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氣流干燥技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
閱讀：132 發(fā)布時間：2024-9-7
氣流干燥機是對流傳熱干燥的一種,也稱“瞬間干燥"。在氣流干燥過程中,物料在加熱氣體中分散,同時完成輸送和干燥2種功能。由于干燥物料均勻懸浮于流體中,因而兩相接觸面積大,強化了傳熱與傳質(zhì)過程。
1氣流干燥裝置分類
1.1簡單直管式
這是也是目前氣流干燥中使用泛的一種,其結(jié)構(gòu)簡單、制造容易。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),熱質(zhì)傳遞的長度是在進料口向上2~3m處,故又發(fā)展了管高僅4~6m的短管干燥器。后者在化工、建材某些物料表面水的蒸發(fā)上應(yīng)用廣泛。
1.2倒錐式
倒錐式氣流干燥器采用氣流干燥管直徑逐漸增加的結(jié)構(gòu),因此氣速由下向上遞減,不同粒度的顆粒分別在管內(nèi)不同的高度懸浮。濕物料在干燥過程中濕分逐漸除去變輕,物料即向上浮動,相互撞擊直至粒度和干燥程度達到要求時即被氣流帶出干燥管,這就增加了顆粒在管內(nèi)的停留時間,降低氣流干燥管的高度。
1.3脈沖式
脈沖式氣流干燥管的管徑交替縮小和擴大,顆粒的運動速度也交替地加速和減速,使得空氣和顆粒間相對速度和傳熱面積均較大,從而強化傳熱傳質(zhì)的速率。目前脈沖氣流干燥器的型式有3種,直管擴縮型脈沖管、錐形脈沖管和S型脈沖管。
1.4套管式
套管式干燥器的干燥管不是簡單的單層直管,而是內(nèi)外套管組成的,有單套和雙套管之分。單套管的物料與氣流同時由內(nèi)管下部進入,顆粒在內(nèi)管做加速運動,到加速終止時,由內(nèi)管頂端導(dǎo)入內(nèi)外管的環(huán)隙內(nèi)。在環(huán)隙內(nèi)顆粒以較小的速度運動,然后排出。采用這種干燥方式可以減小干燥管的高度和提高熱效率。
1.5其他類型
除上述幾種類型外,還有旋風(fēng)式、噴動式、旋轉(zhuǎn)閃蒸式、環(huán)形干燥器、文丘里管式、渦旋流式等。
2氣流干燥技術(shù)研究現(xiàn)狀
曹崇文介紹了一種應(yīng)用較廣的氣流干燥的基本數(shù)學(xué)模型,為氣流干燥機的設(shè)計及性能分析提供了一定的依據(jù)。通過5個假設(shè):一是物料為球形顆粒,粒徑、含水率均勻;二是干燥管與水平面垂直;三是干燥管截面處顆粒分布均勻,氣流速度均勻;四是物料與空氣運動同向;五是干燥管是絕熱的。建立了5個微分方程:熱平衡方程、熱傳遞方程、質(zhì)平衡方程、干燥速率方程、顆粒相動量方程。為實際干燥管的設(shè)計提供理論指導(dǎo)。金國淼介紹了氣流干燥中粒子在氣流干燥管內(nèi)的運動方程式(包括加速運動段與等速運動段),同時介紹了粒子在氣流干燥管中的傳熱與氣流干燥管壓力損失的計算公式。為研究粒子在干燥管內(nèi)的運動規(guī)律及傳熱傳質(zhì)規(guī)律起到一定的參考作用。陳文靖通過所建立的氣流干燥器加速段質(zhì)熱傳遞的微分方程,并賦予一定的初始變量,得出“氣流干燥器的部分是加速段,終速段的質(zhì)熱傳遞效果甚差,一般不應(yīng)再加以利用"的結(jié)論。鄭國生通過模擬并分析了不同工況下的幾種因素——熱風(fēng)溫度、喂入量、風(fēng)量的影響對氣流干燥性能的影響,提出了操作工況參數(shù)。孟巍等對旋轉(zhuǎn)閃蒸式干燥器的操作氣速、進氣溫度、進料速度的選定方法作了一定的分析;同時對其結(jié)構(gòu)、流程、工作原理作了一定的介紹。李軍輝等對擬薄水鋁石直管氣流干燥進行了數(shù)值模擬。利用鄭國生、曹崇文所提出的公式,得出物料溫度、熱風(fēng)溫度、顆粒速度、熱風(fēng)濕度、物料含水率隨干燥管高度變化的曲線,并結(jié)合正交試驗,采用4因素(進氣溫度、干燥管直徑、氣流速度、進料速度)2水平,綜合采用費用及含水率作為指標(biāo),得出相對經(jīng)濟且含水率較低的因素組合。梁棟等對濕煤灰在氣流干燥管里的傳熱傳質(zhì)過程進行了模擬。得出了含濕煤灰顆粒在不同氣流干燥條件下的干燥曲線,并結(jié)合試驗加以驗證及對比。提出如下觀點:顆粒干燥過程主要發(fā)生在干燥管氣流入口以上1m左右的高度內(nèi),然后隨著干燥管高度的增加,顆粒的含濕率緩慢下降,最后趨于穩(wěn)定。
3氣流干燥技術(shù)的發(fā)展趨勢
3.1干燥設(shè)備專用化
干燥設(shè)備是非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備,之所以是非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備,主要是處理的物料物性及產(chǎn)品要求差異很大。因此,有針對性的設(shè)計,更能使干燥設(shè)備發(fā)揮其作用,對技術(shù)及經(jīng)濟均有一定意義。
3.2多級及組合干燥系統(tǒng)的開發(fā)
不同型式的干燥設(shè)備可以適用不同的物料或可以適用物料不同的干燥階段,組合干燥(如氣流干燥和流化床干燥組合)可以限度地優(yōu)化干燥過程,使干燥系統(tǒng)更加合理。
3.3節(jié)能工藝的應(yīng)用
采用正負壓結(jié)合型多級氣流干燥器,可有效利用尾氣的余熱,降低尾氣的排出溫度,增加濕度后排出,克服單、雙級干燥排出高溫低濕尾氣浪費熱量的特點。
3.4設(shè)備的多功能化
現(xiàn)在的干燥設(shè)備已不僅局限于干燥操作,有時還將粉碎、分級、甚至加熱反應(yīng)集于一機之中,大大縮短生產(chǎn)工藝流程,使設(shè)備呈多功能化。
3.5提高干燥設(shè)備的自動控制水平
一是對干燥前濕物料濕含量進行檢測控制,通過機械方法,把濾餅的水分降到的穩(wěn)定值。二是根據(jù)現(xiàn)有的熱源條件,在其所能提供的進風(fēng)溫度條件下,自動調(diào)節(jié)濕物料進給速度,通過成品干燥度的檢測,調(diào)整進風(fēng)量,以限度地降低出口物料溫度,提高熱效率,降低能耗。
3.6氣流干燥模擬軟件的開發(fā)
中國農(nóng)業(yè)大學(xué)已開發(fā)出一種專門用于氣流干燥模擬的軟件Flash,該軟件能分析操作參數(shù)、物料參數(shù)等對干燥性能的影響,并能進行模擬實驗,得出物料和干燥介質(zhì)各參數(shù)沿管長變化的規(guī)律,且能用于輔助設(shè)計干燥管某些結(jié)構(gòu)參數(shù),此種類型的軟件還有待發(fā)展和逐步完善。此外,運用目前比較成熟的CFD商業(yè)軟件包,如Fluent、CFX、PHOENICS、STAR-CD等,對干燥的傳熱和傳質(zhì)過程進行數(shù)值模擬的研究,成為氣流干燥模擬的一個重要方向。
1氣流干燥裝置分類
1.1簡單直管式
這是也是目前氣流干燥中使用泛的一種,其結(jié)構(gòu)簡單、制造容易。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),熱質(zhì)傳遞的長度是在進料口向上2~3m處,故又發(fā)展了管高僅4~6m的短管干燥器。后者在化工、建材某些物料表面水的蒸發(fā)上應(yīng)用廣泛。
1.2倒錐式
倒錐式氣流干燥器采用氣流干燥管直徑逐漸增加的結(jié)構(gòu),因此氣速由下向上遞減,不同粒度的顆粒分別在管內(nèi)不同的高度懸浮。濕物料在干燥過程中濕分逐漸除去變輕,物料即向上浮動,相互撞擊直至粒度和干燥程度達到要求時即被氣流帶出干燥管,這就增加了顆粒在管內(nèi)的停留時間,降低氣流干燥管的高度。
1.3脈沖式
脈沖式氣流干燥管的管徑交替縮小和擴大,顆粒的運動速度也交替地加速和減速,使得空氣和顆粒間相對速度和傳熱面積均較大,從而強化傳熱傳質(zhì)的速率。目前脈沖氣流干燥器的型式有3種,直管擴縮型脈沖管、錐形脈沖管和S型脈沖管。
1.4套管式
套管式干燥器的干燥管不是簡單的單層直管,而是內(nèi)外套管組成的,有單套和雙套管之分。單套管的物料與氣流同時由內(nèi)管下部進入,顆粒在內(nèi)管做加速運動,到加速終止時,由內(nèi)管頂端導(dǎo)入內(nèi)外管的環(huán)隙內(nèi)。在環(huán)隙內(nèi)顆粒以較小的速度運動,然后排出。采用這種干燥方式可以減小干燥管的高度和提高熱效率。
1.5其他類型
除上述幾種類型外,還有旋風(fēng)式、噴動式、旋轉(zhuǎn)閃蒸式、環(huán)形干燥器、文丘里管式、渦旋流式等。
2氣流干燥技術(shù)研究現(xiàn)狀
曹崇文介紹了一種應(yīng)用較廣的氣流干燥的基本數(shù)學(xué)模型,為氣流干燥機的設(shè)計及性能分析提供了一定的依據(jù)。通過5個假設(shè):一是物料為球形顆粒,粒徑、含水率均勻;二是干燥管與水平面垂直;三是干燥管截面處顆粒分布均勻,氣流速度均勻;四是物料與空氣運動同向;五是干燥管是絕熱的。建立了5個微分方程:熱平衡方程、熱傳遞方程、質(zhì)平衡方程、干燥速率方程、顆粒相動量方程。為實際干燥管的設(shè)計提供理論指導(dǎo)。金國淼介紹了氣流干燥中粒子在氣流干燥管內(nèi)的運動方程式(包括加速運動段與等速運動段),同時介紹了粒子在氣流干燥管中的傳熱與氣流干燥管壓力損失的計算公式。為研究粒子在干燥管內(nèi)的運動規(guī)律及傳熱傳質(zhì)規(guī)律起到一定的參考作用。陳文靖通過所建立的氣流干燥器加速段質(zhì)熱傳遞的微分方程,并賦予一定的初始變量,得出“氣流干燥器的部分是加速段,終速段的質(zhì)熱傳遞效果甚差,一般不應(yīng)再加以利用"的結(jié)論。鄭國生通過模擬并分析了不同工況下的幾種因素——熱風(fēng)溫度、喂入量、風(fēng)量的影響對氣流干燥性能的影響,提出了操作工況參數(shù)。孟巍等對旋轉(zhuǎn)閃蒸式干燥器的操作氣速、進氣溫度、進料速度的選定方法作了一定的分析;同時對其結(jié)構(gòu)、流程、工作原理作了一定的介紹。李軍輝等對擬薄水鋁石直管氣流干燥進行了數(shù)值模擬。利用鄭國生、曹崇文所提出的公式,得出物料溫度、熱風(fēng)溫度、顆粒速度、熱風(fēng)濕度、物料含水率隨干燥管高度變化的曲線,并結(jié)合正交試驗,采用4因素(進氣溫度、干燥管直徑、氣流速度、進料速度)2水平,綜合采用費用及含水率作為指標(biāo),得出相對經(jīng)濟且含水率較低的因素組合。梁棟等對濕煤灰在氣流干燥管里的傳熱傳質(zhì)過程進行了模擬。得出了含濕煤灰顆粒在不同氣流干燥條件下的干燥曲線,并結(jié)合試驗加以驗證及對比。提出如下觀點:顆粒干燥過程主要發(fā)生在干燥管氣流入口以上1m左右的高度內(nèi),然后隨著干燥管高度的增加,顆粒的含濕率緩慢下降,最后趨于穩(wěn)定。
3氣流干燥技術(shù)的發(fā)展趨勢
3.1干燥設(shè)備專用化
干燥設(shè)備是非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備,之所以是非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備,主要是處理的物料物性及產(chǎn)品要求差異很大。因此,有針對性的設(shè)計,更能使干燥設(shè)備發(fā)揮其作用,對技術(shù)及經(jīng)濟均有一定意義。
3.2多級及組合干燥系統(tǒng)的開發(fā)
不同型式的干燥設(shè)備可以適用不同的物料或可以適用物料不同的干燥階段,組合干燥(如氣流干燥和流化床干燥組合)可以限度地優(yōu)化干燥過程,使干燥系統(tǒng)更加合理。
3.3節(jié)能工藝的應(yīng)用
采用正負壓結(jié)合型多級氣流干燥器,可有效利用尾氣的余熱,降低尾氣的排出溫度,增加濕度后排出,克服單、雙級干燥排出高溫低濕尾氣浪費熱量的特點。
3.4設(shè)備的多功能化
現(xiàn)在的干燥設(shè)備已不僅局限于干燥操作,有時還將粉碎、分級、甚至加熱反應(yīng)集于一機之中,大大縮短生產(chǎn)工藝流程,使設(shè)備呈多功能化。
3.5提高干燥設(shè)備的自動控制水平
一是對干燥前濕物料濕含量進行檢測控制,通過機械方法,把濾餅的水分降到的穩(wěn)定值。二是根據(jù)現(xiàn)有的熱源條件,在其所能提供的進風(fēng)溫度條件下,自動調(diào)節(jié)濕物料進給速度,通過成品干燥度的檢測,調(diào)整進風(fēng)量,以限度地降低出口物料溫度,提高熱效率,降低能耗。
3.6氣流干燥模擬軟件的開發(fā)
中國農(nóng)業(yè)大學(xué)已開發(fā)出一種專門用于氣流干燥模擬的軟件Flash,該軟件能分析操作參數(shù)、物料參數(shù)等對干燥性能的影響,并能進行模擬實驗,得出物料和干燥介質(zhì)各參數(shù)沿管長變化的規(guī)律,且能用于輔助設(shè)計干燥管某些結(jié)構(gòu)參數(shù),此種類型的軟件還有待發(fā)展和逐步完善。此外,運用目前比較成熟的CFD商業(yè)軟件包,如Fluent、CFX、PHOENICS、STAR-CD等,對干燥的傳熱和傳質(zhì)過程進行數(shù)值模擬的研究,成為氣流干燥模擬的一個重要方向。