干燥是利用熱能除去固體物料中濕分(水分或其它液體)的單元操作。干燥操作廣泛應(yīng)用于化工、食品、紡織、建材、冶金等行業(yè)，是工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的工藝過(guò)程，同時(shí)，也是主要的耗能大戶。據(jù)介紹。英國(guó)6個(gè)工業(yè)聯(lián)合企業(yè)用于干燥的能量消耗，1978年是128×10⁹MJ，折合標(biāo)煤是485×10⁴t，美國(guó)每年用于干燥的能量大約是1600×10⁹MJ，前蘇聯(lián)用于干燥的能量消耗約占總?cè)剂舷牧康?5%，我國(guó)每年用在干燥方面的能量消耗雖然沒有精確的統(tǒng)計(jì)，但估計(jì)也在15%-20%之間。就目前我國(guó)的干燥技術(shù)狀況來(lái)看，不論是生產(chǎn)裝備程度，還是能量利用水平都還存在很大差距，僅以對(duì)流干燥為例，英國(guó)最近的能源審計(jì)表明，連續(xù)對(duì)流干燥器的熱效率在50%左右。而我國(guó)同種類型的干燥器熱效率僅為30%，節(jié)能潛力很大。

    在多種干燥方式中，對(duì)流干燥器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，適用性強(qiáng)而得到普遍使用，也是目前工業(yè)生產(chǎn)中使用最多的干燥設(shè)備。對(duì)流干燥有它的優(yōu)點(diǎn)，但也有缺點(diǎn)，即干燥速率較低，熱能捎耗量大，熱效率低等，是節(jié)能改造的重點(diǎn)對(duì)象之一。近年來(lái)，許多生產(chǎn)企業(yè)為此做了大量工作，并且取得了一定的成效。但是，總的說(shuō)來(lái)。還不夠理想，熱效率仍然偏低。經(jīng)了解發(fā)現(xiàn)，主要原因在于缺乏正確的理論指導(dǎo)，對(duì)物料的干燥機(jī)理及影響因素認(rèn)識(shí)不夠，沒有把握住問題的實(shí)質(zhì)，導(dǎo)致工作比較盲目。因此，有必要對(duì)干燥問題進(jìn)行深入研究，提高認(rèn)識(shí)，以指導(dǎo)節(jié)能工作的深入開展。

    2 對(duì)流干燥分析及強(qiáng)化

    對(duì)流干燥的節(jié)能方式有多種，歸納起來(lái)，可概括為兩個(gè)方面：一是減少各種能量損失，提高干燥器的熱能利用率，如采取密封，保溫，熱風(fēng)循環(huán)措施等；二是強(qiáng)化干燥過(guò)程，提高干燥速率，增加生產(chǎn)率。兩者的最終效果均可提高干燥器的熱效率。在節(jié)能工作中，往往前者最明顯，多為工作的重點(diǎn)和主要工作對(duì)象，而后者常被忽視或遣漏，顯然，這是不全面的，要全面提高對(duì)流干燥技術(shù)和用能水平，必須兩者一起抓，才能取得較大經(jīng)濟(jì)效益。

    強(qiáng)化干燥過(guò)程，首先要掌握物料的干燥機(jī)理，特點(diǎn)及影響因素，做到心中有數(shù)，這樣才能對(duì)癥下藥，工作有的放矢，收到好的成效。

    干燥過(guò)程既是傳質(zhì)過(guò)程，也是傳熱過(guò)程。在對(duì)流干燥中，熱氣體以對(duì)流方式把熱量傳給物料表面，物料表面得熱后，以傳導(dǎo)方式將熱傳至物料內(nèi)部。表面得熱后，水分汽化蒸發(fā)。由熱氣體帶走，而物料內(nèi)部水分則移向表面補(bǔ)充，再由表面蒸發(fā)，直至物料干燥。可見干燥過(guò)程是傳熱和傳質(zhì)相結(jié)合的過(guò)程，干燥速率同時(shí)由傳熱速率和傳質(zhì)速率所支配。所以，物料干燥過(guò)程完成得快慢，取決于物料內(nèi)部和外部傳熱、傳質(zhì)條件，或者說(shuō)與質(zhì)熱傳遞條件有關(guān)。當(dāng)外部質(zhì)熱傳遞適應(yīng)于內(nèi)部質(zhì)熱傳遞時(shí)，干燥強(qiáng)度******。顯然，人為提供的外部干燥條件，應(yīng)與物料特性相適應(yīng)，即與物料的干燥曲線相符合。干燥曲線的形式因物料種類不同而異，但是無(wú)論哪一種類型的干燥曲線，都可將干燥過(guò)程劃分為預(yù)熱、等速、降速三個(gè)階段。在不同的干燥階段中，干燥機(jī)理及影響因素是不同的，因此，所需提供的外部條件也應(yīng)不同。在等速干燥階段，為自由水排除階段，此時(shí)由于物料中含水量較高，物料表面蒸發(fā)了多少水，內(nèi)部就補(bǔ)充多少水，物料表面濕含量大于******吸濕濕含量，干燥速率取決于水分的外部蒸發(fā)擴(kuò)散速度。在降速干燥階段，為大氣吸附水排除階段，此時(shí)由于物料中含水量減少，物料內(nèi)部水分移動(dòng)速度小于表面水分向外蒸發(fā)擴(kuò)散速度，在此階段，干燥速率取決于內(nèi)部水分移動(dòng)速度。因此，提高干燥速率，必須遵循各干燥階段的規(guī)律及特點(diǎn)，有針對(duì)性地采取強(qiáng)化措施。下面通過(guò)數(shù)學(xué)分析，進(jìn)行表述：

    在恒壓條件下，干燥過(guò)程的質(zhì)熱傳遞可用下列微分方程組表達(dá)：

    在一般條件下，根據(jù)無(wú)限大平板在δ=0時(shí)的數(shù)學(xué)解，得到干燥速率的表達(dá)式：

 

 

    只要知道λ、B_i、，t_(r)，ε就可以計(jì)算干燥速率，則質(zhì)熱交換的計(jì)算變成了熱交換的計(jì)算。

    如果B_i→0或ε=0，說(shuō)明內(nèi)部傳熱強(qiáng)度遠(yuǎn)大于外部傳熱強(qiáng)度，物料的干燥過(guò)程呈現(xiàn)等速期，即干燥速率將取決于外部熱量傳遞，則

 

 

 

 

 

    在一般的對(duì)流干燥器中，干燥介質(zhì)的流速甚小，在2m/s以下，對(duì)流換熱系數(shù)小，對(duì)流傳熱阻力大，傳熱過(guò)程慢，蒸汽向外擴(kuò)散阻力大，外擴(kuò)散過(guò)程也慢，使干燥速度的提高受到限制。如果采用高速對(duì)流干燥技術(shù)(流速為1O-3Om/s，使物料表面氣膜減薄，減少傳熱及外擴(kuò)散阻力，大大加快了干燥過(guò)程。此外，氣流方向及角度對(duì)干燥速率的影響也是十分重要的。比如，在相同的情況下，穿流氣流(垂直流動(dòng))與水平氣流(平行流動(dòng))的效果大不一樣，圖3列出了一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以看出，穿流氣流的干燥速度大大高于水平氣流。

 

 

    如果B₁→0，表示物料內(nèi)部傳熱強(qiáng)度遠(yuǎn)小于外部傳熱強(qiáng)度，干燥過(guò)程進(jìn)入降速階段，此時(shí)，干燥速率的表達(dá)式為：

 

 

    即干燥速率將取決于物料的導(dǎo)熱系數(shù)λ和相變系數(shù)ε，并且與物料尺寸的平方成反比。

    所以，在降速干燥階段，提高物料溫度(會(huì)提高導(dǎo)熱系數(shù)λ及減小重度γ₀、改變物料的形狀和尺寸，將是提高干燥速率很有效的辦法，尤其物料尺寸的影響特別顯著。此時(shí)，改善干燥介質(zhì)及氣流速度條件對(duì)干燥速度幾乎沒有影響。例如，在研究人造絲餅的干燥時(shí)，為提高物料的溫度，把介質(zhì)溫度由60℃提高到15O℃，干燥時(shí)間縮短了75%，而把氣流速度從O.6m/s高到了3m/s時(shí)，干燥時(shí)間卻只縮短了35%。

    應(yīng)予指出，在考慮強(qiáng)化干燥時(shí)，不僅要注意到不同階段特性，還應(yīng)注意到被干燥物料的工藝性質(zhì)。如有些物料在過(guò)高的干燥速度下表面結(jié)皮硬化，致使內(nèi)部水分難于擴(kuò)散，反而阻礙了干燥過(guò)程的繼續(xù)進(jìn)行。再如成形制品干燥時(shí)，若干燥速率控制不當(dāng)，容易出現(xiàn)收縮。開裂現(xiàn)象，造成廢品。

3 對(duì)流干燥器的能量測(cè)定

    據(jù)國(guó)外有關(guān)資料介紹，對(duì)流干燥器的能量分布情況如表2所示。

 

 

    從表中看出，在對(duì)流干燥中，排氣帶走熱和散熱是主要的熱損失項(xiàng)，約占總熱量的38%，而目前我國(guó)的實(shí)際情況比這要大得多。因此，減少排氣量，增加熱風(fēng)循環(huán)量，采取密閉保溫措施，降低散熱損失，是提高干燥器熱效率的有效途徑。下面通過(guò)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的測(cè)定，來(lái)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)這個(gè)問題。實(shí)驗(yàn)流程如圖4所示。被干燥物料是濕紙帶，熱源為蒸汽，循環(huán)氣體由風(fēng)門控制并與新鮮空氣在加熱器中混合被加熱后進(jìn)入干燥器。實(shí)驗(yàn)1的氣體循環(huán)量為59%且保溫較差，實(shí)驗(yàn)2的氣體循環(huán)量為90%，干燥器保溫良好，將實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果列于表3中。

 

 

    實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)整理后，計(jì)算得出熱平衡結(jié)果，見表4。

 

 

 

    從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在相同生產(chǎn)力下，把氣體循環(huán)量由59%增加到90%，并實(shí)施保溫措施后，干燥器的熱效率即由原先的10.8%提高到24.7%，單位蒸汽消耗量由11.21kg汽/kg水變?yōu)?.96kg汽/kg水，每小時(shí)蒸汽用量下降了62.75%，節(jié)能效果非常顯著。當(dāng)然，干燥器的最終熱效率24.7％仍然是較低水平，還大有潛力可挖。

 

    4 結(jié)束語(yǔ)

    在加強(qiáng)對(duì)流干燥節(jié)能，提高干燥器熱效率的工作中，應(yīng)從強(qiáng)化對(duì)流干燥、提高干燥速率和減少能量損失、提高能量利用水平兩方面著手，并注意把握干燥機(jī)理及傳熱、傳質(zhì)特點(diǎn)和相關(guān)因素，根據(jù)物料特性及工藝要求，有針對(duì)性地采取措施，開發(fā)、利用新技術(shù)，爭(zhēng)取高效益。