化工专业工厂设计

1干燥技术现状人们通常把采用热物理方式将热量传给含水的物料并将此热量作为潜热使水分蒸发、分离操作的过程称为干燥。

其特征是采用加热、降温、减压或其他能量传递的方式使物料中的水分产生挥发、冷凝、升华等相变过程与物料分离以达到去湿目的。

干燥技术有很宽广的应用领域，面对众多的产业，理化性质各不相同的物料，产品质量及其他方面千差万别的要求，干燥技术是一门跨学科、跨行业、具有实验科学性的技术。

干燥是比较古老、通用和必不可少的化工单元操作。

到目前已有的400多种形式的干燥器中有100多种应用较多。

由于高的汽化潜热和以热空气为干燥介质导致了固有的低热效率，使干燥成为与蒸发相比的高能耗单元操作。

一般工业发达的国家干燥能耗占全国总能耗的10%~15%。

中等发达国家干燥能耗占全国总能耗的21%~25%。

同时它又是一个缺乏能够精确指导实践的科学理论和设计方法。

在实际中，依靠经验和小规模试验的数据来指导设计、制造、生产还是主要的方法。

在因此，往往导致其结局是装置使用效果不佳、甚至于报废。

因此，在建设工业装置时，尤其是在设备安装之前，一定要进行充分的、有说服力的验证，一试验作为工业设备建设的依据。

这就是干燥技术应用的显著特点。

2干燥技术进展传统的干燥技术主要有箱式干燥器、隧道干燥器、转筒干燥器、转鼓干燥器、带式干燥器、盘式干燥器、桨叶式干燥器、流化床干燥器、喷动床干燥器、喷雾干燥器、气流干燥器、真空冷冻干燥器、太阳能干燥器、微波和高频干燥器、红外辐射干燥器等。

此外，在各个行业，例如谷物、水果和蔬菜、石油化工、染料和颜料、食品、乳制品、中药材等行业也有适合自身特点的应用干燥技术及干燥器。

这些传统干燥技术发展历史较长、成熟可靠，在世界各国已经得到广泛的应用。

对于干燥设备的规模，目前，我国在机械离心式喷雾干燥器的单机设计方面，制造能力可以达到45t/h（喷液量），转速可达到10000~35000r/min，机电一体化的离心雾化器处理能力可达到5t/h。

这些均能较好地解决雾化器的机械问题。

离心式喷雾干燥塔直径已经达到10m以上，压力式喷雾干燥塔直径已经达到9.8m以上，总高度为50多米，处理能力达到4t/h。

我国已经能设计出直径为6m，总高26m，产量可达4.5t/h的合成洗涤剂喷雾干燥器。

并能制造直径为16m，总高度为60m，产量为1000t/d的硝酸铵、尿素熔融喷雾冷却造粒塔。

底部为圆锥形，并配备机械出料装置。

国内也能制造出浸膏中药专用喷雾干燥器及氮气闭路循环喷雾干燥器。

也能设计。

制造大型气流干燥器。

单机生产能力可达10000t/y。

回转圆筒干燥器目前已经制造的最大直径为2.5m，长度可达30m左右。

闪蒸干燥器直径已达到1.6m，而且运转平稳、操作良好，并可用于造粒，盘式干燥器最大传热面积已可达到180m2,用于轻质碳酸钙干燥，单机产量可达1.3t/h。

带式干燥器面积可达到140m2。

楔形桨叶式干燥器可达到100m2。

干燥设备制作是密集型产业，我国的国产干燥设备价格相对低廉，产品质量也比较过硬，因此具有较强的竞争力。

所以，对专用型、新颖、节能型干燥装置由原来主要依靠引进而转变为自产，特别是在经济全球化的今天，将可成为我国机电产品新的出口增长点。

3干燥物料的特性①湿物料原始状态溶液、悬浮液、乳浊液、浆状、膏糊状、滤饼状、胶体、粉粒状。

块状、片状、纤维状、连续薄片状、特殊形状材料。

②涂层等物料的热物理性能物料初含水率、真（假）密度、比热容、热导率、粗度分布、表面硬化及收缩、造粒可能性、物料黏度、黏附性、触变性、可塑性等。

③物料化学性质组分、热敏性、软化点、熔点及分解温度、毒性、可燃、可爆、氧化和酸碱性等。

④生物性质卫生级别、生物活性、菌类等。

⑤固体物料与水分结合树妖形式游离水、结合水、结晶水。

前两种水分在干燥过程中均能除去，而结晶水则不属于干燥范围，经过干燥后，其仍旧残存于物料中。

⑥其他成品的含水率。

形状、粒度分布、色泽、堆积比等。

4干燥器的主要特性①干燥器堆物料的适应能力（是否达到物料要求的干燥程度、干燥产品的均匀程度）、生产能力是否符合要求等。

②干燥器对产品的质量是否有无损伤（保持晶体形状、色泽、分解、变性、龟裂等）。

③干燥装置热效率、投资费、操作费及环境保护等。

④操作连续性、安全性、可靠性等5选型考虑事项⑴与干燥产品质量有关的事项产品有无损伤，物料的热敏性（分解、强度、活性、碳化、煳味等），产品的污染问题，干燥器本体的灭菌、消毒操作，产品商品价值。

⑵与干燥器的容积计算结构等有关的因素湿物料的特性（干燥特性曲线、干燥时间及物料的临界含水率）。

由于干燥曲线受到物料的大小、形态，热风与物料的接触状态，的影响，故在进行小型干燥实验时，尽可能在实验室中模拟近似于所选用的干燥器内物料与热风的接触状态，以求得准确的干燥特性曲线、干燥时间及物料的临界含水率。

⑶物料的黏附性物料的黏附性与干燥器内物料的流动、操作等有关。

特别是在连续式干燥器中，物料能否顺利地由进料端、干燥器移至出料端从而被排出器外是干燥操作能否顺利进行的最重要的条件。

同时操作的合理性、可靠性亦可防止物料黏附在干燥器壁上，引起物料的结块、长大等现象出现，导致干燥器不能运转。

⑷采用热源选择合理性、干燥装置热效率、劳动强度、自动控制、安全性、投资费、操作费、场地及环境等综合评价。

在整个干燥设备选型中，一方面可以借鉴原有生产干燥设备，另一方面可以利用干燥设备的最新技术发展，来选择适合该产品的烯设备。

如这两方面都无资料，则应在实验的基础上，经技术经济核算后做出评价。

这样才能保证技术上可行、经济上合理、获得优质的产品。

⑸工业干燥器选型的基础知识①物料原始形状颗粒、粉末、微粒、淤泥、晶体、液体、膏状、悬浮液、溶液、连续的薄片、厚板、不规则物料、粘稠或块状等。

②平均质量连续操作投料量或者成品、间歇操作投料量或成品及其调节范围等。

③成品颗粒状况平均粒径、粒度分布、粒子密度、体积密度、复水性等。

④物料进、出口含水率干基、湿基。

⑤物料性质化学、生化、微生物活度、热敏性（熔点、玻璃化温度）、吸湿等温线等。

⑥干燥时间干燥曲线、操作参数的影响。

⑦加热器形式接触方式（直接式、间接式）。

⑧燃料选择蒸汽、煤、电、油、燃气。

⑨干燥辅助设备风机、干法除尘器、湿法除尘器、加料器、出料器、成品冷却及输送装置等。

⑩特殊要求构成材料、腐蚀性、毒性、非亲水溶液、易燃易爆的极限、着火点、色泽、结构、香味要求。

⑪干燥系统干燥设备及附属设备的占地面积。

6流化床干燥器固体流化态现象很早就被人们所发现，但应用于生产的是在20世纪20年代，始于德国温克勒煤气发生炉。

流化床干燥技术到20世纪60年代才真正发展起来。

目前，流化床干燥技术在矿山、冶金、化工、轻工、医药、食品及建材工业等都已广泛应用。

流化床干燥是利用固体流化态原理进行的一种干燥过程。

如图所示，有一圆柱形的筒，下部设有分布器2，用来支撑固体粒子，并使流体沿截面分布均匀。

堆放在分布器上的固体粒子称为床层。

流体由3进入，从排出口4排出。

在床层底部与圆筒容器顶部之间用一U 形压差计5连接，用以测定床层的压差，并观察液体通过床层时的流速、床层阻力、床层高度床层中粒子的运动状态等。

7 流化床干燥器的特点流化床具有较高的工业价值，因此在工业生产中应用越来越广，显示出一定的优越性。

①固体颗粒小，在流化床内流体与固体颗粒充分混合，单位.体积内的表面积很大，于是传质和传热速率很高，使过程能很快进行，热容量系数(或体积传热系数)为8000~25000kJ/（m3▪h▪℃）。

②流化床干燥器装置密封性能好，传动机械又不接触物料，因此不会有杂质混人，特别适合对纯洁度要求很高的制药工业。

③颗粒如同液体样，可以平稳地流动，可实现连续的自动化生产操作，且易处理，亦可进行间歇操作。

④固体颗粒能迅速混合，使床层各点温度均一，亦可随意调节，不至于有局部过热现象。

因此，就使热效应大的化学反应或对热敏感的物料操作能够顺利地进行，从而得到满意的干燥产品。

⑤设备结构简单，基建费用的造价较低，便于制造，维修也方便。

⑥流化床内的流体流速比固定床要高得多，因此设备的生产强度大，且在床内总量不变的情况下，减少颗粒粒度或增加流体流速，床层阻力几乎不变。

⑦物料在流化床干燥器内停留的时间可按工艺生产要求进行自由调节(通常在几分钟至几小时之间)。

因此，对于需要进行长时间干燥的物料或干燥产品含水率要求很低且易波动的情况下很适合使用。

8流化床干燥器的类型①按操作方式分为间歇式和连续式。

②按结构形式分为单层型、搅拌型、多层型、卧式多室型、喷雾型、喷动型、振动型、惰性粒子型、离心式、脉冲式、闭路循环型、旋转型、喷气式、塞流式、粉碎-气流型和锥形等流化床干燥器。

③按被干燥的物料分为颗粒状、粉状、晶体(被干燥物料的含水率一般为10%~30%，颗粒度在120目以内)、膏状和悬浮液、溶液具有流动性物料等。

9卧式多室流化床干燥器本设计采用卧式多室流化床干燥器，这是一种低风速，结构简单，操作和卸料都方便；物料停留时间可任意调节，压力损失小；物料处理量大，操作稳定，效果好；干燥速度快，产品干燥均匀和设备高度可降低的改进型卧式流化床干燥器。

适用于干燥各种难以干燥的粒状和热敏性物料，也可干燥粉状和片状物料等。

卧式多室流化床干燥器是一个矩形箱体外壳，底部为长方形的气体分布板(多孔筛板)。

开孔率般为4%~13%，孔径在1.5~2.0mm之间。

筛板上方按一定间隔垂直排列一定数量的隔板（挡板），将流化床分割成多个小室。

面积大的卧式流化床干燥器，用隔板把干燥室分成6~8室。

为使气体分布均匀，一般在气体分布板的下部设置一个气体预分布室，分成若干个热风室。

可上下移动的每块挡板用于调节与筛板间的距离，也就是在每一小室下部的每进气支管上安装调节气体流量的阀门。

物料停留的时间可通过调节出口堰板高度来实现。

卧式多室流化床干燥器也存在热效率低于多层床的情况，尤其是在采用高风温时。

改变这种情况应采用调节各室的进风温度和风量，并逐室降低或采用热风串联通过各室的办法，提高热效率。

另外，物料太湿会在第1、2室内易产生结块，需经常清扫。

目前，大多数卧式流化床干燥器采用负压操作。

图2是卧式多室流化床干燥器。

其工艺流程和特点是空气经过滤器5到加热器6加热后，由8个进气支管7分别送人8个小室的底部，通过多孔筛板8进人干燥室3,将多孔板上的物料进行流化干燥;废气由干燥室顶部出来，经旋风分离器9、袋式过滤器10后，由排风机11排出。

湿料由摇摆颗粒机1连续经加料斗2加入到干燥的第一室；处于流化状态的物料，在热风的作用下，通过分布板和隔板之间的间院自由地由第室移向第八室。

干燥后的物料则由第八室的卸料口排出。

当物料的粒度分布在80~100目或更细小时，在干燥器上都设置扩大段，以减少细粉夹带的损失，相应地缩小分布板的孔径和开孔率，以改善流化质量。