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简要介绍了现有气流干燥装置的分类,论述了气流干燥技术的研究现状,同时指出了气流干燥技术的发展趋势。
关键词气流干燥;装置分类;研究现状;发展趋势
气流干燥是对流传热干燥的一种,也称“瞬间干燥”。在气流干燥过程中,物料在加热气体中分散,同时完成输送和干燥2种功能。由于干燥物料均匀悬浮于流体中,因而两相接触面积大,强化了传热与传质过程。
1气流干燥装置分类
1.1简单直管式
这是最早也是目前气流干燥中使用最广泛的一种,其结构简单、制造容易。经研究发现,热质传递最有效的长度是在进料口向上2~3m处,故又发展了管高仅4~6m的短管干燥器。后者在化工、建材某些物料表面水的蒸发上应用广泛。
1.2倒锥式
倒锥式气流干燥器采用气流干燥管直径逐渐增加的结构,因此气速由下向上递减,不同粒度的颗粒分别在管内不同的高度悬浮。湿物料在干燥过程中湿分逐渐除去变轻,物料即向上浮动,相互撞击直至粒度和干燥程度达到要求时即被气流带出干燥管,这就增加了颗粒在管内的停留时间,降低气流干燥管的高度[1]。
1.3脉冲式
脉冲式气流干燥管的管径交替缩小和扩大,颗粒的运动速度也交替地加速和减速,使得空气和颗粒间相对速度和传热面积均较大,从而强化传热传质的速率。目前脉冲气流干燥器的型式有3种,直管扩缩型脉冲管、锥形脉冲管和S型脉冲管。
1.4套管式
套管式干燥器的干燥管不是简单的单层直管,而是内外套管组成的,有单套和双套管之分。单套管的物料与气流同时由内管下部进入,颗粒在内管做加速运动,到加速终止时,由内管顶端导入内外管的环隙内。在环隙内颗粒以较小的速度运动,然后排出。采用这种干燥方式可以减小干燥管的高度和提高热效率。
1.5其他类型
除上述几种类型外,还有旋风式、喷动式、旋转闪蒸式、环形干燥器、文丘里管式、涡旋流式等。
2气流干燥技术研究现状
曹崇文介绍了一种应用较广的气流干燥的基本数学模型,为气流干燥机的设计及性能分析提供了一定的依据。通过5个假设:一是物料为球形颗粒,粒径、含水率均匀;二是干燥管与水平面垂直;三是干燥管截面处颗粒分布均匀,气流速度均匀;四是物料与空气运动同向;五是干燥管是绝热的。建立了5个微分方程:热平衡方程、热传递方程、质平衡方程、干燥速率方程、颗粒相动量方程。为实际干燥管的设计提供理论指导。金国淼介绍了气流干燥中粒子在气流干燥管内的运动方程式(包括加速运动段与等速运动段),同时介绍了粒子在气流干燥管中的传热与气流干燥管压力损失的计算公式。为研究粒子在干燥管内的运动规律及传热传质规律起到一定的参考作用。陈文靖通过所建立的气流干燥器加速段质热传递的微分方程,并赋予一定的初始变量,得出“气流干燥器最有效的部分是加速段,终速段的质热传递效果甚差,一般不应再加以利用”的结论。郑国生通过模拟并分析了不同工况下的几种因素——热风温度、喂入量、风量的影响对气流干燥性能的影响,提出了最佳操作工况参数。孟巍等对旋转闪蒸式干燥器的操作气速、进气温度、进料速度的选定方法作了一定的分析;同时对其结构、流程、工作原理作了一定的介绍。李军辉等对拟薄水铝石直管气流干燥进行了数值模拟。利用郑国生、曹崇文所提出的公式,得出物料温度、热风温度、颗粒速度、热风湿度、物料含水率随干燥管高度变化的曲线,并结合正交试验,采用4因素(进气温度、干燥管直径、气流速度、进料速度)2水平,综合采用费用及含水率作为指标,得出相对经济且含水率较低的因素组合。梁栋等对湿煤灰在气流干燥管里的传热传质过程进行了模拟。得出了含湿煤灰颗粒在不同气流干燥条件下的干燥曲线,并结合试验加以验证及对比。提出如下观点:颗粒干燥过程主要发生在干燥管气流入口以上1m左右的高度内,然后随着干燥管高度的增加,颗粒的含湿率缓慢下降,最后趋于稳定。
3气流干燥技术的发展趋势
3.1干燥设备专用化
干燥设备是非标准化设备,之所以是非标准化设备,主要是处理的物料物性及产品要求差异很大。因此,有针对性的设计,更能使干燥设备发挥其作用,对技术及经济均有一定意义。
3.2多级及组合干燥系统的开发
不同型式的干燥设备可以适用不同的物料或可以适用物料不同的干燥阶段,组合干燥(如气流干燥和流化床干燥组合)可以最大限度地优化干燥过程,使干燥系统更加合理。
3.3节能工艺的应用
采用正负压结合型多级气流干燥器,可有效利用尾气的余热,降低尾气的排出温度,增加湿度后排出,克服单、双级干燥排出高温低湿尾气浪费热量的特点。
3.4设备的多功能化
现在的干燥设备已不仅局限于干燥操作,有时还将粉碎、分级、甚至加热反应集于一机之中,大大缩短生产工艺流程,使设备呈多功能化。
3.5提高干燥设备的自动控制水平
一是对干燥前湿物料湿含量进行检测控制,通过机械方法,把滤饼的水分降到最低的稳定值。二是根据现有的热源条件,在其所能提供的最高进风温度条件下,自动调节湿物料进给速度,通过成品干燥度的检测,调整进风量,以最大限度地降低出口物料温度,提高热效率,降低能耗。
3.6气流干燥模拟软件的开发
中国农业大学已开发出一种专门用于气流干燥模拟的软件Flash,该软件能分析操作参数、物料参数等对干燥性能的影响,并能进行模拟实验,得出物料和干燥介质各参数沿管长变化的规律,且能用于辅助设计干燥管某些结构参数,此种类型的软件还有待发展和逐步完善[10]。此外,运用目前公认比较成熟的CFD商业软件包,如Fluent、CFX、PHOENICS、STAR-CD等[11],对干燥的传热和传质过程进行数值模拟的研究,成为气流干燥模拟的一个重要方向。
4参考文献
[1] 秦霁光.干燥装置手册[M].上海:上海科学技术出版社,1986.
刘广文.干燥设备选型及采购指南[M].北京:中国石化出版社,2004.
曹崇文.农产品干燥工艺过程的计算机模拟[M].北京:中国农业出版社,1999.
金国淼.干燥设备设计[M].上海:上海科学技术出版社,1988.
陈文靖.气流干燥器加速段的计算[J].成都科技大学学报,1995(5):9-14.
郑国生.气流干燥机的性能分析[J].上海水产大学学报,1997(6):25-31.
孟巍,孟祥春.气流式旋转闪蒸干燥器[J].化工装备技术,1998(3):37-39.
李军辉,谭建平.拟薄水铝石气流干燥数值模拟及优化设计[J].凿岩机械气动工具,2004(1):38-44.
梁栋,王智微,李定凯,等.含湿煤灰颗粒气流干燥过程的数值模拟[J].热力发电,2004(2):10-13.
[10] 查国才.浅议干燥设备的三项发展趋势[J].中国制药装备,2008(4):31-34.
[11] 王喜忠,于才渊,刘永霞,等.中国干燥设备现状及进展[J].无机盐工业,2003(3):4-6.
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