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1、第七章第七章催化剂干燥技术催化剂干燥技术干燥操作是催化干燥操作是催化剂制制备不行缺少的步不行缺少的步骤。在催化在催化剂生生产中，沉淀物（水凝胶）要干燥，成型后物料中，沉淀物（水凝胶）要干燥，成型后物料和浸和浸渍后后产品也品也须要干燥。干燥属于去湿操作。要干燥。干燥属于去湿操作。依据原理，去湿方法有机械去湿和依据原理，去湿方法有机械去湿和热能去湿法。能去湿法。机械去湿方法有机械去湿方法有压榨、榨、过滤、离心分、离心分别，机械去湿能耗减，机械去湿能耗减小。小。热能去湿法是借助能去湿法是借助热量使物料中的水分气化，并将量使物料中的水分气化，并将产生的生的蒸汽解除，称蒸汽解除，称为干燥。干燥。7.1
2、干燥的基本原理干燥的基本原理干燥(Drying)是利用热能除去目标产物的浓缩悬浮液或结晶(沉淀)产品中湿分(水分或有机溶剂)的单元操作。作用(目的)：脱除水分，在60200 oC空气中进行操作。对某些催化剂活性组分起在支配作用。干燥过程是一个传热、传质过程。推动力：湿物料表面的水蒸气分压超过干燥介质（热空气）中水蒸气分压，基于这一压差使湿物料表面水蒸气向干燥介质中扩散，湿物料内部的水蒸气向表面扩散，再被气化。1.物料中所含水分的性物料中所含水分的性质平衡水分与自由水分平衡水分与自由水分确定的温度、湿度的条件下，空气中的水分与物料中确定的温度、湿度的条件下，空气中的水分与物料中的水分达到平衡所含
3、的水的水分达到平衡所含的水为平衡水分。物料中的平衡平衡水分。物料中的平衡水分随物水分随物质的性的性质、温度而异，平衡水分代表在确定、温度而异，平衡水分代表在确定的温度的气氛下，可以干燥的限度。的温度的气氛下，可以干燥的限度。在干燥在干燥过程中能除去的水分，只是物料中超出平衡水程中能除去的水分，只是物料中超出平衡水分的那部分，称分的那部分，称为自由水分。自由水分。物料中所含的物料中所含的总水分水分为自由水分与平衡水分之和。自由水分与平衡水分之和。结合水分与非结合水分物料中所含的水分，依据其除去的物料中所含的水分，依据其除去的难易分易分为结合水与非合水与非缔合水。合水。结合水：它合水：它们与物料与
4、物料间有有结合力，很合力，很难除去。除去。非非结合水的蒸汽合水的蒸汽压等于同温度下等于同温度下纯水的蒸汽水的蒸汽压，这部分水部分水以机械方式与物料以机械方式与物料结合，故易于除去。合，故易于除去。结合水分与非合水分与非结合水分，其区分取决于物料本身的性合水分，其区分取决于物料本身的性质。平衡水分与自由水分取决于干燥介平衡水分与自由水分取决于干燥介质的状况。的状况。物料的物料的总水分、平衡水分、自由水分、水分、平衡水分、自由水分、结合水合水分、非分、非结合水分之合水分之间的关系的关系见图示。示。水分与物料的结合方式 水分与物料的水分与物料的结合方式合方式对干燥的速度有明干燥的速度有明显的影响。的
5、影响。除去物料中所含水分的除去物料中所含水分的难易，主要取决于水分与物料易，主要取决于水分与物料的的结合方式：合方式：除去除去结合水不属于干燥合水不属于干燥过程的范程的范围。1.化学化学结合水合水(结晶水晶水)2.吸附水（毛吸附水（毛细管水分）管水分）3.机械机械结合水合水(自由水、附着水自由水、附着水)依据物料中水分被除去的难易程度，可将物料中依据物料中水分被除去的难易程度，可将物料中水分分为水分分为1.结合水：包括物料细孔壁内的水分、物料内毛结合水：包括物料细孔壁内的水分、物料内毛细管中的水分、及以结晶水的形态，存在于固体细管中的水分、及以结晶水的形态，存在于固体物料之中的水分等。物料之中
6、的水分等。特点：籍化学力或物理化学力与物料相结合的，特点：籍化学力或物理化学力与物料相结合的，由于结合力强，其蒸汽压低于同温度下纯水的饱由于结合力强，其蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压，致使干燥过程的传质推动力降低，故和蒸汽压，致使干燥过程的传质推动力降低，故除去结合水分较困难。除去结合水分较困难。如结晶水和吸附水如结晶水和吸附水2非结合水：机械结合水非结合水：机械结合水包括机械地附着于固体表面的水分，如包括机械地附着于固体表面的水分，如物料表面的吸附水分、较大孔隙中的水物料表面的吸附水分、较大孔隙中的水分等。分等。特点：物料中非结合水分与物料的结合特点：物料中非结合水分与物料的结合力弱，其
7、蒸汽压与同温度下纯水的饱和力弱，其蒸汽压与同温度下纯水的饱和蒸汽压相同，干燥过程中除去非结合水蒸汽压相同，干燥过程中除去非结合水分较简洁。分较简洁。附着水分：物料表面上机械附着的水分，其特征是在任何温附着水分：物料表面上机械附着的水分，其特征是在任何温度下，湿物料表面附着水分的蒸汽度下，湿物料表面附着水分的蒸汽压等于等于纯水在同温度下的水在同温度下的蒸汽蒸汽压。毛毛细管水分：湿物料内毛管水分：湿物料内毛细管中所含的水分，称管中所含的水分，称为毛毛细管水管水分。毛分。毛细孔存在于由孔存在于由颗粒或粒或纤维所所组成的多孔性、困成的多孔性、困难的网的网状状结构的物料中。在构的物料中。在这种物料中，孔
8、道大小不一，其截面相种物料中，孔道大小不一，其截面相差差颇大，孔道在物料表面上开口也大不相同。直径小于大，孔道在物料表面上开口也大不相同。直径小于1um的毛的毛细孔中所含的水分，由于表面曲率的影响，其孔中所含的水分，由于表面曲率的影响，其饱和蒸汽和蒸汽压低于低于纯水的蒸汽水的蒸汽压。直径。直径较大的孔道中所含的水犹如附着大的孔道中所含的水犹如附着水一水一样。强调：物料的结合水分和非结合水分的划分只取决于物料本身的性质，而与干燥介质的状态无关；平衡水分与自由水分则还取决于干燥介质的状态。干燥介质状态变更时，平衡水分和自由水分的数值将随之变更。6.2干燥干燥过程与原理程与原理干燥过程的物料衡算干燥
9、过程的物料衡算1.物料含水量的表示方法物料含水量的表示方法湿基含水量湿基含水量w以湿物料为计算基准的物料中水分的质量分以湿物料为计算基准的物料中水分的质量分率或质量百分数率或质量百分数干基含水量干基含水量x：不含水分的物料通常称为确定干不含水分的物料通常称为确定干物料或称干料。以确定干物料为基物料或称干料。以确定干物料为基准的湿物料中含水量，称为干基含准的湿物料中含水量，称为干基含水量，亦即湿物料中水分质量与确水量，亦即湿物料中水分质量与确定干料的质量之比，单位为定干料的质量之比，单位为kg水分水分/kg绝干料。绝干料。两种含水量之间的换算关系为含水量的测定测量含水量的方法很多测量含水量的方法
10、很多:常用的干脆测法是物料加热烘干法，常用的干脆测法是物料加热烘干法，烘干温度取决于物料的耐热性能，保证烘干温度取决于物料的耐热性能，保证物料不发生化学变更。物料不发生化学变更。对于耐热的物料可在微波炉中加热，对于耐热的物料可在微波炉中加热，以缩短干燥时间。以缩短干燥时间。对于热敏性物料，则须要在真空干燥对于热敏性物料，则须要在真空干燥箱中低温加热真空脱水。箱中低温加热真空脱水。2.水分蒸水分蒸发量量m1，m2分别为物料进出干燥器时的质量w1、w2物料进出干燥器时的湿基含水量干燥过程干燥过程可分为三个阶段干燥过程可分为三个阶段预热段预热段(Pre-heat period)：初始含水量初始含水量
11、 X1 和温度和温度 t1 变为变为 X 和和 tw。物。物料吸热升温以提高汽化速率，但湿含量变更料吸热升温以提高汽化速率，但湿含量变更不大。不大。恒速干燥段恒速干燥段(Constant-rate period)：物料温度恒定在物料温度恒定在 tw，Xt 变更呈直线关系，变更呈直线关系，气体传给物料的热量全部用于湿份汽化。气体传给物料的热量全部用于湿份汽化。降速干燥段降速干燥段(Falling-rate period)：物料起先升温，物料起先升温，X 变更减慢，气体传给物料变更减慢，气体传给物料的热量仅部分用于湿份汽化，其余用于物料的热量仅部分用于湿份汽化，其余用于物料升温，当升温，当 X=X
12、*，T=t。干燥曲线：物料含水量 X 与干燥时间T的关系曲线依据上述干燥过程，湿物料的水分蒸发分两步进行：第一步内扩散：水分由湿物料内部移至表面其次部外扩散：表面的水分蒸发故总干燥的速度取决于内扩散及外扩散的速度。1渗透推动力和渗透时间当多孔的固体物当多孔的固体物质与液体接触与液体接触时，由于毛，由于毛细管的作用力，使管的作用力，使液体被吸引到固体物液体被吸引到固体物质的孔内部，的孔内部，这种作用力相当大，种作用力相当大，压力力通常通常为106Pa107Pa。对于于圆柱截面的毛柱截面的毛细管，其毛管，其毛细管管压力力为浸浸渍液向孔内渗透液向孔内渗透的推的推动力：力：式中：式中：r为毛毛细管半径
13、；管半径；为表面表面张力力平均孔径平均孔径当浸渍液体积量很少时，简洁造成浸渍液分布不当浸渍液体积量很少时，简洁造成浸渍液分布不匀整，即浸渍液在小孔中支配比大孔中多。匀整，即浸渍液在小孔中支配比大孔中多。毛细渗透的推动力事实上是表面张力，它的反向毛细渗透的推动力事实上是表面张力，它的反向力就是滞留，当把两个等同起来时，就给出了渗力就是滞留，当把两个等同起来时，就给出了渗透时间：透时间：式中：式中：粘度系数，粘度系数，X在在t时间内渗透距离，毛细时间内渗透距离，毛细管的有效长度通常管的有效长度通常X比直径大比直径大 倍，倍，为扭曲因为扭曲因子。子。2 干燥过程中溶质的迁移 载体或催化体或催化剂多数
14、是多孔的物多数是多孔的物质，孔径大小不等。，孔径大小不等。图为三三个相个相连而孔径大小不等的微孔而孔径大小不等的微孔结构。构。干燥前半径不同的三个孔全部被流体充溢，干燥干燥前半径不同的三个孔全部被流体充溢，干燥处理理过程程中，最大的孔中液体全部蒸中，最大的孔中液体全部蒸发，变成空的，中等孔部分成空的，中等孔部分变成空的，最小的孔中成空的，最小的孔中还被液体充溢。被液体充溢。缓慢干燥时，大孔中液面蒸汽压较大，优先蒸发，小孔中液面蒸汽缓慢干燥时，大孔中液面蒸汽压较大，优先蒸发，小孔中液面蒸汽压小，蒸发缓慢。由于小孔毛细压力大于大孔毛细压力，小孔蒸发压小，蒸发缓慢。由于小孔毛细压力大于大孔毛细压力，
15、小孔蒸发削减的液体可以从大孔中补充。所以，大孔蒸干时，小孔中仍有液削减的液体可以从大孔中补充。所以，大孔蒸干时，小孔中仍有液体。体。假如非假如非饱和溶液，在干燥初始和溶液，在干燥初始时，只有溶液蒸，只有溶液蒸发，溶，溶质不会沉不会沉积出来，随着干燥的出来，随着干燥的进行，溶液不断由大孔向小孔迁移。与此行，溶液不断由大孔向小孔迁移。与此同同时溶溶剂不断蒸不断蒸发，致使溶液不断达到，致使溶液不断达到饱和，致使溶和，致使溶质分布不分布不匀整。匀整。载体体对活性物活性物质吸附愈弱，溶液吸附愈弱，溶液浓度愈小，干燥速度越慢，溶度愈小，干燥速度越慢，溶质迁移迁移现象越象越严峻。峻。载体体对溶溶质吸附很吸附
16、很强时，载体孔中只有溶体孔中只有溶剂蒸蒸发，干燥，干燥过程不程不会影响溶会影响溶质的分布。的分布。假如干燥假如干燥过程中吸附溶程中吸附溶质性性质有明有明显变更，如加更，如加热分解成非吸分解成非吸附物附物质的水溶液，的水溶液，则会有迁移会有迁移现象象发生。生。假如能瞬假如能瞬间干燥，也能基本上消退迁移干燥，也能基本上消退迁移现象。象。另一种可能的现象：干燥干燥时，热量从量从颗粒外部粒外部传到内部，到内部，颗粒外部温度大于粒外部温度大于颗粒粒内部温度，蒸内部温度，蒸发过程先从外部和孔口起先，随着程先从外部和孔口起先，随着颗粒外部溶粒外部溶剂的蒸的蒸发，内部溶，内部溶质伴同溶伴同溶剂一起向一起向颗粒
17、外部迁移。当溶液粒外部迁移。当溶液达到达到饱和和时，在，在颗粒外部或孔口粒外部或孔口处起先沉淀析出溶起先沉淀析出溶质，溶，溶剂不断蒸不断蒸发，溶，溶质不断析出沉淀。因此，不断析出沉淀。因此，颗粒外部的溶粒外部的溶质（活（活性性组分）含量高于分）含量高于颗粒内部，粒内部，严峻的可在外部峻的可在外部结块，大大的，大大的影响活性影响活性组分在分在载体上分布的匀整性。体上分布的匀整性。因此，活性物因此，活性物质在在载体上的迁移和分布与体上的迁移和分布与载体体对活性物活性物质的的吸附吸附强度有关，当度有关，当为弱吸附弱吸附时，干燥，干燥过程猛烈影响干燥效果，程猛烈影响干燥效果，当当为强吸附吸附时，在干燥
18、，在干燥过程中活性物程中活性物质的分布不大可能的分布不大可能变更，更，其分布主要由浸其分布主要由浸渍过程确定。程确定。干燥原理干燥原理多孔物料和非多孔物料的干燥机理不同。多孔物料和非多孔物料的干燥机理不同。1、毛细管流淌模型、毛细管流淌模型颗粒状多孔性的物料，如硅胶、铝胶、硅铝胶，颗粒状多孔性的物料，如硅胶、铝胶、硅铝胶，常用毛细管理论说明。常用毛细管理论说明。含有困难的网状结构，结构中孔道相互连接，含有困难的网状结构，结构中孔道相互连接，孔道口与截面大小参差不齐。孔道口与截面大小参差不齐。1、毛细管流淌模型干燥干燥时，水分最初是因毛，水分最初是因毛细管作用向表面移管作用向表面移动，并，并维持
19、表面持表面完全完全润湿，而大孔中的水分由于蒸汽湿，而大孔中的水分由于蒸汽压较大，首先起先蒸大，首先起先蒸发。当当较小的孔中水分起先蒸小的孔中水分起先蒸发时，由于毛，由于毛细管作用，所削减的管作用，所削减的水分从大孔中吸水分从大孔中吸过来而得到来而得到补充。充。干燥干燥过程中，大孔中的水分程中，大孔中的水分总是先削减，大孔中没有水分是先削减，大孔中没有水分时，较小的孔中可能小的孔中可能还会存在水分。会存在水分。此此时，若接受，若接受较高的温度下快速干燥，常会高的温度下快速干燥，常会导致孔壁致孔壁产生裂生裂缝,颗粒粒强度下降。度下降。要求干燥要求干燥渐渐提高温度，提高温度，渐渐降低四周的温度（升温
20、降低四周的温度（升温缓慢，慢，温度降小）条件下，用温度降小）条件下，用较长的的时间完成完成,湿物料不断翻湿物料不断翻滚。2、扩散模型明胶及塑性粘土之类非多孔性物料，基本上由固明胶及塑性粘土之类非多孔性物料，基本上由固体与水形成胶体。干燥机理可用扩散机理说明。体与水形成胶体。干燥机理可用扩散机理说明。水分子的运动是由于液体水的扩散，扩散是由于水分子的运动是由于液体水的扩散，扩散是由于物料厚度上各处存在水分浓度梯度所致。而浓度物料厚度上各处存在水分浓度梯度所致。而浓度梯度又是由于物料厚度上各处存在水分浓度梯度梯度又是由于物料厚度上各处存在水分浓度梯度所致。因干燥气化物料表面上水份浓度而低于内所致。
21、因干燥气化物料表面上水份浓度而低于内部浓度所产生。部浓度所产生。从传热角度，热量从颗粒外面传到内部去，所以从传热角度，热量从颗粒外面传到内部去，所以颗粒处外部总是先达到液体蒸发温度。颗粒处外部总是先达到液体蒸发温度。一些非多孔胶体的物料干燥脱水时，常因体积收缩而一些非多孔胶体的物料干燥脱水时，常因体积收缩而发生龟裂、表面结壳现象，尤其大块物料干燥时更为发生龟裂、表面结壳现象，尤其大块物料干燥时更为严峻。缘由：严峻。缘由：干燥时因外层水分浓度较内层低，收缩的外层向内层干燥时因外层水分浓度较内层低，收缩的外层向内层施加压力，而内层体积未发生变更，造成形变。施加压力，而内层体积未发生变更，造成形变。
22、水浓度低时，扩散系数低，干燥后外层对水份扩散阻水浓度低时，扩散系数低，干燥后外层对水份扩散阻力增大，从而阻挡了水分向外层移动。力增大，从而阻挡了水分向外层移动。严峻收缩和扩散系数降低，会使表面结上一层水分不严峻收缩和扩散系数降低，会使表面结上一层水分不能透去的皮，以致水分不能除去，这就是表面结壳现能透去的皮，以致水分不能除去，这就是表面结壳现象。象。降低干燥速度或添加降低表面张力的表面活性剂，可降低干燥速度或添加降低表面张力的表面活性剂，可缓解或消退这种现象。缓解或消退这种现象。干燥过程对干凝胶孔结构、机械强度及活性组分分布干燥过程对干凝胶孔结构、机械强度及活性组分分布都有很大的影响。都有很大
23、的影响。7.3干燥条件干燥条件对催化催化剂或或载体性能的影响体性能的影响 干燥是接受某种方式将干燥是接受某种方式将热量量传给含水物料，并将此含水物料，并将此热量作量作为潜潜热而使水分蒸而使水分蒸发分分别的的单元操作元操作过程。程。干燥是一个干燥是一个传热、传质的的过程。程。对流、流、传导和和辐射三射三种种传热方式同方式同时存在。存在。干燥推干燥推动力是湿物料表面水蒸气分力是湿物料表面水蒸气分压超超过干燥介干燥介质（热空气）中水蒸气分空气）中水蒸气分压，基于，基于这压差使湿物料表面差使湿物料表面水蒸气向干燥介水蒸气向干燥介质中中扩散，湿物料内部水再接着向表散，湿物料内部水再接着向表面面扩散，再被
24、汽化。散，再被汽化。1.对干凝胶孔干凝胶孔结构的影响构的影响干凝胶孔干凝胶孔结构的形成确定于干燥条件和水凝胶中初构的形成确定于干燥条件和水凝胶中初级离子的相互作用。离子的相互作用。水凝胶在干燥中脱去包含在凝胶骨架中的水，最水凝胶在干燥中脱去包含在凝胶骨架中的水，最终形形成具有多孔成具有多孔结构的干凝胶。原来被水所占有的空构的干凝胶。原来被水所占有的空间成成为干凝胶的空腔或孔穴。干凝胶的空腔或孔穴。而胶体粒子所而胶体粒子所组成的网状骨架就成成的网状骨架就成为干凝胶的孔壁。干凝胶的孔壁。干燥干燥过程分四个程分四个过程程：1.由于毛细管压力作用，起先水凝胶体积削减，相由于毛细管压力作用，起先水凝胶体
25、积削减，相当于脱除水分当于脱除水分 2.随粒子间距进一步减小，毛细管压力对抗骨架随粒子间距进一步减小，毛细管压力对抗骨架变形应力而压缩凝胶，这种应力取决于干燥速率和变形应力而压缩凝胶，这种应力取决于干燥速率和初级粒子是以链型或是以更困难的结构聚集。初级粒子是以链型或是以更困难的结构聚集。3.脱除确定数量的水分后，骨架的变形应力变得相脱除确定数量的水分后，骨架的变形应力变得相当大，以至于毛细压力不能与之抗衡。所以，进一当大，以至于毛细压力不能与之抗衡。所以，进一步干燥时，水分只得保留在粒子间的接触部位。步干燥时，水分只得保留在粒子间的接触部位。4.水分从粒子间的接触部位蒸发。水分从粒子间的接触部
26、位蒸发。由上述可断定，最终孔隙率主要取决由上述可断定，最终孔隙率主要取决于阶段于阶段2和和3之间的界限，并能通过变更之间的界限，并能通过变更干燥速率或变更其实水凝胶中键的性质干燥速率或变更其实水凝胶中键的性质而使其变更。为强化粒子间的接触点而而使其变更。为强化粒子间的接触点而老化处理水凝胶时，随干燥速率增加孔老化处理水凝胶时，随干燥速率增加孔隙率增大。隙率增大。2.对载体和催化剂机械强度的影响 在增大孔体在增大孔体积时，由于初，由于初级粒子粒子间接触数削减，会使机械接触数削减，会使机械强速降低。在高温、气氛湿度落差大或反速降低。在高温、气氛湿度落差大或反应物介物介质的作用的作用下，内下，内应力
27、使催化力使催化剂强度降低。度降低。重整催化重整催化剂载体生体生产时，成型后湿球在，成型后湿球在带式干燥器中常式干燥器中常发生裂开生裂开现象，干球中粉状物和半象，干球中粉状物和半边球球较多，造成收率下降。多，造成收率下降。在干燥中，假如在干燥中，假如时间过短，短，带式干燥器各式干燥器各阶段温度段温度变更太更太大，干燥器内湿度大，干燥器内湿度过小会造成干球完整率的下降。因此，小会造成干球完整率的下降。因此，干燥条件干燥条件对催化催化剂强度的影响不行忽度的影响不行忽视。6.4干燥方式及常用干燥方法干燥方式及常用干燥方法依据热量的供应方式，有多种干燥类型：依据热量的供应方式，有多种干燥类型：对流干燥对
28、流干燥使热空气或烟道气与湿物料干脆接触，依靠使热空气或烟道气与湿物料干脆接触，依靠对流传热向物料供热，水汽则由气流带走。对流传热向物料供热，水汽则由气流带走。对流干燥在生产中应用最广，它包括气流干对流干燥在生产中应用最广，它包括气流干燥、喷雾干燥、流化干燥、回转圆筒干燥和燥、喷雾干燥、流化干燥、回转圆筒干燥和厢式干燥等。厢式干燥等。传导干燥传导干燥湿物料与加热壁面干脆接触，热量靠热传导湿物料与加热壁面干脆接触，热量靠热传导由壁面传给湿物料，水汽靠抽气装置排出。由壁面传给湿物料，水汽靠抽气装置排出。它包括滚筒干燥、冷冻干燥、真空耙式干燥它包括滚筒干燥、冷冻干燥、真空耙式干燥等。等。辐射干燥辐射干
29、燥热量以辐射传热方式投射到湿物料表面，被吸取后热量以辐射传热方式投射到湿物料表面，被吸取后转化为热能，水汽靠抽气装置排出，如红外线干燥。转化为热能，水汽靠抽气装置排出，如红外线干燥。介电加热干燥介电加热干燥将湿物料置于高频电场内，依靠电能加热而使水分将湿物料置于高频电场内，依靠电能加热而使水分汽化，包括高频干燥、微波干燥。在传导、辐射和汽化，包括高频干燥、微波干燥。在传导、辐射和介电加热这三类干燥方法中，物料受热与带走水汽介电加热这三类干燥方法中，物料受热与带走水汽的气流无关，必要时物料可不与空气接触。的气流无关，必要时物料可不与空气接触。按操作压力分常压干燥常压干燥真空干燥：易氧化，热敏性材
30、料，真空干燥：易氧化，热敏性材料，及要求含水量极低的物料及要求含水量极低的物料厢式干燥式干燥1 厢式干燥器厢式干燥器 厢式干燥器内部主要结构有：逐厢式干燥器内部主要结构有：逐层存放物料的盘子、框架、蒸汽加层存放物料的盘子、框架、蒸汽加热翅片管热翅片管(或无缝钢管或无缝钢管)或袒露电热或袒露电热元件加热器。由风机产生的循环流元件加热器。由风机产生的循环流淌的热风，吹到潮湿物料的表面达淌的热风，吹到潮湿物料的表面达到干燥目的。在大多数设备中，热到干燥目的。在大多数设备中，热空气被反复循环通过物料。空气被反复循环通过物料。操作特征 气固流淌方式：热空气水平流过盛入浅盘的湿物料表面 物料移动方式：装料
31、车输送，干燥时湿物料保持静止不动 结构简洁 优点 设备投资少 操作弹性强优点与缺点 劳动强度大 缺点 热量损失大 产品质量不匀整 带式干燥式干燥带式干燥器是运用环带作为输送物料的干燥器。带式干燥器是运用环带作为输送物料的干燥器。运输带通常用帆布、橡胶、金属丝网制成，以金运输带通常用帆布、橡胶、金属丝网制成，以金属丝网居多。属丝网居多。被干燥物料由进料端经加料装置被匀整分布到输被干燥物料由进料端经加料装置被匀整分布到输送带上。输送带通常用穿孔的不锈钢薄板送带上。输送带通常用穿孔的不锈钢薄板(或称网或称网目板目板)制成，由电机经变速箱带动，可以调速。最制成，由电机经变速箱带动，可以调速。最常用的干
32、燥介质是空气。空气用循环风机由外部常用的干燥介质是空气。空气用循环风机由外部经空气过滤器抽人，并经加热器加热后，经分布经空气过滤器抽人，并经加热器加热后，经分布板由输送带下部垂直上吹。板由输送带下部垂直上吹。湿物料进口湿物料进口干燥产品干燥产品热空气热空气废气废气转筒干燥（回筒干燥（回转式干燥器）式干燥器）主要部件：主要部件：转筒：呈倾斜状，在旋转时，借助转筒：呈倾斜状，在旋转时，借助重力的作用使物料向低端输送。重力的作用使物料向低端输送。抄板：将物料抄起后再洒下，增大抄板：将物料抄起后再洒下，增大干燥面积，提高干燥速率；同时促干燥面积，提高干燥速率；同时促进物料向前运动。进物料向前运动。优点
33、：处理量大，适应性强，生产优点：处理量大，适应性强，生产实力大，操作限制便利，干燥时间实力大，操作限制便利，干燥时间可藉调整转筒的转速来限制，产品可藉调整转筒的转速来限制，产品质量匀整。质量匀整。缺点：设备笨重，热利用率低，结缺点：设备笨重，热利用率低，结构困难，占地面积大。构困难，占地面积大。流化床干燥流化床干燥工作原理：散粒状物料由床侧加料器加入，工作原理：散粒状物料由床侧加料器加入，热气流通过多孔分布板与物料层接触，气流热气流通过多孔分布板与物料层接触，气流速度保持在临界流化速度和带出速度之间，速度保持在临界流化速度和带出速度之间，颗粒即能在床层内形成流化，颗粒在热气流颗粒即能在床层内形
34、成流化，颗粒在热气流中上下翻动与碰撞，与热气流进行传热和传中上下翻动与碰撞，与热气流进行传热和传质而达到干燥的目的。当床层膨胀到确定高质而达到干燥的目的。当床层膨胀到确定高度时，床层空隙率增大而使气流流速下降，度时，床层空隙率增大而使气流流速下降，颗粒又重新落下而不致被气流所带走。经干颗粒又重新落下而不致被气流所带走。经干燥之后的颗粒由床侧出料管卸出，气流由顶燥之后的颗粒由床侧出料管卸出，气流由顶部排出，并经旋风分别器回收其中夹带的粉部排出，并经旋风分别器回收其中夹带的粉尘。尘。优点：颗粒在干燥器内的停留时间可随意调整；气流速度小，物料与设备的磨损较轻，压降小；传热面大，物料的最终含水量低；结
35、构简洁、紧凑。缺点：因颗粒在床层中高度混合，则可引起物料的短路和返混，物料在干燥器内的停留时间不匀整。气流干燥气流干燥适用于在潮湿状态下仍能在气体中适用于在潮湿状态下仍能在气体中自由流淌的颗粒物料，可利用高速自由流淌的颗粒物料，可利用高速的热气流使粉、粒状的物料悬浮于的热气流使粉、粒状的物料悬浮于其中，在气力输送过程中进行干燥。其中，在气力输送过程中进行干燥。湿物料湿物料气流式干燥系统气流式干燥系统干燥管干燥管干物料干物料旋风分离器旋风分离器蒸汽蒸汽冷凝水冷凝水冷空气冷空气热空气热空气板式换热器板式换热器废气废气风机风机优点：对流传热系数和传热温度差优点：对流传热系数和传热温度差大，干燥器的体
36、积小，干燥速率快，大，干燥器的体积小，干燥速率快，物料停留时间短，可在高温下干燥；物料停留时间短，可在高温下干燥；热利用率高；设备紧凑，结构简洁；热利用率高；设备紧凑，结构简洁；可以完全自动限制。可以完全自动限制。缺点：气流在系统中压降较大；干缺点：气流在系统中压降较大；干燥管长；在干燥过程中存在摩擦，燥管长；在干燥过程中存在摩擦，易将产品磨碎；分别器的负荷大。易将产品磨碎；分别器的负荷大。喷雾干燥干燥原理：用喷雾器将稀料液喷成细雾原理：用喷雾器将稀料液喷成细雾滴分散于热气流中，使水分快速蒸滴分散于热气流中，使水分快速蒸发而达到干燥的目的。通常雾滴直发而达到干燥的目的。通常雾滴直径为径为106
37、0um，每升溶液具有，每升溶液具有100600m2的蒸发面积。的蒸发面积。喷雾器的类型：离心喷雾器、压力喷雾器的类型：离心喷雾器、压力喷雾器、气流喷雾器。喷雾器、气流喷雾器。离心式喷雾器离心式喷雾器压力式喷雾器压力式喷雾器气流式喷雾器气流式喷雾器优点：干燥时间短，适于热敏性物优点：干燥时间短，适于热敏性物料；所得产品为空心颗粒，溶解性料；所得产品为空心颗粒，溶解性好，质量高；操作稳定；能连续、好，质量高；操作稳定；能连续、自动化生产；由料液干脆获得粉末自动化生产；由料液干脆获得粉末产品，省去了蒸发、结晶、分别和产品，省去了蒸发、结晶、分别和粉碎操作。粉碎操作。缺点：体积传热系数低；设备体积缺点
38、：体积传热系数低；设备体积浩大；操作弹性较小，热利用律低、浩大；操作弹性较小，热利用律低、能耗大。能耗大。微波和高微波和高频干燥干燥基本原理基本原理微波和高频是一种能量微波和高频是一种能量(而不是热而不是热量量)形式，但在电介质中可以转化形式，但在电介质中可以转化为热量。能量转化的机理有很多种，为热量。能量转化的机理有很多种，如离子传导、偶极子转动、界面极如离子传导、偶极子转动、界面极化、磁滞、压电现象、电致伸缩、化、磁滞、压电现象、电致伸缩、核磁共振、铁磁共振等，其中离子核磁共振、铁磁共振等，其中离子传导及偶极子转动是介电加热的主传导及偶极子转动是介电加热的主要缘由。要缘由。在介电干燥过程中
39、，物料内部产生热量，传在介电干燥过程中，物料内部产生热量，传质推动力主要是物料内部快速产生的蒸汽所质推动力主要是物料内部快速产生的蒸汽所形成的压力梯度。假如物料起先很湿，物料形成的压力梯度。假如物料起先很湿，物料内部的压力特殊快地上升，则液体可能在压内部的压力特殊快地上升，则液体可能在压力梯度的作用下从物料中被排出。初始湿含力梯度的作用下从物料中被排出。初始湿含量越高，压力梯度对湿分解除的影响也越大，量越高，压力梯度对湿分解除的影响也越大，也即有一种也即有一种“泵泵”效应，驱使液体效应，驱使液体(常常是常常是以汽态的形成以汽态的形成)流向表面，这使干燥进行得流向表面，这使干燥进行得特殊快。这种
40、加热方式的特点是产生异乎寻特殊快。这种加热方式的特点是产生异乎寻常的温度梯度。如没有其他帮助热源，则该常的温度梯度。如没有其他帮助热源，则该加热系统空气的温度保持不变，物料表面温加热系统空气的温度保持不变，物料表面温度低于内部的温度。度低于内部的温度。优点能量的有效利用；无破坏性 在较低的环境温度下进行干燥，不须要高的表面温度，物料的温度分布较低；其他挥发性物质迁移量少 溶剂常常以汽态形式排出，不会使其他物质传递至表面匀整作用 能量倾向于施加在潮湿区；干燥快速 干燥时间可缩短50%或更多；干燥匀整 形成更加匀整的温度场和湿分分布；系统占地面积少，削减操作步骤；产品质量改善 避开表面硬化(结壳)
41、、内应力和其他质量问题。典型介电干燥器介绍典型介电干燥器介绍 高频真空干燥器高频真空干燥器 该高频干燥器的功率为该高频干燥器的功率为100kW，运用该设，运用该设备干燥烟叶取得了较好的效果。该机的技术备干燥烟叶取得了较好的效果。该机的技术特性参数为：特性参数为：生产实力生产实力 421860kg/h(每台每台)；耗能量耗能量 3.6kWh/kg水；水；烟叶初始温度烟叶初始温度 0.75；烟叶最终温度烟叶最终温度 54；工作环境含尘量工作环境含尘量 2.35mg/m3。红外外热辐射干燥射干燥红外热辐射的基本概念红外热辐射的基本概念 以电磁波传递能量的方式称为辐射。以电磁波传递能量的方式称为辐射。
42、电磁辐射遵循横波传播定律，所谓横波电磁辐射遵循横波传播定律，所谓横波就是振动方向垂直于传播方向的波动。就是振动方向垂直于传播方向的波动。波长大约从波长大约从0.1m至至100m的电磁波的电磁波谱，其中包括一部分紫外线、全部可见谱，其中包括一部分紫外线、全部可见光与红外线，这些射线称为热射线，是光与红外线，这些射线称为热射线，是由固体中的分子振动或晶格振动或固体由固体中的分子振动或晶格振动或固体中束缚电子的迁移而产生，它们的传播中束缚电子的迁移而产生，它们的传播过程称为热辐射。对红外热辐射而言，过程称为热辐射。对红外热辐射而言，一般波长一般波长0.764.0m称为近红外，称为近红外，4.025m
43、称为远红外。热辐射的真实称为远红外。热辐射的真实性质及其传递机理，至今还没有完全搞性质及其传递机理，至今还没有完全搞清晰。清晰。红外外热辐射加射加热干燥的特点干燥的特点红外外热辐射加射加热干燥有四个特点：干燥有四个特点：其一是其一是热辐射的光射的光谱特性，既要弄清特性，既要弄清辐射器射器的放射光的放射光谱又要弄清被干物料的吸取光又要弄清被干物料的吸取光谱；其二是其二是热辐射的方向性与相互作用的关系性；射的方向性与相互作用的关系性；其三是其三是辐射源与被干物料的距离特性；射源与被干物料的距离特性；其四是能量特性。其四是能量特性。红外外热辐射可比射可比对流流换热供供应高达高达70余倍的能流密度，因
44、此，用得好余倍的能流密度，因此，用得好可高效可高效节能，用得不当其干燥能，用得不当其干燥结果是既能耗果是既能耗大又大又质量差。量差。红外热辐射加热器红外热辐射加热器 红外辐射加热元件加上定向辐射红外辐射加热元件加上定向辐射等装置称作红外辐射器。它是将电等装置称作红外辐射器。它是将电能或热能能或热能(煤气、蒸汽、燃气等煤气、蒸汽、燃气等)转转变成红外辐射能，实现高效加热与变成红外辐射能，实现高效加热与干燥。从供热方式来分有直热式和干燥。从供热方式来分有直热式和旁热式红外辐射器两种。旁热式红外辐射器两种。直热式是指电热辐射元件既是发热元件又是热辐射体，如电阻带式、碳硅棒等均属此种红外辐射器。直热式
45、器件升温快、重量轻，多用于快速或大面积供热。旁热式是指由外部供热给辐射体而产生红外辐射，其能源可借助电、煤气、蒸汽、燃气等。旁热式辐射器升温慢、体积大，但由于生产工艺成熟，运用尚属便利，可借助各种能源，做成各种形态，且寿命长，故仍广泛应用。冷冷冻干燥干燥冷冻干燥器冷冻干燥器(freeze dryer)是一种厢式干燥设备是一种厢式干燥设备操作时将湿物料冷冻至冰点以下，干燥器内处于操作时将湿物料冷冻至冰点以下，干燥器内处于高度真空状态，水分由固态冰升华变为水汽而除高度真空状态，水分由固态冰升华变为水汽而除去；去；冷冻干燥主要用于热敏性特殊强的生物物质，如冷冻干燥主要用于热敏性特殊强的生物物质，如蛋
46、白质类生理活性物质、抗生素、果蔬等。干扰蛋白质类生理活性物质、抗生素、果蔬等。干扰素、白细胞介素和促红细胞生成素等基因工程药素、白细胞介素和促红细胞生成素等基因工程药物主要用真空冷冻干燥。物主要用真空冷冻干燥。超超临界流体干燥界流体干燥超临界流体干燥机理超临界流体是指其压力和温度分别高于临界压力Pc和临界温度Tc的流体。它与低临界态的气体和液体的性质不一样，它具有很多重要的特殊性质，如其密度和液体相像，其粘度与气体相近，而自扩散系数却比液体高大约100倍。另外，它能显著地溶解难挥发性物质，而且其溶解实力与其密度亲密相关，可以在宽广的温度、压力范围内发生很大变更，在工程实际中可以通过变更操作条件
47、，比较简洁地把固体物料中的有机溶剂脱去。而超临界流体干燥技术就是利用超临而超临界流体干燥技术就是利用超临界流体的这一特性而开发的一种新型界流体的这一特性而开发的一种新型的干燥方法，该干燥方法具有如下优的干燥方法，该干燥方法具有如下优点：点：(1)可以在和顺的温度条件下进行，可以在和顺的温度条件下进行，故特殊适用于热敏性物料的干燥；故特殊适用于热敏性物料的干燥；(2)能够有效地溶解而抽提大分子量、能够有效地溶解而抽提大分子量、高沸点的难挥发性物质；高沸点的难挥发性物质；(3)通过变更操作条件可以简洁地把通过变更操作条件可以简洁地把有机溶剂从固体物料中脱去。有机溶剂从固体物料中脱去。超临界流体干燥
48、工艺流程与试验装置超临界流体干燥工艺流程与试验装置图图25-325-3是一台可用于试验探讨超临界流体干是一台可用于试验探讨超临界流体干燥工艺过程的小型试验装置。燥工艺过程的小型试验装置。CO2CO2从高压储从高压储罐出来后，经过低温浴进行冷却，变成液态罐出来后，经过低温浴进行冷却，变成液态CO2 CO2，再经高压泵进行压缩，使之变成超临，再经高压泵进行压缩，使之变成超临界流体而进入干燥器，并与其中的含有机溶界流体而进入干燥器，并与其中的含有机溶剂的固体物料接触，固体物料中的有机溶剂剂的固体物料接触，固体物料中的有机溶剂即溶于超临界即溶于超临界CO2CO2中，也即固体物料脱溶达中，也即固体物料脱
49、溶达到干燥，将含有有机溶剂的到干燥，将含有有机溶剂的CO2CO2通过节流阀通过节流阀进行节流膨胀过程，压力降到低压，喷入分进行节流膨胀过程，压力降到低压，喷入分别器，别器，此时溶剂在此时溶剂在CO2中的溶解度降低，从而自中的溶解度降低，从而自CO2中中析出，汇合于分别器底部，可以进行回收。而析出，汇合于分别器底部，可以进行回收。而CO2则从分别器顶部引出，通过流量计，记录其则从分别器顶部引出，通过流量计，记录其累积流量和瞬时流量，最终将累积流量和瞬时流量，最终将CO2放空，干燥器放空，干燥器温度由冷却夹套和恒温水浴来维持其温度恒定，温度由冷却夹套和恒温水浴来维持其温度恒定，而整个分别系统则置于一个有机玻璃罩内，其中而整个分别系统则置于一个有机玻璃罩内，其中空气浴是由电加热器，队热敏电阻，搅拌器与数空气浴是由电加热器，队热敏电阻，搅拌器与数字式温度显示限制仪组成一个反馈系统限制来保字式温度显示限制仪组成一个反馈系统限制来保持恒温。持恒温。