干燥——现状和发展趋势.doc

干燥——现状和发展趋势 Arun S．Mujumdar (新加坡国立大学机械工程系，新加坡) 王维译 (香港科技大学化工系，香港九龙清水湾) 摘要：本文重点介绍干燥的现状和发展趋势，指出了几个需要研究和开发的、具有学术和工业价值的领域。 例如，通过微观尺度的精密分析测试来检测干燥过程中湿份的移动和物理结构变化，以及食品干燥或液相中含有可 溶性物质的固体干燥中的溶质迁移；需要设计更加有效而紧凑的干燥器和容积效率高的、不同于当今大部分已建成 的干燥器，进一步开发和扩展过热蒸气干燥器、热泵辅助加热复合干燥器和运级使用不同类型的多级干燥器的应用； 此外，工业干燥器的可靠设计、放大和控制仍然需要建立干燥过程和干燥器的数学模型等。 关键词：干燥现状发展趋势 《 ^ K DRYING RESEARCH—CURRENT STATE AND FUTURE TRENDS Arun S．Mujumdar (Department ofMechanical Engineering Nalional university ofSingapore，Singapore e—mail：．m．p．easm@一nus．edu．sg) Wei Wang (Department of Chemical Engineering，The Hong Kong University of Science and Technology Clear Water Bay，Kowloon，Hong Kong) 引言 过去二十年，干燥领域学科内和学科间的研究与开发几乎呈指数上升。固体干燥是一个复杂的 操作，它包含许多与物理、化学和生物化学变化相关的非稳态传递现象。同样这些变化也可能引起 传热和传质机理的变化。尽管我们所了解的干燥知识近年来不断增长，但对干燥的微观理解仍然粗 浅。由于传递过程基本守恒方程是高度非线性的，所以绝大部分型式干燥器的放大仍然复杂，需凭 经验，而且随不同设备和产品而变化。 许多常用的干燥技术已经成熟，甚至已经达到其自身固有能力的极限。新产品、新工艺、高产 率、更严格的环保和安全要求等等，常常要求新型干燥设备较传统型具有更加完善的性能和更低的 能耗。这一需求已带来了一些干燥技术的革新。许多创意仍然处于中试阶段，有些已成功地实现了 商业化。许多成功的技术改造实际上是改良性的，这样做主要是风险小、适应周期短；而革命性的 改变要冒很大风险，而且因为缺乏经验致使放大困难，所以不太为???业界所接受。  1 新型干燥技术与传统技术的比较 Kudra和Mujumda一”已经对各种新型的干燥器进行了分类和讨论，范围包括从实验室规模(如 声波干燥、热表面撞击流喷雾浆液干燥)，到中试规模(如脉动燃烧干燥器，超声波喷雾干燥器，撞 击流干燥器)，再到商业规模(如脉动流化床，过热蒸汽流化床，闪蒸干燥器、穿流回转圆筒干燥器)。 本文讨论的范围不包括各种非传统的干燥器。有兴趣的读者可以参阅Kudra和Mujumdar!”的新书， 那里有许多新型干燥设备和技术方面的详述。 表1概括了适用于不同形态物料的新型干燥器的一些关键特征，并与传统干燥器进行了比较。 注意，这些新的设计对于所有干燥产品来说，并不一定比常规干燥器更好。但是，它们确实具备了 一些优点 使其在有些应用场合成为更好的选择。某些新型干燥器其实是传统干燥器的巧妙结合。 表2比较了新型的或新近出现的干燥技术与常用传统干燥技术的主要特征。就所使用的能源来 说，它们没有区别。但是，就能量如何提供和传递给湿物料而言，它们差别很大。 在化学工业，干燥最常用于从可泵送液体(溶液，悬浮液或浆液)、稀或稠的膏糊状物料(包括 浆液)、或者粒状固体物料得到干燥的颗粒产品。喷雾和转鼓干燥是最通用的。今天，喷雾干燥器不 再仅仅是把可泵送液体变成粉末产品，而是能够用来生产具有特殊粒度和结构(如团状、粒状或大 的均一粒度球形颗粒)的“事先设定”的产品。人员安全、环保、高产优质和低耗在当今的喷雾干 燥器设计中是优先考虑的因素。借助计算机模拟，干燥塔和塔内空气流动的优化设计已使粘壁问题 减少到最低程度。还有一个新的设想，就是将干燥塔通用的金属锥体改为柔性的帆布材料锥体。 采用将在线反吹袋滤器安装在塔顶内部的方法，可以将颗粒存留在喷雾干燥塔内，因而省去了 外部旋风分离器。这一技术结合流行的在喷雾干燥塔底内置流化床，能够得到无尘的团状或粒状产 品，而且产品的温度比用传统的喷雾干燥低得多。 对于粒状物料的干燥，目前最为通用的是回转圆筒干燥器(可带内热蒸汽管)、带式干燥器、连 续盘式干燥器(如多层盘式干燥器)。但需指出，他们的传统地位正日益受到流化床(可带内换热器) 和振动流化床的挑战。就流化床本身而言至少有20种。对于大颗粒物料，选择喷动床要好于传统的