稱真空冷凍干燥或冷凍升華干燥。冷凍干燥早期用于生物的脫水，并在醫(yī)藥、血液制品、各種疫苗等方面得到迅速發(fā)展。冷凍干燥制品的品質(zhì)在許多方面優(yōu)于普通干燥制品，但系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，投資費(fèi)用和操作費(fèi)用高，因此，其應(yīng)用范圍與規(guī)模受到一定的制約。

01任務(wù)一認(rèn)識干燥裝置13按操作壓力不同：干燥可分為常壓干燥和真空干燥。真空干燥具有操作溫度低、蒸汽不易泄漏等特點(diǎn)，適宜處理維生素、抗菌素等熱敏性產(chǎn)品，以及易氧化、易爆、有毒物料或產(chǎn)品要求含水量較低、要求防止污染和濕分蒸氣需要回收的情況。按操作方式不同：干燥還可分為連續(xù)干燥和間歇干燥。工業(yè)生產(chǎn)中多為連續(xù)干燥，其生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品質(zhì)量較均勻，熱效率較高，勞動條件好；間歇干燥的投資費(fèi)用較低，操作控制靈活方便，適用于小批量、多品種或要求干燥時(shí)間較長的物料的干燥。

01任務(wù)一認(rèn)識干燥裝置14

如上圖，空氣經(jīng)預(yù)熱器加熱至一定溫度后進(jìn)入干燥器，與進(jìn)入干燥器的濕物料接觸，空氣以對流傳熱的方式把熱量傳給濕物料，同時(shí)濕物料表面的水分被加熱汽化成蒸汽，然后擴(kuò)散進(jìn)入空氣中，空氣溫度下降，濕含量增加，最后由干燥器另一端排出。空氣與濕物料在干燥器內(nèi)的接觸可以是并流、逆流或其他方式。對流干燥操作可以是連續(xù)操作、也可以是間歇操作。當(dāng)連續(xù)操作時(shí)，物料被連續(xù)地加入和排出；當(dāng)為間歇操作時(shí)，熱空氣可連續(xù)的通入或排出，濕物料成批置于干燥器內(nèi)，待濕物料干燥至一定要求后一次取出。

二、對流干燥1.對流干燥流程對流干燥流程示意圖01任務(wù)一認(rèn)識干燥裝置15

如左圖，表達(dá)了對流干燥過程中干燥介質(zhì)與濕物料之間傳熱與傳質(zhì)的一般規(guī)律。對流干燥過程中，熱空氣與濕物料直接接觸后，溫度高的熱空氣將熱量傳給濕物料表面，再由濕物料表面?zhèn)髦廖锪蟽?nèi)部，此過程是一個(gè)熱量傳遞的過程，傳熱方向是由氣相到固相，傳熱推動力是熱空氣與濕物料的溫差；同時(shí)，由于物料表面水分受熱汽化，使得水在物料內(nèi)部與表面之間出現(xiàn)了濃度差，在濃度差作用下，水分從物料內(nèi)部擴(kuò)散至表面并汽化，然后以水汽形式擴(kuò)散至空氣主體，此過程是一個(gè)質(zhì)量傳遞過程，傳質(zhì)方向是由固相到氣相，傳質(zhì)的推動力是物料表面的水汽分壓與熱空氣中水汽分壓之差。由此可知，對流干燥過程是一個(gè)傳熱和傳質(zhì)同時(shí)進(jìn)行但方向相反的過程，傳熱方向由干燥介質(zhì)傳向濕物料，傳質(zhì)方向由固體物料傳向干燥介質(zhì)主體。

2.對流干燥的條件和原理對流干燥原理示意圖熱量傳遞質(zhì)量傳遞01任務(wù)一認(rèn)識干燥裝置16

干燥過程進(jìn)行的必要條件是：物料表面產(chǎn)生的水汽分壓必須必須大于空氣中所含的水汽分壓，兩者差別越大，干燥進(jìn)行得越快。

要保證此條件，生產(chǎn)過程中，需要不斷地提供熱量使?jié)裎锪媳砻嫠制?，同時(shí)及時(shí)移走汽化后的水汽，確保維持一定的傳質(zhì)推動力。在對流干燥過程中，濕空氣既是提供熱量的載熱體，又是帶走濕分的載濕體。如空氣被水汽飽和，則推動力為零，對流干燥停止進(jìn)行。01任務(wù)一認(rèn)識干燥裝置17

隨著相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，干燥應(yīng)用越來越廣泛，對其要求也越來越嚴(yán)格。為了滿足產(chǎn)品對干燥的要求，開發(fā)了很多新型干燥裝置并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，比如脈沖燃燒干燥裝置、熱泵干燥裝置、過熱蒸汽干燥裝置等；為了滿足節(jié)能對干燥的要求，一些新技術(shù)也被引入到工業(yè)干燥中，比如脈沖燃燒、感應(yīng)加熱、熱泵技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)和自動控制技術(shù)等，干燥技術(shù)因此得到提升。20世紀(jì)70年代，熱泵干燥技術(shù)由美國、日本、法國、德國等國家進(jìn)行研究。我國直到20世界80年代才引進(jìn)熱泵干燥技術(shù)用于木材干燥，由于熱泵技術(shù)具有干燥溫度低，高效節(jié)能、成本低、綠色環(huán)保、能準(zhǔn)確控制干燥介質(zhì)溫度、濕度和氣流速度等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在食品、藥品、生物制品的滅菌與干燥、化工原料及肥料的干燥過程中。三、熱泵干燥技術(shù)01任務(wù)一認(rèn)識干燥裝置18

如左圖，熱泵干燥是利用逆卡諾原理，從低溫?zé)嵩次崃?，使低品熱能轉(zhuǎn)化為高品位熱能，作為干燥熱源的干燥過程。熱泵干燥系統(tǒng)由兩個(gè)子系統(tǒng)組成，即制冷劑（工質(zhì)）循環(huán)系統(tǒng)和干燥介質(zhì)（空氣）循環(huán)系統(tǒng)。1.熱泵干燥原理熱泵干燥原理示意圖01任務(wù)一認(rèn)識干燥裝置19

制冷劑循環(huán)系統(tǒng)由蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機(jī)和膨脹閥組成。系統(tǒng)工作時(shí)，熱泵壓縮機(jī)做功并利用蒸發(fā)器回收低品位熱能，在冷凝器中則使其升高為高品位熱能。熱泵工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)吸收干燥室排出的熱空氣中的部分余熱，蒸發(fā)變成蒸氣，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入冷凝器中冷凝，并將熱量傳給空氣。冷凝出來的熱空氣再進(jìn)入干燥室，對濕物料進(jìn)行干燥，出干燥室的濕空氣再經(jīng)蒸發(fā)器將部分顯熱和潛熱傳給工質(zhì)，達(dá)到回收余熱的目的；同時(shí)，濕空氣的溫度降至露點(diǎn)，析出冷凝水，達(dá)到除濕的目的。干燥質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)主要包括干燥室、風(fēng)機(jī)、蒸發(fā)器和冷凝器。熱泵干燥原理示意圖01任務(wù)一認(rèn)識干燥裝置20①節(jié)約能源。節(jié)約能源是熱泵干燥的主要優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)的干燥相比，其干燥效率有很大提高。②干燥產(chǎn)品品質(zhì)好。熱泵干燥是一種溫和的干燥方式，接近自然干燥。表面水分的蒸發(fā)速度與內(nèi)部水分向表面遷移速度比較接近，使被干燥物料的品質(zhì)好、色澤好、產(chǎn)品等級高。特別適應(yīng)于熱敏性物料的干燥。③干燥參數(shù)易于控制且可調(diào)范圍寬。熱泵干燥過程中，循環(huán)空氣溫度、濕度及循環(huán)流量可得到精確、有效控制，且溫度調(diào)節(jié)范圍為-20℃～100℃（加輔助加熱裝置），相對濕度調(diào)節(jié)范圍為15%～80%。④環(huán)境友好。與傳統(tǒng)的干燥技術(shù)相比，熱泵釋放的CO2少，對全球變暖的影響很小。目前，國外提倡應(yīng)用熱泵來減少CO2的排放。2.熱泵干燥技術(shù)的特點(diǎn)01任務(wù)一認(rèn)識干燥裝置211.利用網(wǎng)絡(luò)資源，查閱干燥在工業(yè)生產(chǎn)中