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技術(shù)文章
氣流干燥技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
閱讀：1923 發(fā)布時(shí)間：2022-7-19
氣流干燥機(jī)是對(duì)流傳熱干燥的一種,也稱“瞬間干燥”。在氣流干燥過程中,物料在加熱氣體中分散,同時(shí)完成輸送和干燥2種功能。由于干燥物料均勻懸浮于流體中,因而兩相接觸面積大,強(qiáng)化了傳熱與傳質(zhì)過程。
1氣流干燥裝置分類
1.1簡(jiǎn)單直管式
這是也是目前氣流干燥中使用泛的一種,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),熱質(zhì)傳遞的長度是在進(jìn)料口向上2~3m處,故又發(fā)展了管高僅4~6m的短管干燥器。后者在化工、建材某些物料表面水的蒸發(fā)上應(yīng)用廣泛。
1.2倒錐式
倒錐式氣流干燥器采用氣流干燥管直徑逐漸增加的結(jié)構(gòu),因此氣速由下向上遞減,不同粒度的顆粒分別在管內(nèi)不同的高度懸浮。濕物料在干燥過程中濕分逐漸除去變輕,物料即向上浮動(dòng),相互撞擊直至粒度和干燥程度達(dá)到要求時(shí)即被氣流帶出干燥管,這就增加了顆粒在管內(nèi)的停留時(shí)間,降低氣流干燥管的高度。
1.3脈沖式
脈沖式氣流干燥管的管徑交替縮小和擴(kuò)大,顆粒的運(yùn)動(dòng)速度也交替地加速和減速,使得空氣和顆粒間相對(duì)速度和傳熱面積均較大,從而強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)的速率。目前脈沖氣流干燥器的型式有3種,直管擴(kuò)縮型脈沖管、錐形脈沖管和S型脈沖管。
1.4套管式
套管式干燥器的干燥管不是簡(jiǎn)單的單層直管,而是內(nèi)外套管組成的,有單套和雙套管之分。單套管的物料與氣流同時(shí)由內(nèi)管下部進(jìn)入,顆粒在內(nèi)管做加速運(yùn)動(dòng),到加速終止時(shí),由內(nèi)管頂端導(dǎo)入內(nèi)外管的環(huán)隙內(nèi)。在環(huán)隙內(nèi)顆粒以較小的速度運(yùn)動(dòng),然后排出。采用這種干燥方式可以減小干燥管的高度和提高熱效率。
1.5其他類型
除上述幾種類型外,還有旋風(fēng)式、噴動(dòng)式、旋轉(zhuǎn)閃蒸式、環(huán)形干燥器、文丘里管式、渦旋流式等。
2氣流干燥技術(shù)研究現(xiàn)狀
曹崇文介紹了一種應(yīng)用較廣的氣流干燥的基本數(shù)學(xué)模型,為氣流干燥機(jī)的設(shè)計(jì)及性能分析提供了一定的依據(jù)。通過5個(gè)假設(shè):一是物料為球形顆粒,粒徑、含水率均勻;二是干燥管與水平面垂直;三是干燥管截面處顆粒分布均勻,氣流速度均勻;四是物料與空氣運(yùn)動(dòng)同向;五是干燥管是絕熱的。建立了5個(gè)微分方程:熱平衡方程、熱傳遞方程、質(zhì)平衡方程、干燥速率方程、顆粒相動(dòng)量方程。為實(shí)際干燥管的設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。金國淼介紹了氣流干燥中粒子在氣流干燥管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方程式(包括加速運(yùn)動(dòng)段與等速運(yùn)動(dòng)段),同時(shí)介紹了粒子在氣流干燥管中的傳熱與氣流干燥管壓力損失的計(jì)算公式。為研究粒子在干燥管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及傳熱傳質(zhì)規(guī)律起到一定的參考作用。陳文靖通過所建立的氣流干燥器加速段質(zhì)熱傳遞的微分方程,并賦予一定的初始變量,得出“氣流干燥器的部分是加速段,終速段的質(zhì)熱傳遞效果甚差,一般不應(yīng)再加以利用”的結(jié)論。鄭國生通過模擬并分析了不同工況下的幾種因素——熱風(fēng)溫度、喂入量、風(fēng)量的影響對(duì)氣流干燥性能的影響,提出了操作工況參數(shù)。孟巍等對(duì)旋轉(zhuǎn)閃蒸式干燥器的操作氣速、進(jìn)氣溫度、進(jìn)料速度的選定方法作了一定的分析;同時(shí)對(duì)其結(jié)構(gòu)、流程、工作原理作了一定的介紹。李軍輝等對(duì)擬薄水鋁石直管氣流干燥進(jìn)行了數(shù)值模擬。利用鄭國生、曹崇文所提出的公式,得出物料溫度、熱風(fēng)溫度、顆粒速度、熱風(fēng)濕度、物料含水率隨干燥管高度變化的曲線,并結(jié)合正交試驗(yàn),采用4因素(進(jìn)氣溫度、干燥管直徑、氣流速度、進(jìn)料速度)2水平,綜合采用費(fèi)用及含水率作為指標(biāo),得出相對(duì)經(jīng)濟(jì)且含水率較低的因素組合。梁棟等對(duì)濕煤灰在氣流干燥管里的傳熱傳質(zhì)過程進(jìn)行了模擬。得出了含濕煤灰顆粒在不同氣流干燥條件下的干燥曲線,并結(jié)合試驗(yàn)加以驗(yàn)證及對(duì)比。提出如下觀點(diǎn):顆粒干燥過程主要發(fā)生在干燥管氣流入口以上1m左右的高度內(nèi),然后隨著干燥管高度的增加,顆粒的含濕率緩慢下降,最后趨于穩(wěn)定。
3氣流干燥技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
3.1干燥設(shè)備專用化
干燥設(shè)備是非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備,之所以是非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備,主要是處理的物料物性及產(chǎn)品要求差異很大。因此,有針對(duì)性的設(shè)計(jì),更能使干燥設(shè)備發(fā)揮其作用,對(duì)技術(shù)及經(jīng)濟(jì)均有一定意義。
3.2多級(jí)及組合干燥系統(tǒng)的開發(fā)
不同型式的干燥設(shè)備可以適用不同的物料或可以適用物料不同的干燥階段,組合干燥(如氣流干燥和流化床干燥組合)可以限度地優(yōu)化干燥過程,使干燥系統(tǒng)更加合理。
3.3節(jié)能工藝的應(yīng)用
采用正負(fù)壓結(jié)合型多級(jí)氣流干燥器,可有效利用尾氣的余熱,降低尾氣的排出溫度,增加濕度后排出,克服單、雙級(jí)干燥排出高溫低濕尾氣浪費(fèi)熱量的特點(diǎn)。
3.4設(shè)備的多功能化
現(xiàn)在的干燥設(shè)備已不僅局限于干燥操作,有時(shí)還將粉碎、分級(jí)、甚至加熱反應(yīng)集于一機(jī)之中,大大縮短生產(chǎn)工藝流程,使設(shè)備呈多功能化。
3.5提高干燥設(shè)備的自動(dòng)控制水平
一是對(duì)干燥前濕物料濕含量進(jìn)行檢測(cè)控制,通過機(jī)械方法,把濾餅的水分降到的穩(wěn)定值。二是根據(jù)現(xiàn)有的熱源條件,在其所能提供的進(jìn)風(fēng)溫度條件下,自動(dòng)調(diào)節(jié)濕物料進(jìn)給速度,通過成品干燥度的檢測(cè),調(diào)整進(jìn)風(fēng)量,以限度地降低出口物料溫度,提高熱效率,降低能耗。
3.6氣流干燥模擬軟件的開發(fā)
中國農(nóng)業(yè)大學(xué)已開發(fā)出一種專門用于氣流干燥模擬的軟件Flash,該軟件能分析操作參數(shù)、物料參數(shù)等對(duì)干燥性能的影響,并能進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn),得出物料和干燥介質(zhì)各參數(shù)沿管長變化的規(guī)律,且能用于輔助設(shè)計(jì)干燥管某些結(jié)構(gòu)參數(shù),此種類型的軟件還有待發(fā)展和逐步完善。此外,運(yùn)用目前*比較成熟的CFD商業(yè)軟件包,如Fluent、CFX、PHOENICS、STAR-CD等,對(duì)干燥的傳熱和傳質(zhì)過程進(jìn)行數(shù)值模擬的研究,成為氣流干燥模擬的一個(gè)重要方向。
1氣流干燥裝置分類
1.1簡(jiǎn)單直管式
這是也是目前氣流干燥中使用泛的一種,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),熱質(zhì)傳遞的長度是在進(jìn)料口向上2~3m處,故又發(fā)展了管高僅4~6m的短管干燥器。后者在化工、建材某些物料表面水的蒸發(fā)上應(yīng)用廣泛。
1.2倒錐式
倒錐式氣流干燥器采用氣流干燥管直徑逐漸增加的結(jié)構(gòu),因此氣速由下向上遞減,不同粒度的顆粒分別在管內(nèi)不同的高度懸浮。濕物料在干燥過程中濕分逐漸除去變輕,物料即向上浮動(dòng),相互撞擊直至粒度和干燥程度達(dá)到要求時(shí)即被氣流帶出干燥管,這就增加了顆粒在管內(nèi)的停留時(shí)間,降低氣流干燥管的高度。
1.3脈沖式
脈沖式氣流干燥管的管徑交替縮小和擴(kuò)大,顆粒的運(yùn)動(dòng)速度也交替地加速和減速,使得空氣和顆粒間相對(duì)速度和傳熱面積均較大,從而強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)的速率。目前脈沖氣流干燥器的型式有3種,直管擴(kuò)縮型脈沖管、錐形脈沖管和S型脈沖管。
1.4套管式
套管式干燥器的干燥管不是簡(jiǎn)單的單層直管,而是內(nèi)外套管組成的,有單套和雙套管之分。單套管的物料與氣流同時(shí)由內(nèi)管下部進(jìn)入,顆粒在內(nèi)管做加速運(yùn)動(dòng),到加速終止時(shí),由內(nèi)管頂端導(dǎo)入內(nèi)外管的環(huán)隙內(nèi)。在環(huán)隙內(nèi)顆粒以較小的速度運(yùn)動(dòng),然后排出。采用這種干燥方式可以減小干燥管的高度和提高熱效率。
1.5其他類型
除上述幾種類型外,還有旋風(fēng)式、噴動(dòng)式、旋轉(zhuǎn)閃蒸式、環(huán)形干燥器、文丘里管式、渦旋流式等。
2氣流干燥技術(shù)研究現(xiàn)狀
曹崇文介紹了一種應(yīng)用較廣的氣流干燥的基本數(shù)學(xué)模型,為氣流干燥機(jī)的設(shè)計(jì)及性能分析提供了一定的依據(jù)。通過5個(gè)假設(shè):一是物料為球形顆粒,粒徑、含水率均勻;二是干燥管與水平面垂直;三是干燥管截面處顆粒分布均勻,氣流速度均勻;四是物料與空氣運(yùn)動(dòng)同向;五是干燥管是絕熱的。建立了5個(gè)微分方程:熱平衡方程、熱傳遞方程、質(zhì)平衡方程、干燥速率方程、顆粒相動(dòng)量方程。為實(shí)際干燥管的設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。金國淼介紹了氣流干燥中粒子在氣流干燥管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方程式(包括加速運(yùn)動(dòng)段與等速運(yùn)動(dòng)段),同時(shí)介紹了粒子在氣流干燥管中的傳熱與氣流干燥管壓力損失的計(jì)算公式。為研究粒子在干燥管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及傳熱傳質(zhì)規(guī)律起到一定的參考作用。陳文靖通過所建立的氣流干燥器加速段質(zhì)熱傳遞的微分方程,并賦予一定的初始變量,得出“氣流干燥器的部分是加速段,終速段的質(zhì)熱傳遞效果甚差,一般不應(yīng)再加以利用”的結(jié)論。鄭國生通過模擬并分析了不同工況下的幾種因素——熱風(fēng)溫度、喂入量、風(fēng)量的影響對(duì)氣流干燥性能的影響,提出了操作工況參數(shù)。孟巍等對(duì)旋轉(zhuǎn)閃蒸式干燥器的操作氣速、進(jìn)氣溫度、進(jìn)料速度的選定方法作了一定的分析;同時(shí)對(duì)其結(jié)構(gòu)、流程、工作原理作了一定的介紹。李軍輝等對(duì)擬薄水鋁石直管氣流干燥進(jìn)行了數(shù)值模擬。利用鄭國生、曹崇文所提出的公式,得出物料溫度、熱風(fēng)溫度、顆粒速度、熱風(fēng)濕度、物料含水率隨干燥管高度變化的曲線,并結(jié)合正交試驗(yàn),采用4因素(進(jìn)氣溫度、干燥管直徑、氣流速度、進(jìn)料速度)2水平,綜合采用費(fèi)用及含水率作為指標(biāo),得出相對(duì)經(jīng)濟(jì)且含水率較低的因素組合。梁棟等對(duì)濕煤灰在氣流干燥管里的傳熱傳質(zhì)過程進(jìn)行了模擬。得出了含濕煤灰顆粒在不同氣流干燥條件下的干燥曲線,并結(jié)合試驗(yàn)加以驗(yàn)證及對(duì)比。提出如下觀點(diǎn):顆粒干燥過程主要發(fā)生在干燥管氣流入口以上1m左右的高度內(nèi),然后隨著干燥管高度的增加,顆粒的含濕率緩慢下降,最后趨于穩(wěn)定。
3氣流干燥技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
3.1干燥設(shè)備專用化
干燥設(shè)備是非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備,之所以是非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備,主要是處理的物料物性及產(chǎn)品要求差異很大。因此,有針對(duì)性的設(shè)計(jì),更能使干燥設(shè)備發(fā)揮其作用,對(duì)技術(shù)及經(jīng)濟(jì)均有一定意義。
3.2多級(jí)及組合干燥系統(tǒng)的開發(fā)
不同型式的干燥設(shè)備可以適用不同的物料或可以適用物料不同的干燥階段,組合干燥(如氣流干燥和流化床干燥組合)可以限度地優(yōu)化干燥過程,使干燥系統(tǒng)更加合理。
3.3節(jié)能工藝的應(yīng)用
采用正負(fù)壓結(jié)合型多級(jí)氣流干燥器,可有效利用尾氣的余熱,降低尾氣的排出溫度,增加濕度后排出,克服單、雙級(jí)干燥排出高溫低濕尾氣浪費(fèi)熱量的特點(diǎn)。
3.4設(shè)備的多功能化
現(xiàn)在的干燥設(shè)備已不僅局限于干燥操作,有時(shí)還將粉碎、分級(jí)、甚至加熱反應(yīng)集于一機(jī)之中,大大縮短生產(chǎn)工藝流程,使設(shè)備呈多功能化。
3.5提高干燥設(shè)備的自動(dòng)控制水平
一是對(duì)干燥前濕物料濕含量進(jìn)行檢測(cè)控制,通過機(jī)械方法,把濾餅的水分降到的穩(wěn)定值。二是根據(jù)現(xiàn)有的熱源條件,在其所能提供的進(jìn)風(fēng)溫度條件下,自動(dòng)調(diào)節(jié)濕物料進(jìn)給速度,通過成品干燥度的檢測(cè),調(diào)整進(jìn)風(fēng)量,以限度地降低出口物料溫度,提高熱效率,降低能耗。
3.6氣流干燥模擬軟件的開發(fā)
中國農(nóng)業(yè)大學(xué)已開發(fā)出一種專門用于氣流干燥模擬的軟件Flash,該軟件能分析操作參數(shù)、物料參數(shù)等對(duì)干燥性能的影響,并能進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn),得出物料和干燥介質(zhì)各參數(shù)沿管長變化的規(guī)律,且能用于輔助設(shè)計(jì)干燥管某些結(jié)構(gòu)參數(shù),此種類型的軟件還有待發(fā)展和逐步完善。此外,運(yùn)用目前*比較成熟的CFD商業(yè)軟件包,如Fluent、CFX、PHOENICS、STAR-CD等,對(duì)干燥的傳熱和傳質(zhì)過程進(jìn)行數(shù)值模擬的研究,成為氣流干燥模擬的一個(gè)重要方向。