干燥配套设备的选择方法

干燥配套设备的选择方法

选择干燥设备一定要兼顾配套设备，因为干燥系统是由干燥设备和附属设备组成。附属设备选择是否得当也是关键一环。一般情况下，干燥系统主要由通风设备、加热设备、主机（干燥设备）、气固分离设备、供料设备等组成。

能源费用的上升以及对污染限制的规定，工作条件和操作安全性等对工业干燥机的设计和选择有着直接的关系。有人对这些设计因素影响（特别是悬浮式干燥机设计，例如喷雾、闪蒸和流化床干燥机）已经给予了充分的讨论，在对各种型号干燥机的选择阶段也一定要考虑到这些因素。有时候，在对不同物料和不同场合都可进行加工的干燥装置时，人们必须在设计阶段就把这些因素考虑进去。

对于气体来说，由于排除灰尘，干燥装置可以引起污染。在某些地方，既使是蒸汽也是不能允许的。一般的要求是，排除的尾气中的灰尘浓度低于20~50mg/Nm3，并且得必须设置高效除尘器。重要的是，在一定的条件下，适于对粗糙颗粒的干燥。另一方面，颗粒愈大，干燥时间愈长。在粉粒物料干燥中，对粉尘的聚集和气体净化通常采用旋风分离器、袋式过滤器或静电聚尘器等。在其它形式中，如对浆状、片等物料干燥时，粉尘只是在物料对流干燥中发生。为了排除有害气体污染，人们可借助于吸收、吸附或焚化等手段。

第一节

除尘设备

对于气体来说，由于夹带灰尘，干燥装置可以引起污染。在某些地方，既使是蒸汽也是不能允许的。干式除尘系统的选择方向见表3-1。

表3-1除尘系统的选择方向

要求推荐

系统低成本,有效,易清洗旋风分离器

中等成本,高效,运行费用高布袋除尘器

处理量大静电除尘器

产品回收,粒度小旋风分离器+湿式除尘器

一、旋风分离器

旋风分离器广泛应用在对流干燥系统中，是从气体中收集产品的主要设备。旋风分离器结构简单，制造方便，只要设计合理，制造恰当，可以获得很高的分离效率。对含尘量很高的气体，同样可以直接进行分离，并且压力损失也比较小，没有运动部件，所以经久耐用。除了磨削性物料对旋风分离器的内壁产生磨损或细粉粘附外，没有其它缺点。

在正常情况下，理论上旋风分离器能够捕集5μm以上的粉体，分离效率可达90％以上。但是，在实际生产运行中，往往由于制造不良，安装使用不当或操作管理不完善等原因，造成分离效率下降。一般只有50%～80%，有时甚至更低。

旋风分离器也称作离心力分离器，它是利用含细粉气流作旋转运动时产生的离心力，把细粉从气体中分离出来。

严格地说，旋风分离器内气流的运动情况相当复杂。由于细粉的凝聚与分散，器壁对细粉的反弹作用以及粒子间的摩擦作用等原因，分离机理很复杂，理论上的研究从未停止过。

含细粉的气流进入旋风分离器后一面沿内壁旋转一面下降，由于到达圆锥部后旋转半径减小，根据动量守恒定律，旋转速度逐渐增加，气流中的粒子受到更大的离心力。由于离心力产生的分离速度要比受重力作用的沉降速度大几百倍甚至几千倍，使细粉从旋转气流中分离，沿着旋风分离器的壁面下落而被分离。气流到达圆锥部分下端附近就开始反转，在中心部分逐渐旋转上升，最后从升气管排出。

旋风分离器直径越小，入口速度越大，旋转次数越多，则分离粒径越小。对于实际的旋风分离器，由于气流的扰动与壁面的摩擦，粒子分布不均、粒子与壁面的反弹作用以及形状的影响，分离器临界粒径不是那样准确，在分离出的物料中也会混入一部分细粒子。

旋风分离器的压降也是一项重要性能指标，一般与气体进口速度的平方成正比，即可用下式表示旋风分离器的分离效率是很重要的技术指标，含细粉气体中的粒子通常是由大小不均的颗粒组成。在分离技术上常用分散度来反应粒度分布情况，分散度是细粉中各种粒级所占的质量百分数。

实践证明，分离效率不仅与分离器的结构和操作条件有关，而且随粒度分布而变。同一设备在相同的操作条件下，粒度分布不同，全效率也不同。因此，在分离技术上又用粒度分布来确定分离器的分离效率，这就是分级效率。表示了分离器对某一粒级粉体的分离效率。

当处理气量较大时，采用一台旋风分离器尺寸过大，效率有下降趋势，可采用几个小直径的旋风分离器并联组成一个旋风分离器组。减小旋风分离器的直径，将使离心力和粒子沉降速度提高，因而也提高了除尘效率。

二、布袋除尘器

布袋除尘器（袋滤器或袋式除尘器）经常作为从干燥尾气中分离粉状产品的最后一级气固分离设备，是截留尾气中粉体的最后一道防线。布袋除尘器的特点是捕集效率高，可以说，在众多的气固分离设备中，它的捕集效率是其它设备所不及的，特别是捕集20μm以下的粒子时更加明显，效率达到99％以上。

布袋除尘器主要由滤袋、袋架和壳体组成，壳体由箱体和净气室组成，布袋安装在箱体与净气室中间的隔板上。含尘气体进入箱体后，粉体产生惯性、扩散、粘附、静电作用附着在滤布表面，清洁气体

（一）袋滤器的工作参数

从袋滤器的工作原理出发，工作阻力在一定范围内随粉尘在滤布上粘附量的增加而增大，阻力的变化会造成系统通风量的波动，对分离效率有较大影响，工作阻力主要由结构阻力、清洁滤布阻力和滤布上附着粉尘层阻力三部分组成。设备阻力的主要是由后两个阻力所决定。

值得注意的是，干燥操作尾气是高含尘、高湿含量气体，要特别注意袋滤器的工作温度。一般操作温度要高于露点温度10～20℃，否则一但结露，粉尘大量粘附滤布、阻力陡然增大，严重时会造成系统不能工作。

（二）滤布

前面曾提到，决定捕集效率的重要因素是滤布,从某种意义上讲它起决定作用，正确选择滤布是提高捕集效率的关键，选择滤布时应满足下列条件：

①所捕集的粉体能附着在滤布上构成过滤层；

②选择滤布的间隙应大于颗粒的直径；

③附着在滤布上的粉体应容易剥落；

④对酸碱等气体应有一定的化学稳定性；

⑤容易洗涤且不易收缩；

⑥在处理介质的温度下长期工作不破损。

（三）布袋除尘器的结构

目前应用最多的布袋除尘器有两种型式，一种为电磁脉冲反吹除尘器，另一种为机械回转反吹除尘器。电磁脉冲反吹除尘器外壳以方形居多，布袋分成若干排，每排的数量相等。布袋上方有反吹的气管，反吹时间由电磁阀控制，可以依次对每排布袋进行反吹，使布袋外粘附的粉体及时从布袋上脱落。机械回转反吹的外壳呈圆形。为提高分离效率，常设计成蜗壳状入口，大颗粒在离心力的作用下沿筒壁落入料斗，小颗粒弥散于滤室的空间,从而被滤袋阻留粘附在滤布外面。洁净气室内设有回转臂，引入高压洁净空气周期性向袋内反吹，使粘附在滤布上的粉尘脱落。

两种除尘器各有优缺点，脉冲式除尘器可以自动控制反吹周期及反吹时间，但反吹气量较少，如果滤袋较长时,末端的反吹效果不佳。机械回转反吹气量较大，反吹效果较好，但对系统有一定影响，使系统压力产生波动。由于引入的是常温空气，工作时有使滤袋内空气结露的倾向，操作时应加以注意。

三、空气过滤器

有些物料的干燥，比如食品、药品以及生物制品，要求干燥用的空气卫生条件很高，对进入系统的空气要进行过滤。过滤器一般安放在系统的最前端，通过过滤器后的空气才能进入加热系统。

过滤器的材料一般采用油浸式滤层，滤层用不锈钢丝形成绒团（也可以采用钢丝绒、铜丝绒、尼龙纤维、中孔泡沫塑料），喷以轻质定子油，或真空泵油，制成每块50×50cm左右的单体厚约5～12cm 的过滤层，也可以采用其它材料。根据要求可以用一层或多层叠加在一起作为过滤层，过滤层的两面用钢网夹紧固定后再安装在过滤器的壳体上。

四、文丘里除尘器

文丘里除尘器(文氏除尘器)是湿式除尘器的一种。文丘里除尘器(文氏除尘器)是将气体中的尘粒被水滴捕集，变气固分离为气液分离，以达到除尘目的。文丘里除尘器按引液方式可分为中心喷液、周边径向内喷、液膜引入、气流能量引入等几种方式。气体中粉尘的捕集、气液分离均由一台设备完成，能有令人满意的效果。

文氏除尘器主要有收缩管、喉径、扩散段、旋流器、导流体、导流片、分离室组成，见图3-1。含尘气体从下方进入除尘器，在喉径处速度达到最大值。捕集用水在泵的作用下切向进入旋流室，喉管处有一环缝，与旋流室相通。水在旋流室旋转并有一压力，经环缝进入喉管后形成旋转的液膜。

液膜受到高速气流冲击迅速雾化，雾化后雾滴加大了与气体接触面积。由于二者之间存在速度差，使气体中粉尘被雾滴捕集与气体分离。气体夹带雾滴向上运动，遇导流片后由垂直运动变为旋转运动，产生的离心力使雾滴被甩向器壁后粘附在水膜上与气体分离，从而也强化了捕集作用。上部扩散段使气体速度下降，起沉降作用，从而降低了雾滴的夹带量，被净化后气体从顶部排出。

图3-1文丘里除尘器

1—进气口

；2—导流体

；3—导流片

；4—检修孔

；5—排风口

；6—沉降室

；7—回水管

；8—锥体

；9—旋流室

五、箱式水膜除尘器

除尘器内设有一至二块孔板，每块板的上方设有喷头。含尘气体从进风口进入除尘器内，遇折流板突然形成180°转向，气流产生很大的离心力，粉尘向气流的外方移动，与水面接触后被吸附。形成第一级分离。到达孔板下方时，与孔板下来的水滴接触，又有部分粉尘被水滴吸附。喷头喷下的水滴落到孔板后受到从孔板下通过的上升气流的作用，在孔板上产生60～80mm的泡沫层。气流在通过孔板时，粉尘与水接触面积最大，也是捕集率最高的位置。通过孔板后的气流必然夹带部分雾滴，当上升到离心除

水膜并沿器壁流回水箱内，净化后的气体从排风口排出。箱式水膜除尘器结构见图3-2。

图3-2箱式水膜除尘器

1—排气口

；2—导流体

；3—导流片

；4—孔板

；5—进气口

；6—益流管

；7—排污管

；8—循环水管

；9—档板

；10—水箱

；11—堰板

；12—喷头

；13—档气板

六、箱式洗涤器

箱式洗涤器为卧式填料层洗涤器，填料层由多层网组成，厚度视工艺条件而定，一般为二至三道这样的填料层组成。填料层上方有喷淋管，使网层处于湿润状态。含尘气体通过填料层时，增大了气液接触表面积，被捕集下来的的粉尘同水一道流回水箱，捕集用水可以循环使用。为保证填料全部被水冲洗，一般都有一个倾斜角度。这种洗涤器的用水量较少，一般为0.15～0.5L/m3,设备阻力因填料层厚度而异。当入口含尘气体浓度为10～12g/m3时，捕集粒径为2μm的粉尘效率可达90％。箱式洗涤器设备结构见图3-3。

图3-3箱式洗涤器

1—水箱

；2—进水管

；3—气箱

；4—洗涤水管

；5—上盖

；6—锥体

；7—进气管

；8—孔板

；9—排污口

；10—支架

热源

干燥离不开热源，但因被干燥物料比较复杂，对热源及换热设备都有不同的要求，一旦被干燥物料确定下来后，热源的选择就有根据了。干燥器热源的种类及换热设备的形式在很大程度上决定设备的运转费用及生产成本，所以设备的技术经济指标不仅取决于干燥设备本身的合理设计和正常操作，而且在很大程度上还与所选择的热源及利用方式密切相关。

一、热源的选择

干燥的热源常用的燃料主要有固体燃料、液体燃料、气体燃料、热载体及电能等。具体地说主要有各种燃烧物（煤、天然气、液化石油气、可燃化学气体）与空气的燃烧产物、水蒸汽、热水、电能和具有一定热量的尾气、废液、废油渣等。如果干燥用的热空气需间接换热，换热介质还有导热油（道生油等）。热源选择应考虑的内容，主要集中在以下几个方面：

①

满足产品质量的要求。加热温度，热源的洁净程度都对产品质量有很大影响；

②

满足环保要求。一些燃烧的热源在燃烧过程中会产生异味或烟雾，排至大气后会产生污染，这类热源应慎重使用，如果一定选用也要进行环保处理；

③

经济易得。所选用的热源应因地置宜，既考虑各种热源的费用,又要考虑容易获得；

④

安全可靠。这一点对直燃式热源更为重要，有些被干燥物料易燃、易爆或易氧化，处理这类物料最好选用间接换热的热源，选用直燃式要有特殊的阻燃或防爆措施；

⑤

易于操作。所选用的热源尽可能方便操作和自动控制，才能保证产品质量稳定。

热源的种类及使用方法见3-2表、表3-3。

表3-2热源的种类及使用方法

热源

加热方式

备注

固体燃料

直接燃烧式(直焰式)

间热加热式(间接式) 直接采用燃烧气体利用热交换间接

加热气体

水蒸汽、温水及热油等

用于产生热空气

送入干燥器的加热部

热空气干燥器

传导加热干燥器

电气

电加热

红外加热

高频加热

小型热空气干燥器

辐射干燥器

高频加热

热泵

低热源的升级

主要用于40~50℃的热空气干燥

太阳能

热交换，产生热空气

主要用于热空气干燥

废热

直接或间接式

焚烧炉，锅炉尾气

表3-3 热源特性

热源种类

温度调节

洁净度

设备费

LPG（液化天然气）

城市煤气

（表格，没有复制出来）

燥介质。热空气适用于物料不宜被氧化的操作，烟道气用于高温操作，物料在含碳情况下不影响产品质量，也不与二氧化碳或二氧化硫反应。氮气主要用于物料易被氧化，物料中的液体在含氧干燥条件下易燃易爆的情况下。在通常，用氮气作为干燥介质装置是密闭的，也就是闭路循环系统。如果温度在130℃以上物料不会改变性质，则可用过热蒸汽干燥。在干燥悬浮或半悬浮状态下的聚合物，如聚乙烯、苯乙烯共聚物时，干燥装置中聚集有大量的静电荷，在这种场合下，要进行防爆处理，最好用空气或过热蒸汽作为干燥介质。

二、热源的种类

（一）蒸汽

蒸汽是一种清洁、安全和廉价的热源，主要用于间接换热的设备中。经过换热设备进行传导传热，放出显热后成冷凝水排出。蒸汽压力高时换出的空气温度就高，干燥工艺条件决定所需的压力与蒸汽量。如果工厂有0.6～0.8MPa的蒸汽，就可以通过换热器将干燥介质（空气、氮气或其它气体）加热至150～160℃。理论上，离开换热器干燥介质温度大约低于蒸汽温度5～7℃。

（二）热水

如果热水的温度达到90～130℃，则可以为认为它有一定的利用价值。主要可以用于操作温度较低的某些干燥物料，如含有溶剂的干燥或作为预热的辅助性热源，通过换热的形式能使干燥介质达到50～90℃的温度。

（三）电

电能主要用于小型干燥器或要求控制标准很高的场合。电能通过电热管转换成热能，用以加热干燥介质。电能是高档能源，无任何污染问题，可以单独作为一种热源，也可以与其它换热设备一起作为二级加热设备。但使用电加热器时注意热空气的出口温度最好不要超过350℃，否则可能会烧坏电热管，电线的结点处也容易熔断。另外，在停机时一定要使电加热器的出口温度降至100℃以下时才能关掉风机，以免烧坏设备。

（四）煤炭

煤炭是比较廉价的燃料，煤燃烧产生的烟道气可以采用换热的方法加热换热介质，也可以经过除尘后直接用烟道气进行干燥。但对杂质含量要求严格的物料或精细化工产品一般不采取煤直燃的方法。煤烟道气能达到很高的温度，用在某些建筑材料的干燥上可以达到降低能源消耗的目的。

（五）燃油

燃油既可以直接燃烧产生烟道气又可以间接换热，燃油的燃烧要用专用的烧嘴，不同的燃油要配不同的烧嘴。一般情况下，用于低粘度燃油的烧嘴结构较简单，价格也不贵。粘度高的燃油烧嘴结构比较复杂，价格较昂贵。

（六）可燃气体

煤气、天燃气、液化气以及其它可燃性化学气体均可以作为干燥的热源，这类气体具有相当高的热值，

化工和医药工业中多半采用各种结构的低压烧嘴。高压烧嘴虽然燃烧速度快、温度高，但需要较高的风压，使用时噪音较大，而且容易发生回火。可燃气体中多数都含有一定量的硫，对于被干燥物料不允许接触硫的场合,可以将可燃气体在燃烧前脱硫处理。工业生产中，用氧化铁，氧化锌和活性炭等，能将煤气中含硫量降至1PPm以下。

对于某些含硫量较高的天燃气，可以先用活性炭脱硫，再用氧化锌处理。这种物理吸附和化学反应吸附相结合的净化方法，已被工业实践证明效果良好。

（七）导热油

有机高温载热体加燃烧炉换热是干燥常用的换热设备，这种被称为导热油炉的换热器有其它工业炉不能比拟的优点。当生产工艺要求在180～250℃时的高温加热，若采用蒸汽换热，则饱和蒸汽压力需要4 Mpa，工作温度也仅能达到250℃。但采用导热油炉，饱和蒸汽压力在小于0.7MPa时就可以达到280 ℃，所以导热油炉换热具有低压高温的特点。

以间接方式将热量从加热器传递到干燥器的传热介质称为热载体，工业热载体可分为有机热载体和无机热载体两大类，有机热载体俗称导热油。

早在1931年，美国道生化学公司研究并创制了载热体，命名为“道生油”。道生油通常是联苯和联苯醚的混合物，如联苯26.5%,联苯醚73.5%的道生油，这种组份的道生油使用温度高，热稳定性也好。但由于它的凝固点较高，250℃以

上必须带压操作，而且高温下渗透性强，有特殊难闻气味和毒性，污染环境，为此，国内外都在开发新型高温载热体以取代道生油。目前国内生产导热油的厂家也很多，选择并不困难，但一般只能提供300 ℃以下的导热油。

我国载热体的研究起步较晚，七十年代末才开始研究工作，但进展较快。某些产品已经赶上国外同类产品水平。国产有机载热体按生产原料可分为两大类，一类是以石油产品为原料，这一类称为导热油，由于石油的比热较大，并可选择适当馏分，资源也比较充足，一般选用环烷基或芳烃混合基原料，加抗氧化耐热添加剂而制得。另一类是以有机物为原料而制得。

三、空气换热器

（一）热管换热器

热管换热器是一种利用封闭在管内的工作物质反复进行物理相变或化学反应来传递热量的一种换热装置。热管技术是一项新技术，自一九六四年第一支热管问世以来，到现在也仅有三十多年的历史。由于它在回收余热、预热空气等方面显示出很多优点，热管技术得到飞速发展，种类和功能也很多。根据热管的工作原理，按工作液的工作方式，可以分为物理热管和化学热管。

物理热管是利用工作液的物理相变（流化、凝结）传递热量。化学热管是利用工作物质化合与分解反应传递热量。在喷雾干燥系统中，利用热管换器间接加热空气，已经获得良好的经济效益。热管的工作液根据需要可以选择不同的液体，但每种工作液都有它合适的工作温度范围。

（二）燃煤热风炉

量通过管壁传向内管，然后再与内管的冷空气进行加热。炉的进口为冷空气，经加热后从另一口出来的为加热到一定温度的高温洁净空气。另一种为燃煤式导热油炉，导热油被加热后流向另一个换热器，（如翅片换热器）再与冷空气进行换热。间接换热的特点是得到的热气体洁净度较高，在换热过程中空气无湿度变化，仍保持冷空气的湿含量。

燃煤热空气炉结构比较简单，加煤方式也有多种，根据工艺需要或换热量的不同采取不同的加热方式。由于火焰与换热管直接辐射，燃气内又有硫等腐蚀性较强的化学物质，对管的材料有一定要求。这种热空气炉有高温炉和低温炉之分，当要求出口热空气温度在300℃以上时，换热管要选用耐高温、耐腐蚀的材料。另外，管内空气的运行路径也应尽可能避免换热管有局部高温的存在，否则会影响使用寿命。热空气炉的烟道气通过管壁向管层内的冷空气进行传导传热和辐射传热，冷空气在炉内运行四个行程，有三个行程与高温烟气进行热交换，其中有两个行程可以与两侧高温气体同时进行热交换，因此换热效率高，烟气的排出温度很低。

（三）蒸汽换热器

蒸汽换热器是间接换热设备，由多根散热排管组成。在换热时可以根据需要用一组工作，也可以多组串联使用。排管用紫铜或钢质材料，为增加传热效果，管外套绕翅片，翅片与管子有良好的接触。用蒸汽做热介质时，管内通蒸汽，管外翅片间走空气。由于翅片换热器的材料及翅片的缠绕形式不同，已有许多规格，并已经系列化。换热器既适用于蒸汽系统又适用于热水系统，作为加热空气用的换热器,主要用于干燥系统及空气调节系统。如以蒸汽为热媒，蒸汽的工作压力为0.03～0.8MPa，主要由顺空气流向三排交错排列螺旋翅片管组成，翅片管均用φ21×2mm无缝钢管绕制上15×0.5mm的皱折钢带而成，呈螺旋状。

根据实际经验，当蒸汽温度在130～160℃之间时，干燥室每蒸发1kg水，大约需要2.0～2.5m2的换热面积，蒸汽消耗量约为 1.8～2.5kg。此时输出热空气的温度约比加热器入口蒸汽温度低６～１０℃。

蒸汽换热器的连接方法：

蒸汽换热器一般为多组连在一起，安放位置主要有立式串联和卧式串联两种。立式串联就是换热器的迎风面与水平面平行，空气垂直水平面通过换热器，卧式串联是空气平行水平面通过换热器，换热器组与组之间用螺栓连接，为检修方便，推荐采用卧式安装。

按蒸汽进入加热器的方法，又可分为串联、并联、并——串联三种方法，这几种方法安装换热效果不同。串联接法就是蒸汽逐一通过换热器，能充分利用能源，冷凝水排出温度很低。但需要增加换热面积，系统升温速度较慢，有时需几个小时的时间才能达到规定温度。

并联是蒸汽同时通过每组换热器，又同时排出，使蒸汽换热器与空气保持较大的温差。传热速率高，升温速度快，但冷凝水的排出温度高，能量利用率较低。

综合上述两种方法，采用并——串联的连接方法更为合理。蒸汽先并联通过几组换热器,经过换热器的低温蒸汽再串联通过后几组，克服了前两种接法的缺点。经过测试，如当采用三组换热器时，进气方法

电加热器是电能转换成热能，向空气进行辐射传热的加热设备。电加热器是多根管状电热元件组成。管状电加热元件是在金属管中放入电阻丝，并在空隙部分紧密填充有良好耐热性、导热性和绝缘性的结晶氧化镁粉，再经其它工艺处理而成。具有结构简单、机械强度高、热效率高、安全可靠、安装简便、易实现温控自动化的特点。用于加热相对湿度不大于95％、无爆炸、无腐蚀性气体。工作电压不应大于额定值的1.1倍，加热空气温度不应超过300℃。可以独立使用，也可以作为第二级加热设备，经常与蒸汽换热器组合。如果干燥器热空气进口温度要求200℃，一般蒸汽换热很难达到要求，这时可以把冷空气通过蒸汽换热器加热到一温度后再进入电加热器继续升温，达到所要求的温度。电加热操作方便，容易实现自动化，但电是高品位能源，运转达费用较高，不适用于附加值低的物料干燥系统中采用。上述内容的论述，是为了在选择干燥装置阶段，提供一些对干燥机选择所要考虑的因素，要选择一台各方面都非常理想的干燥机是不太可能的。但是人们在干燥机设计或运用过程中通过读此篇文章，一定会使你的设计，选择和使用得到很好的改善。