主题：【分享】干燥设备的选型和应用原理

物料与水分的结合方式
    根据物料中所含水分去除的难易程度分为下列两种：
    （1）、非结合水分：
    非结合水分包括存在于物料表面的润湿水、孔隙水等物料与水分直接接触时，被物料吸收的水分。由于与物料的结合强度小，故易于去除。
    （2）、结合水分：
    包括物料细胞或纤维管璧及毛细管中所含的水分。这种水分又可细分为化学结合水、物理化学结合水和机械结合水。其中，化学结合水主要包括结晶水，结合强度大，故难以去除，脱去结晶水的过程不属于干燥过程；物理化学结合水包括吸附、渗透和结构的水分，吸附水与物料的结合最强，水分既可被物料的外表面吸附，也可吸附于物料的内部表面，在吸附水分结合时有热量放出，脱去时则需吸收热量，渗透水分与物料的结合是由于物料组织壁的内外溶解物的浓度有差异而产生的渗透压所造成，结合强度相对弱小，结构水分存在于物料组织内部，在胶体形成时将水结合在内，此类水分的离解可由蒸发、外压或组织的破坏；机械结合水分包括有毛细管水分等，毛细管水分存在于纤维或微小颗粒成团的湿物料中，它与物料的结合强度较弱。

含结合水分的物料称为吸水物料，如：木材、粮食、皮革、纤维及其织物、纸张、合成树脂颗粒等。仅含有非结合水分的物料，称为非吸水性物料，如铸造用型砂、各种结晶颗粒等。就干燥的难易来说，非吸水性物料要比吸水性物料容易干燥得多。物料的结晶水为化学结合水，干燥过程一般是不能去除结晶水的。不同结构的水分的结合能大约为100～3000J/mol。物料和水分的不同结合形式，使排除水分耗费的能量不同，这就说明干燥所需要的热能也不一样。
    根据物料在一定的干燥条件下，其水分能否用干燥方法除处可分为平衡水分和自由水分。在生活中，常会遇到一些物料在湿度较大的空气中"返潮"的现象，而这些返潮的物料在干空气中又会回复其"干燥"状态。不管"返潮"或"干燥"过程，进行到一定限度后，物料中的含水量必将趋于一定值，此值即称为在此空气状态下的平衡水分。物料中所含的大于平衡水分的那一部水分，可以在干燥过程中从湿物料中去除，称之自由水分。

湿物料的干燥过程
    1、湿物料的干燥过程
    干燥的条件为干燥介质（通常为热空气）的流动速度、湿度和温度。
    当热空气从湿物料表面稳定地流过时，由于空气的温度高，物料的温度低，因此空气与物料之间存在着传热推动力，空气以对流的方式把热量传递给物料，物料接受了这项热量，用来气化其中的水分，并不断地被气流带走，而物料的湿含量不断下降。当物料的湿含量下降到平衡水分时，干燥过程结束。
    物料干燥过程中，存在着传热和传质两个相互的过程，所谓传热就是热空气将热量传递给物料，用于气化其中的水分并加热物料，传质就是物料中的水分蒸发并迁移到热空气中，使物料水分逐渐降低，得到干燥。
    2、干燥过程的特点
    在干燥过程中，由于物料总是具有一定的几何尺寸大小，即使是很细的粉料，从微观也可看成是有一定尺寸的颗粒，实际上上述传热传质过程在热气流与物料颗粒之间和物料颗粒内部的机理是不相同的，在干燥理论上就将传热传质过程分为热气流与物料表面的传热传质过程和物料内部的传热传质过程。由于这两种过程的不同而影响了物料的干燥过程，两者在不同干燥阶段起着不同的主导和约束作用，这就导致了一般湿物料干燥时前一阶段总是以较快且稳定的速度进行，而后一阶段则是以越来越慢的速度进行，所以我们就将干燥过程分为等速干燥阶段和降速干燥阶段。
    （1） 等速干燥阶段
    在等速干燥段内，物料内部水分扩散至表面的速度，可以使物料表面保持着充分的湿润，即表面的湿含量大于干燥介质的最大吸湿能力，所以干燥速度取决于表面气化速度。换句话说，等速段是受气化控制的阶段。由于干燥条件（气流温度、湿度、速度）基本保持不变，所以干燥脱水速度也基本一致，故称为等速干燥阶段，此一阶段热气流与物料表面之间的传热传质过程起着主导作用。因此，提高气流速度和温度，降低空气湿度就都有利于提高等速阶段的干燥速度。等速阶段物料吸收的热量几乎全部都用于蒸发水分，物料很少升温，故热效率很高。可以说等速段内的脱水是较容易的，所去除的水分，纯属非结合水分。

（2） 降速干燥阶段
    随着物料的水分含量不断降低，物料内部水分的迁移速度小于物料表面的气化速度，干燥过程受物料内部传热传质作用的制约，干燥的速度越来越慢，此阶段称为降速干燥阶段，有以下几个特点：
    降速段的干燥速率与物料的湿含量有关，湿含量越低，干燥速率越小。这是与等速段不同的第一个特点；
    降速段的干燥速率与物料的厚度或直径很有关系，厚度越厚，干燥速率越小。这是第二个特点；
    当降速阶段开始以后，由于干燥速率逐渐减小，空气传给物料的热量，除作为气化水分用之外，尚有一部分将使物料的温度升高，直至最后接近于空气的温度。这是第三个特点；
    降速段的水分在物料内部进行气化，然后以蒸汽的形态扩散至表面，所以降速阶段的干燥速率完全取决于水分和蒸汽在物料内部的扩散速度。因此也把降速段称作内部扩散控制阶段。这是第四个特点。
    在降速阶段，提高干燥速度的关键不再是改善干燥介质的条件，而是提高物料内部湿份扩散速度的问题。提高物料的温度，减小物料的厚度都是很有效的办法。这是第五个特点。
    相对等速干燥阶段，降速段的干燥脱水要困难得多，能耗也要高得多。
    所以为了提高干燥速度，降低能耗，保证产品品质，在生产工艺允许的情况下，应尽可能采取打散、破碎、切短等方法减小物料的几何尺寸，以有利于干燥过程的进行。
    干燥设备选型前需要确定的条件
    由于干燥过程中湿物料的种类很多，干燥特性又差别很大，所以需要不同类型的干燥方法和设备。这样就带来了干燥方法和设备的选型问题。如果选择不当，就必然会带来设备投资过大，或操作费用上升，或产品质量不符合要求，在极端情况下乃至不能操作运行。所以，必须对选型问题给予足够的重视。
    1、 物料性能及干燥特性
    （1） 物料的形态
    大至成型的木材、陶瓷制品以及片状、纤维状、颗粒状、细粉状直至膏糊状和液体物料，都是工业上需要干燥的物料。故选择干燥机应首先依据物料的形态。
    （2）物料的各种物理特性
    包括密度、堆密度、粒径分布、热容以及物料的粘附性能等。粘附性能的高低，对进出料和某些形式的干燥机的工作有很大的影响，粘附严重时干燥过程无法进行。
    （3）物料在干燥过程中的特性
    包括受热的热敏性，有些物料在受热后会变色和分解变质。另外，干燥过程中物料的收缩将使成型制品开裂或变形，从而使产品品质降低甚至报废。
    （4）物料与水分结合的状态
    它决定了干燥的难易程度、能量消耗水平和在干燥机内所需停留时间的长短，这与选型有很大的关系。例如，对难干燥的物料主要是给予较长的停留时间，而不是强化干燥的外部条件。
    2、 对干燥产品的要求
    （1） 对干燥产品形态的要求
    在某些情况下这一点显得特别重要。如在食品干燥中，对产品几何形状的要求是能否使产品含水率达到干燥要求的关键。再如象洗衣粉、染料等为利于速溶并避免粉尘飞扬，选择干燥机时必须应用喷雾造粒装置。
    （2） 对干燥均匀性的要求
    （3） 对产品的卫生的要求
    （4） 对产品的一些特殊要求
    如对咖啡、香菇、蔬菜等物料的干燥，要求产品能保持其特有的香味，故不能采用高风温的快速干燥。
    3、 湿物料含水量的波动情况及干燥前的脱水
    进入干燥机的物料含水率应尽可能避免较大的波动，若含水量变大，将使干燥机产量下降或干燥产品达不到含水率要求，若含水率变小，则出口排气温度上升，产品过度干燥，不单会使干燥机热效率下降，有时还会使产品温度上升，从而影响产品质量。
    对于高湿物料（含水率60％以上），在干燥前应尽可能应用机械脱水（压滤、离心脱水等）给予预脱水。机械脱水的设备费用虽较高，但其操作费用之低廉是热风干燥无法相比的。