淺談化工生產中的干燥技術應用

單純

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

干燥單元操作在化工生產領域起著十分重要的作用。干燥的目的是去除生產過程中原料、中間產物或者產品中的水分或者其他溶劑?；どa中原料或中間產物的含水或者其他溶劑的含量在很大程度上影響著最終產品的質量，對于一些對反應條件要求比較苛刻的反應，甚至可能因其所含水分或者其他溶劑含量不達標而不能獲得目的產品。另外，化工產品的干燥對于產品的包裝、運輸、儲藏、深度加工和使用也起著重要的作用。干燥設備的選擇既要考慮干燥后對物料性狀的要求，又要考慮節能環保的要求。傳統的干燥技術依然存在競爭力。同時，各種新型干燥技術也越來也多的被應用到化工生產中。

1 噴霧干燥技術

噴霧干燥技術是集干燥、粉碎為一體的物料干燥方法，該技術能直接使溶液、乳濁液干燥成粉狀或顆粒狀制品。噴霧干燥根據物料的物化方法又分為壓力噴霧干燥技術、離心噴霧干燥技術、氣流式噴霧干燥技術等。被干燥物料和產品性質決定物料采取哪種物化方法[1]。

1.1 噴霧干燥技術的工作原理

噴霧干燥技術主要是通過干燥介質將霧化的物料迅速干造成粉末狀干燥產品，霧化干燥過程主要包括如下幾個階段：第一階段：霧化；第二階段：混合階段（主要指霧化物料與干燥介質的混合）；第三階段：干燥階段（主要指水或者其他溶劑進入熱介質）；第四階段：產品與熱介質分離。霧化干燥技術主要適用于溶液、懸浮液及乳濁液，最終得到的產品可以是粉末狀也可以是顆粒狀[2]。

1.2 噴霧干燥技術的特點

噴霧干燥技術的特點包括：1）干燥過程非常迅速；2）可直接干燥成粉末；3）操作彈性大，可以通過控制操作條得到不同粒度及不同濕度的多規格產品；4）設備較復雜，占地面積大；5）熱效率不高，熱消耗大。

從噴霧干燥技術的特點可以看出：噴霧干燥技術的主要缺點是能耗過大，如何降耗是噴霧干燥技術的研究重點。噴霧干燥技術的適用性強，可以與其他干燥技術（例如：流態化干燥、深冷干燥及微波干燥）相結合，使其有更廣泛的適用范圍。

2 閃蒸干燥技術

閃蒸干燥技術是一種集干燥、粉碎、篩分于一體的新型連續式干燥技術。噴霧干燥技術主要適用于膏狀、漿狀及濾餅等固含量高的物料[3]。

2.1 閃蒸干燥的工作原理

清潔空氣經加熱器加熱后被鼓風機送入干燥器的底部進風口，熱空氣經過干燥室底部的空氣分配器均勻的螺旋上升，并形成強烈的風場。物料在干燥室底部被熱空氣預熱，在這個階段物料被干燥室內的攪拌器和熱氣流撞擊成顆粒狀。干燥室內的攪拌器一方面可以強化傳熱，另一方面可以帶動熱空氣形成高速旋轉氣流。在干燥器的上部，物料在熱空氣的包裹下進行著充分熱質交換，在此部分物料基本完成干燥。完成干燥的物料被熱氣流夾帶著繼續上升，為達到產品質量要求的大塊的物料在離心力和重力的雙重作用下沉降返回繼續進行沖擊破碎干燥；達到產品質量要求的較細小的物料則被熱氣流裹挾著從干燥室頂部流出進入產品收集器[4]。

2.2 閃蒸干燥的特點

閃蒸干燥的特點包括：1）干燥強度高：高速?；奈锪显诟稍锸覂冗M行強烈的熱質交換，速度快，效率高。2）工藝流程簡單：設備緊湊，占地面積小，一體化的設備構造簡化了工人的操作從而整體上減少了設備的購置費用。3）產品收率高，質量好。通過對進料量及熱風溫度的控制來保證產品的濕含量及細度均勻一致。4）單位產品能耗低，閃蒸干燥能耗是相同容積噴霧干燥能耗的1/3。

3 流化床干燥技術

流化床干燥技術是基于流化床反應器原理開發的一種干燥技術。流化床內部物料在氣流中成懸浮狀態，如液體沸騰一樣發生著強烈的熱質交換。該技術也主要適用于含固量比較高的顆粒物料的干燥，被廣泛用于藥物、聚合物等行業[5]。

3.1 流化床干燥技術工作原理

清潔空氣經加熱器加熱后從流化床干燥器的底部進口送入，氣體通過干燥器的物料床層從干燥器上部離開。干燥器內的物料床層隨熱空氣流速的變化呈現不同的狀態。熱空氣流速較小時，物料床層從外觀上看沒有任何變化，基本處于靜止狀態；當流速繼續增大，部分顆粒會隨著空氣流上下浮動起來；隨著空氣流速的進一步增大，所有的物料都懸浮起來。這時物流顆粒受到氣流的作用力等于物料顆粒的重力，空氣流的速度稱為最小流化速度。當氣流速度更一步加大，加大到有物料顆粒被氣流夾帶出干燥器前，此時的氣流速度稱為最大流化速度。介于最小和最大流化速度之間的速度為流化床干燥器適宜的氣流操作速度。在該速度范圍內，物料顆粒在干燥器內劇烈的擾動，發生強烈的熱質交換。低于最小流化速度，物料不能全部懸浮，對熱質交換不利；高于最大流化速度，物料會被夾帶出干燥器，不利于獲得產品[6]。

3.2 流化床干燥技術的特點

流化床干燥技術的特點：1）熱效率高：在流化床干燥器內物料顆粒與熱空氣流之間存在劇烈的擾動，非常有利于傳熱傳質的進行。熱質交換的速度快決定了流化床干燥器具有較高的干燥效率。2）流化床干燥技術可以采用循環流化床，這樣可以增加能量的利用率。3）流化床干燥器的設備簡單，占地面積小，一次投資設備和后期操作維護費用相對較低。

4 低溫吸附干燥技術

低溫吸附干燥技術是一種集冷凍除濕和吸附干燥為一體的的新型非熱力干燥技術。該技術具有低能耗、環境友好的優勢，是目前發展勢頭較好的一種干燥技術。低溫吸附干燥技術能有效地避免高溫對熱敏性物質的影響，且干燥效率高。低溫吸附干燥技術在生物化工及制藥工程領域應用較廣泛[7]。

4.1 低溫吸附干燥技術原理

新鮮空氣先通過冷卻器進行降溫降濕，這時的空氣是含有一定水分的冷空氣。把含濕冷空氣引入除濕吸附裝置得到含濕量極低的空氣。用干燥冷空氣不斷的通入濕物料內部，利用干燥冷空氣與物料之間的蒸汽壓差推動干燥進行，最終得到干燥的產品。低溫吸附干燥技術的核心問題是如何獲得干燥空氣[8]。

4.2 低溫吸附干燥技術的特點

低溫吸附干燥技術以蒸氣壓差為推動力，采用低溫的干燥空氣，特別適用于熱敏性物質的脫水。同時低溫吸附干燥技術也具有能耗低、操作簡單的優點。低溫吸附干燥研究的核心問題是如何通過高效率、低能耗獲得干燥空氣。

5 微波干燥技術

微波干燥技術在化工領域已有了一些研究和應用，微波干燥起源于20 世紀40 年代，到20 世紀60 年代末，微波能已應用于加熱、干燥、殺蟲、滅菌、醫療、化工等工業項目上。南非的Bradshaw研究了微波在礦物質中的應用；法國的ledion 指出微波加熱可在瞬時改變碳酸鈣的平衡；法國的ledion 對微波加熱大量水溶液時表現出的系列性能進行了研究，太原工業大學的趙慶玲研究發現微波對煤的干燥比對流干燥高1～2 個數量級[9]。

微波干燥技術特點：1）速度快，時間短：微波加熱方式特殊，是利用電磁波作為熱源，加熱物料本身是發熱體的一種干燥技術。這種方式下物料的升溫時間非常短，干燥速度會大大加大[9]。2）得到的產品品質好：微波干燥技術加熱均勻，得到的產品水分分布均勻。3）能量利用效率高，微波干燥重點熱量基本全部用來干燥物料，不存在能量的浪費。

6 結束語

干燥技術雖然是傳統的化工操作單元，但是隨著科學技術的不斷進步，化工中的干燥技術正在煥發新的活力，它也呈現了更多樣化專業化的發展。不同的生產過程對干燥技術有不同的要求，在實際的生產過程中要根據物料、工藝過程及產品客戶的需要，并結合干燥技術的不同原理選擇最優的干燥技術，以便實現高效、節能、無污染的目標。