乾燥器

遠古以來，人類就習慣於用天然熱源和自然通風來乾燥物料，完全受自然條件制約，生產能力低下。隨生產的發展，它們逐漸為人工可控制的熱源和機械通風除濕手段所代替。

近代乾燥器開始使用的是間歇操作的固定牀式乾燥器。19世紀中葉，洞道式乾燥器的使用，標誌着乾燥器由間歇操作向連續操作方向的發展。迴轉圓筒乾燥器則較好地實現了顆粒物料的攪動，乾燥能力和強度得以提高。一些行業則分別發展了適應本行業要求的連續操作乾燥器，如紡織、造紙行業的滾筒乾燥器。

20世紀初期，乳品生產開始應用噴霧乾燥器，為大規模乾燥液態物料提供了有力的工具。40年代開始，隨着流化技術的發展，高強度、高生產率的沸騰牀和氣流式乾燥器相繼出現。而冷凍昇華、輻射和介電式乾燥器則為滿足特殊要求提供了新的手段。60年代開始發展了遠紅外和微波乾燥器。

被幹燥物料的特點

形狀 ^[3]  ：有板狀、塊狀、片狀、針狀、纖維狀、粒狀、粉 狀，膏糊狀甚至液狀等

結構：多孔疏鬆型，緊密型

耐熱性：熱敏性

結塊：易粘結成塊的濕物料在乾燥過程中能逐步分散，散粒性很好的濕物料在乾燥過程中可能會嚴重結塊

對產品的要求

乾燥程度：脱除表面水分，結合水分甚至結晶水分。要求的平均濕含量和乾燥均勻性。對粉塵及產品的回收要求，允許的最高幹燥温度。

外觀：產品的粒度分佈，一定的晶型和光澤，不開裂變形等。

乾燥時間: 幾秒 幾小時 幾天

乾燥器的選型

乾燥器的選型應考慮以下因素：

(1) 保證物料的乾燥質量，乾燥均勻，不發生變質，保持晶形完整，不發生龜裂變形；

(2) 乾燥速率快，乾燥時間短，單位體積乾燥器汽化水分量大，能做到小設備大生產；

(3) 能量消耗低，熱效率高，動力消耗低；

(4) 乾燥工藝簡單，設備投資小，操作穩定，控制靈活，勞動條件好，污染環境小。

乾燥器可按操作過程、操作壓力、加熱方式濕物料運動方式或結構等不同特徵分類。

按操作過程分類

按操作過程，乾燥器分為間歇式(分批操作)和連續式兩類。

按操作壓力分類

按操作壓力，乾燥器分為常壓乾燥器和真空乾燥器兩類，在真空下操作可降低空間的濕分蒸汽分壓而加速乾燥過程，且可降低濕分沸點和物料乾燥温度，蒸汽不易外泄，所以，真空乾燥器適用於乾燥熱敏性、易氧化、易爆和有毒物料以及濕分蒸汽需要回收的場合。

按加熱方式分類

按加熱方式，乾燥器分為對流式、傳導式、輻射式、介電式等類型。對流式乾燥器又稱直接乾燥器，是利用熱的乾燥介質與濕物料直接接觸，以對流方式傳遞熱量，並將生成的蒸汽帶走；傳導式乾燥器又稱間接式乾燥器，它利用傳導方式由熱源通過金屬間壁向濕物料傳遞熱量，生成的濕分蒸汽可用減壓抽吸、通入少量吹掃氣或在單獨設置的低温冷凝器表面冷凝等方法移去。這類乾燥器不使用乾燥介質，熱效率較高，產品不受污染，但乾燥能力受金屬壁傳熱面積的限制，結構也較複雜，常在真空下操作；輻射式乾燥器是利用各種輻射器發射出一定波長範圍的電磁波，被濕物料表面有選擇地吸收後轉變為熱量進行乾燥；介電式乾燥器是利用高頻電場作用，使濕物料內部發生熱效應進行乾燥。

按濕物料的運動方式分類

按濕物料的運動方式，乾燥器可分為固定牀式、攪動式、噴霧式和組合式；按結構，乾燥器可分為廂式乾燥器、輸送機式乾燥器、滾筒式乾燥器、立式乾燥器、機械攪拌式乾燥器、迴轉式乾燥器、流化牀式乾燥器、氣流式乾燥器、振動式乾燥器、噴霧式乾燥器以及組合式乾燥器等多種。

根據供熱方式分類

對濕物料進行乾燥的設備。各種生產過程需經乾燥處理的物料是多種多樣的，對乾燥的要求也各不相同,因此乾燥器種類繁多，根據供熱方式，有以下四類：

1 對流乾燥器

應用最廣的一類乾燥器，包括流化乾燥器、氣流乾燥器、廂式乾燥器、噴霧乾燥器、隧道式乾燥器等。此類乾燥器的主要特點是：①熱氣流和固體直接接觸，熱量以對流傳熱方式由熱氣流傳給濕固體,所產生的水汽由氣流帶走；②熱氣流温度可提高到普通金屬材料所能耐受的最高温度（約730℃），在高温下輻射傳熱將成為主要的傳熱方式，並可達到很高的熱量利用率；③氣流的濕度對乾燥速率和產品的最終含水量有影響；④使用低温氣流時,通常需對氣流先作減濕處理；⑤汽化單位質量水分的能耗較傳導式乾燥器高，最終產品含水量較低時尤甚；⑥需要大量熱氣流以保證水分汽化所需的熱量，如果被幹燥物料的粒徑很小，則除塵裝置龐大而耗資較多；⑦宜在接近常壓條件下操作。

2 傳導乾燥器

包括螺旋輸送乾燥器、滾筒乾燥器、真空耙式乾燥器、冷凍乾燥器等，這一類乾燥器的主要特點是：①熱量通過器壁(通常是金屬壁)，以熱傳導方式傳給濕物料；②物料的表面温度可以從低於冰點（冷凍乾燥時）到330℃；③便於在減壓和惰性氣氛下操作，揮發的溶劑可回收。常用於易氧化、易分解物料的乾燥，亦適用於處理粉狀物料。

3 輻射干燥器

通過輻射傳熱，將濕物料加熱進行乾燥。電加熱輻射干燥器用紅外線燈泡照射被幹燥物料，使物料温度升高而乾燥。煤氣加熱乾燥器則燃燒煤氣將金屬或陶瓷輻射板加熱到400～500℃，使之產生紅外線，用以加熱被幹燥的物料。輻射干燥器生產強度大，設備緊湊，使用靈活，但能量消耗較大。適用於乾燥表面大而薄的物料，如塑料、布匹、木材、塗漆製品等。

4 介電乾燥器

將被幹燥物料置於高頻電場內，利用高頻電場的交變作用將物體加熱進行乾燥。這種加熱的特點是物料中含水量越高的部位，獲得的熱量越多。由於物料內部的含水量比表面高，因此物料內部獲得的能量較多，物料內部温度高於表面温度，從而使温度梯度和水分擴散方向一致，可以加快水的汽化，縮短乾燥時間，這種乾燥器特別適用於乾燥過程中容易結殼以及內部的水分難以去盡的物料（如皮革）。介電加熱乾燥的電能消耗很大，主要應用於食品及輕工生產。進行乾燥器的設計計算，首先必須選擇合適的乾燥器類型。乾燥器的選型還帶有很大的經驗性，主要應當考慮以下幾個方面：①物料和產品的特點，例如物料的形態（如漿狀、糊狀、粉末、塊粒、薄片等），固體顆粒的粒度和強度，初始含水量和水分的存在形式,物料是否有毒、易燃、易氧化，產品要求的最終含水量,產品是否允許稍有污染，形體是否允許稍有改變，產品的最高允許温度和產品的價格等。②與生產過程有關的條件，例如處理的物料量，乾燥的前處理與後處理情況,揮發的溶劑，是否回收等。③乾燥器的操作性能和經濟指標。經過上述幾方面的綜合考慮，對各類乾燥器進行比較篩選後，一般只剩下為數不多的幾種乾燥器，然後進行小試，尋找最適宜的操作參數及結構參數，最後根據設備價格和小試情況，決定採用何種乾燥器。

小型的稱為烘箱，大型的稱為烘房 ^[4]  。

在常壓或真空下間歇操作熱風通過濕物料表面，達到乾燥的目的。

常用廢氣部分循環法。 多層長方形淺盤疊置在框架上，濕物料在淺盤中厚度常為10-100mm。

優點：對物料適應性強， 適用於小規模多品種、乾燥條件變動大的場合。

缺點：熱效率較低，產品質量不易均勻。

熱風的速度、風機的風量：加大熱風的速度可提高傳熱係數α，但風速應小於物料帶出速度。

轉筒乾燥器 ^[3]  （迴轉式乾燥器，Rotary dryer)

主體是沿軸向裝有若干抄板的略帶傾斜並能迴轉的圓筒。

優點：①生產能力大，可連續操作；②結構簡單，操作方便；③故障少，維修費用低；④適用範圍廣（如濾餅乾燥）；⑤操作彈性大；⑥清掃容易 。

缺點：①設備龐大；②安裝、拆卸困難；③熱容量係數小，熱效率低；④物料在乾燥器內停留時間長，且物料顆粒之間的停留時間差異較大。

採用霧化器將稀的料液分散為霧滴，在熱氣流(空氣、氮氣或過熱水蒸氣)中自由沉降並迅速蒸發，最後被幹燥為固體顆粒與氣流分離。霧滴直徑為10~ 60um，每升溶液具有100~600m2的蒸發面積。乾燥時間一般為3~ 10 S ^[5]  。

優點： 物料停留時間短，適於熱敏性物料；所得產品為空心顆粒，操作穩定；能連續、自動化生產；由料液直接獲得粉末產品，省去了蒸發、結晶、分離和粉碎操作。

缺點：傳熱係數低；設備體積龐大；操作彈性較小，熱利用率低、能耗大。

噴嘴：離心噴霧器(圓周速度90～160m/s) 、壓力噴霧器、氣流噴霧器（壓縮空氣或蒸汽 ≥300m/s） 。

使熱介質和待乾燥固體顆粒直接接觸，並使待乾燥固顆粒懸浮於流體中，因而兩相接觸面積大，強化了傳熱傳質過程，廣泛應用於散狀物料的乾燥。是固體流態化中稀相輸送在乾燥方面的應用 ^[6]  。

優點：

(1) 乾燥速度快，主要用於乾燥晶體和小顆粒，物料分散懸浮在氣流中，傳熱傳質面積大。熱氣體進口速度高(10-40m/s)，氣固兩相間(尤其是加速段)相對速度很大，平均傳熱係數比其它類型乾燥器高几倍至幾十倍，體積小

(2) 氣固並流操作，符合乾燥基本規律，可使用高温氣體作為乾燥介質而不會燒壞物料。一根 10m 長的氣流管，80%的水分量是在長約 2m 左右的加速段汽化乾燥的。

(3) 乾燥時間短(秒級)，整個乾燥過程不超過2秒，特別適合熱敏性、易氧化、不宜粉碎的物料的乾燥,

(4) 產品的濕含量均勻一致。

(5) 結構簡單，設備投資少，佔地面積小，操作方便，性能穩定，維修量小。

流化牀乾燥，是流態化技術在乾燥作業上的應用 ^[7]  。

特點：

（1）顆粒的停留時間比氣流乾燥器內長，顆粒在乾燥器內的停留時間可任意調節。

（2）操作氣速低，磨損輕，壓降小

（3）適宜處理粒徑6－30mm粉狀料。設備緊湊。

單層流化牀乾燥器的缺點: 物料在流化牀中停留時間分佈不均勻，所以乾燥後得到的產品濕度不均勻。

選擇注意事項

（1）在處理液態物料時，所選擇的設備通常限於噴霧乾燥器、轉鼓乾燥器和攪拌間歇真空乾燥器 ^[1]  。

（2）在溶劑回收、易燃、有致毒危險或需要限制温度時，真空操作更可取。

（3）對於吸濕性物料或臨界含水量高的難於乾燥的物料，應選擇乾燥時間長的乾燥器，而臨界含水量低的易於乾燥的物料及對温度比較敏感的熱敏性物料，則可選用乾燥時間短的乾燥器，如氣流乾燥器、噴霧乾燥器。

（4）處理量小，宜選用廂式乾燥器等間歇操作的乾燥器，處理量大的，連續乾燥器更適宜些。

乾燥器選擇步驟

首先是根據濕物料的形態、乾燥特性、產品的要求、處理量和以及所採用的熱源為出發點，進行乾燥實驗。 確定乾燥動力學和傳遞特性，確定乾燥設備的工藝尺寸。

結合環境要求，選擇出適宜的乾燥器型式。

若幾種乾燥器同時適用時，要進行成本核算及方案比較，選擇其中最佳者。

乾燥温度，熱量是打開水分子和吸濕聚合物之間合力的關鍵。當高於某一温度時，水分子和聚合物鏈間的引力會大大降低，水汽就被幹燥的空氣帶走 ^[8]  。

在乾燥器中，首先除去濕空氣，使之含有很低的殘留水分(露點)。然後，通過加熱空氣來降低它的相對濕度。這時，幹空氣的蒸汽壓力較低。通過加熱，顆粒內部的水分子擺脱了鍵合力束縛，向顆粒周圍的空氣擴散。

在顆粒周圍的空氣中，熱量的吸收和水分子向顆粒表面擴散需要一定的時間。因此，樹脂供應商應詳細説明一種物料在適當的温度和露點下得到有效乾燥所必須花費的時間。

乾燥的熱空氣將熱量傳遞給乾燥料倉中的顆粒，除去顆粒表面的濕氣，然後把濕氣送回乾燥器裏。因此，必須有足夠的氣流將樹脂加熱到乾燥温度，並且將這個温度維持一定的時間。

（1）乾燥劑不可放得太多，以免沾污坩堝底部。

（2）搬移乾燥器時，要用雙手拿着，用大拇指緊緊按住蓋子。

（3）打開乾燥器時，不能往上掀蓋，應用左手按住乾燥器，右手小心地把蓋子稍微推開，等冷空氣徐徐進入後，才能完全推開，蓋子必須仰放在桌子上。

（4）不可將太熱的物體放入乾燥器中。

（5）有時較熱的物體放入乾燥器中後，空氣受熱膨脹會把蓋子頂起來，為了防止蓋子被打翻，應當用手按住，不時把蓋子稍微推開。

（6）灼燒或烘乾後的坩堝和沉澱，在乾燥器內不宜放置過久，否則會因吸收一些水分而使質量略有增加。

（7）變色硅膠乾燥時為藍色，受潮後變粉紅色。可以在120℃烘受潮的硅膠待其變藍後反覆使用，直至破碎不能用為止。 ^[8] 

乾燥過程需要消耗大量熱能，為了節省能量，某些濕含量高的物料、含有固體物質的懸浮液或溶液一般先經機械脱水或加熱蒸發，再在乾燥器內乾燥，以得到乾的固體 ^[9]  。

乾燥的目的是為了物料使用或進一步加工的需要。如木材在製作木模、木器前的乾燥可以防止製品變形，陶瓷坯料在煅燒前的乾燥可以防止成品龜裂。另外乾燥後的物料也便於運輸和貯存，如將收穫的糧食乾燥到一定濕含量以下，以防黴變。由於自然乾燥遠不能滿足生產發展的需要，各種機械化乾燥器越來越廣泛地得到應用。

在乾燥過程中需要同時完成熱量和質量(濕分)的傳遞，保證物料表面濕分蒸汽分壓(濃度)高於外部空間中的濕分蒸汽分壓，保證熱源温度高於物料温度。

熱量從高温熱源以各種方式傳遞給濕物料，使物料表面濕分汽化並逸散到外部空間，從而在物料表面和內部出現濕含量的差別。內部濕分向表面擴散並汽化，使物料濕含量不斷降低，逐步完成物料整體的乾燥。

物料的乾燥速率取決於表面汽化速率和內部濕分的擴散速率。通常乾燥前期的乾燥速率受表面汽化速率控制；而後，只要乾燥的外部條件不變，物料的乾燥速率和表面温度即保持穩定，這個階段稱為恆速乾燥階段；當物料濕含量降低到某一程度，內部濕分向表面的擴散速率降低，並小於表面汽化速率時，乾燥速率即主要由內部擴散速率決定，並隨濕含量的降低而不斷降低，這個階段稱為降速乾燥階段。

乾燥器的未來發展將在深入研究乾燥機理和物料乾燥特性，掌握對不同物料的最優操作條件下，開發和改進乾燥器；另外，大型化、高強度、高經濟性，以及改進對原料的適應性和產品質量，是乾燥器發展的基本趨勢；同時進一步研究和開發新型高效和適應特殊要求的乾燥器，如組合式乾燥器、微波乾燥器和遠紅外乾燥器等。

乾燥器的發展還要重視節能和能量綜合利用，如採用各種聯合加熱方式，移植熱泵和熱管技術，開發太陽能幹燥器等；還要發展乾燥器的自動控制技術、以保證最優操作條件的實現；另外，隨着人類對環保的重視，改進乾燥器的環境保護措施以減少粉塵和廢氣的外泄等，也將是需要深入研究的方向。