固体干燥系统的选择指南

这里提供的信息提供了干燥机类型的特性和功能的基本入门，重点是流化床干燥机，用于工业操作中的湿度控制

在干燥过程中控制固体材料水分的能力在化学过程工业(CPI)中起着关键作用，包括农业、化工、塑料、制药和其他行业。几乎每一个处理粉末或颗粒的工厂都需要在设备内配备某种类型的干燥机，而挑战就变成了哪种类型的干燥机最适合特定的应用和需要干燥的特定材料?这篇文章是关于不同类型干燥机的特点和功能的基本入门，旨在帮助您选择适合特定湿度控制应用的干燥机。

两个主要类别的干燥机类型是直接和间接干燥机。直接干燥机利用热风作为水蒸发的机制。间接干燥机利用旋转的热表面将热量传递到湿材料中。

在这两种类型中，最常见的是直接式干燥机，这种干燥机使用天然气作为燃料来加热空气。然而，没有一款烘干机适合所有的应用。对各种功能的检查可以帮助确定哪种类型的直接干燥机将最适合给定的一组规格。

烘干机设计:“天气系统”

假设流化床“气象学家”的角色，模拟干燥过程各个阶段的空气和水分特性，可以对直接干燥过程有更深入的了解。图1描述了直接干燥系统的四个阶段。

每个阶段说明了云的形成，阴影区域代表水蒸气的相对量，云的膨胀和吸收水蒸气在四个阶段的每个阶段。湿测图有助于模拟这一过程。

阶段1显示了进入干燥机的环境湿度(每单位干燥空气的水蒸气量)的入口。云层很小，反映了水蒸气的大小和数量。

在第二阶段，空气被加热到进气温度。来自天然气空气加热器的受热空气量越大，空气膨胀得越多，从而能够带走更多的水蒸气。这也可以从测湿图中看出。加热空气会增加空气的温度，如图中水平线所示。在总含水量保持不变的情况下，空气保持水分的能力显著增加。换句话说，当我们加热空气时，相对湿度会降低。根据进风温度的不同，进风量可增加一倍。通过燃烧天然气，一些额外的水蒸气被添加到云中。

第3阶段说明了螺旋给料机将含有水分的固体产品倾倒到烘干机中，从而“喂”云。

在第4阶段，当云冷却收缩时，潮湿的空气从机器中排出，同时仍然保留前一阶段的水蒸气。出口空气中含水量的相对百分比可以用出口空气的相对湿度、实际蒸气压的百分比除以饱和蒸气压或绝热饱和比(ASR)、实际水蒸气重量除以饱和水蒸气重量的百分比来表示。

虽然有些人可能更熟悉相对湿度的概念，但这种测量方法更常用于加热、通风和空调(HVAC)系统，在更高的温度下不太适用。在心理测量图表上，ASR在数学上被分成十个相等的百分比。ASR最高达到100%。这意味着在ASR达到60%时，可以添加40%以上的水蒸气以达到饱和。

根据温度分布，大多数直接干燥机将落在70 - 90% ASR的可接受范围内，并能够获得所需的最终产品湿度。

直接干燥机的挑战是最大限度地延长湿料与加热干燥空气接触的时间。影响干燥速率、效率和特性的主要因素的清单将影响正确的直接干燥系统的选择。这些因素包括:

• 空气流量
• 空气流动方向
• 物料含水率
• 热敏感度(最高允许温度)
• 布局
• 回混(见右框1)
• 聚集
• 粒子范围，大小，颜色和形状
• 植物的足迹
• 热特性(干燥除外)
• 环境卫生
• 吞吐量
• 维护
• 特殊材料的考虑，如爆炸性或可燃性材料

干燥曲线

物料的干燥曲线显示了物料在加工过程中水分随时间的减少(图2)。闪蒸干燥机提供了快速的初始水分减少;然而，它们并不总是最有效地获得最低的水分含量。

要达到较低的产品湿度水平需要较长的暴露时间，以允许水分从颗粒中心迁移出去。因此，停留时间较长的烘干机，如旋转，输送机或流化床烘干机，将提供更一致，低水分含量的结果。

固体处理机可以选择两级系统，利用两种不同类型的干燥机的互补优势;闪蒸干燥机的热暴露时间短，其次是二次干燥机的热暴露时间长

温度和测试

最终，要确切知道烘干机在处理特定材料时的表现，唯一的方法就是进行测试。通常，制造商会有一个小型实验室测试干燥机，在那里可以在不同的干燥时间和温度下运行小批次。在小型干燥机中进行测试后，放大计算考虑了保留时间(由床的体积和固体材料的流量决定)，以确定扩大到大型干燥机所需的热量和质量平衡。

每个烘干机的热损失是独立的，取决于烘干机的尺寸和绝缘。例如，小型烘干机由于表面积比气流大，热损失范围更高，与大型烘干机相比，热损失高达20%。相对较短的保留直接干燥机的优点之一是在物料干燥时的蒸发冷却效果。因此，“经验法则”的入口空气温度可以高达50℃以上的粘滞点或降解点的材料。出风温度(干燥后的出风口温度)对控制产品湿度至关重要。一些干燥机操作员控制湿球器或露点温度来控制产品湿度。出口气流的温度和水蒸气负荷与最终产品的湿度有关。

干燥器类型

下面简要介绍在工业干燥应用中使用的各种类型的干燥机。

回转式烘干机。旋转干燥机的设计与旋转，翻滚滚筒和内部升降机，使潮湿的固体“雨”通过通过和加热的干燥空气。与这种干燥机相关的挑战是最大限度地延长湿进料暴露在加热干燥空气中的时间:接触越好，旋转干燥机的长度越短，成本越低。最终的设计将取决于所需的保留时间。

传送带烘干机。传送带式干燥机(也称为带式、隧道式或围裙式干燥机)是旋转的带式输送机，通常配备有穿孔带，允许热空气通过带和湿饲料循环。这种干燥机的挑战是让加热的空气接触到皮带上的进料内层。一些使用多个皮带重新定位饲料和暴露内部表面的热空气。

喷雾烘干机。喷雾干燥机从液体饲料或浆液开始，发展到液体的雾化或将其转化为更小的液滴。目的是利用加热的气体将液体材料迅速干燥成粉状材料。许多不同类型的喷雾干燥机是可用的，通常用于食品，化工和制药行业。喷雾干燥机通常会与流化床干燥机一起使用，作为实现目标湿度水平的补充系统。

Flash烘干机。闪蒸干燥机是一种热风输送装置。挑战在于将曝光时间从几秒钟增加到几秒钟。有变化，如回收大颗粒或内联颗粒尺寸减小，以帮助干燥。快速干燥机用于加工食品或矿物，可能对长时间的热暴露敏感。

流化床干燥器

流化床干燥机使用加热空气来流化和干燥饲料材料，在设计上是静态或振动的。静态流化床的床层深度可以使干燥机的尺寸和所需的干燥空气量最小化。直接干燥机的低效率是排出的热空气;尽量减少空气量增加干燥机的效率。

流化床烘干机有两种不同的形状:矩形或圆形。流化床干燥机(和冷却器)提供批量和连续处理能力。

矩形与圆形流化床烘干机．矩形流化床烘干机运行在一个输送带式的运动为材料运输通过烘干机。这些可以建造到更高的能力和多阶段。矩形流化床烘干机为大容量、连续应用提供了一个可行的选择，不需要严格遵守严格的卫生标准。然而，较大的尺寸需要大量的工厂占地面积，并可能对安装、清洁和维护构成挑战，最大的尺寸需要起重机或叉车操作。

矩形流化床干燥机面临的挑战之一是干燥机角落的“死区”，它可能会捕获或保留之前加工过的材料，或滋生细菌。在产品或材料滞留的情况下，停留时间较长的材料会使某些材料过干。在食品、制药和类似的应用中，快速和彻底的清洁能力对符合3-A、USDA、FDA、BISCC和其他严格的卫生和安全标准至关重要。

循环流化床烘干机提供批量和连续干燥能力，批量提供更大的操作员控制最终的湿度水平。在最终湿度水平规格不严格的应用中，或者如果它们在一个范围内，操作人员可以选择连续干燥过程。

圆形设计没有内角或边缘，比矩形版本更容易维护和清洁。一个圆形流化床干燥机通常可以在一个小时或更少的时间内完成一个清洁循环，而一个矩形流化床可以占用整个班次。

在圆形振动流化床中加工的材料以螺旋运动运动，在整个流化床中提供均匀的气流和振动，以分离和流化单个颗粒。这种运动使物料表面积和干燥达到最大化，物料进出干净。这提供了一个更均匀的湿度水平从批次到批次。该设计允许精确控制空气温度和气流，床的深度，停留时间和物质流动路径。

圆形模型的设计为运营商提供了固有的优势。建筑材料可以被调低，振动电机缩小尺寸以实现更安静的操作，相关的组件可以被取消，以实现更轻的机器。特别值得注意的是，当比较相似的吞吐量和达到相似的含水量时，能源节约显著，比矩形模型平均少消耗20 - 50%的电力。

与矩形流化床相比，工厂占地面积也大大减少，这在评估每平方英尺工厂地板空间的吞吐量时是重要的(见方框，右)。

振动流化床干燥机除了可以处理易碎材料外，还可以处理更大范围的形状、尺寸和密度。这包括工业制造领域的产品，如以下:

• 木粉
• 农用化学品
• 化肥
• 催化剂
• 团聚体
• 陶瓷珠子
• PVC粉
• 马来酸钠杂化物及类似材料
• 回收塑料和玻璃

结束语

工业直接烘干机的设计考虑到许多因素，没有一个烘干机完美适合所有的应用。在为您的特定干燥应用寻找合适的设备时，了解不同的干燥器功能和特性。研究现有的干燥机类型，确保分析干燥的四个阶段的任何一点的条件，以获得对直接干燥机的最佳理解。请特别注意温度剖面，保持时间，气流和水分减少能力，以及定制选项更独特的干燥情况。最重要的是，在得到估价之前，确保在任何款式的烘干机上测试你的材料。供应商应该愿意在烘干机评估过程中容纳这一步。

编辑:Scott Jenkins

作者

兰斯布里格斯他是Kason Corp. (67 East Willow St.， Millburn, N.J. 07041;电话:973-467-8140;www.kason.com)．布里格斯对为不同的客户挑战提供创造性的解决方案非常感兴趣。他有很强的为客户提供解决方案和流程实施的背景。布里格斯的职业生涯始于产品工程师和经理，之后转到技术销售部门。他现在负责卡森高级材料加工部门的北美业务。他在密苏里大学获得机械和航空航天工程学位。